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暖通空调水系统的平衡调节

标签: 水力平衡阀

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摘要 通过对集中供热和空调水系统流量变化的分析,阐述了选用静态水力平衡阀、动态平衡阀、动态平衡电动调节阀的原因,并介绍了这几种阀门的特性和控制机理,包括控制方式、方法。探讨了这几种阀门的调试过程,提出了暖通空调水系统调试的重要性。

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关键词:水力失调 静态水力平衡 动态水力平衡 压差控制 调试方法 版权为ehvacr.com

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前言

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集中供热和中央空调的水系统运行中,水力失调是常见的问题。水力系统的失调有两方面的含义:一是指虽然经过详细的水力计算并达到规定要求,但在实际运行后,各用户的流量与设计要求不符,这种水力失调是稳定的、根本性的。如不加以解决影响将始终存在。称之为稳态失调。二是指系统运行中,当一些用户的水流量改变时(关闭或调节时),会使其它用户的流量随之变化。这涉及到水力稳定性的概念。对其它用户影响小,则水力失调程度小,水力稳定性好,称之为动态(稳定性)失调。 版权为ehvacr.com

产生水力失调的原因。管网水力失调的原因是多方面的,归纳起来主要有两种:(1)管网中流体流动的动力源(一般泵、重力差等)提供的能量与设计要求不符。例如:泵的型号,规格的变化及其性能参数的差异,动力电源的波动,流体自由液面差的变化等,导致管网中压头和流量偏离设计值。(2)管网的流动阻力特性发生变化, 很多原因会导致管网阻抗发生变化。例如:在管路安装中,管材实际粗糙度的差别,焊接光滑程度的差别,存留于管道中泥沙、焊渣多少的差别,管路走向改变而使管长度的变化 ,弯头、三通等局部阻力部件的增减等,均会导致管网实际阻抗与设计值偏离。尤其是一些在管网设置的阀门,改变其开度即可能大大改变管网的阻力特性。 暖通-空调-在线

水力失调对管网系统运行会产生不利影响。管网系统往往是多个循环环路并联在一起的管路系统。各并联环路之间的水力工况相互影响,必然会引起其他环路的流量发生变化。如果某一管段的阀门开大或关小,必然导致管路流量的重新分配,即引起了水力工况的改变。当某些环路因发生水力失调而流量过小,如锅炉循环系统中水冷壁管路流量分配不均,使部分管束水流停滞则有可能发生爆管事故;在制冷机水循环系统中,蒸发器管束因此可能发生冻管事故。在供热空调系统中流体流量的变化使其负担输配的冷热量改变,即其水力失调必然会导致热力失调。在水力失调发生的同时,管网中的压力分布也发生了变化。在一些特殊情况下,局部管路和设备内的压力超过一定的限值,则可能使之破坏。 暖通空调在线

空调、采暖水系统中,由于水力失调导致流量分配不合理,区域流量过剩和区域流量不足,造成了某些区域冬天不热、夏天不冷的情况,系统输送冷、热量不合理,从而引起了能源的浪费,为了解决这个问题,提高水泵的扬程,但仍会产生冷热不均及更大的能源浪费。因此必须采用相应的调节阀门对系统的流量分配进行控制和调整。虽然通用阀门如截止阀、球阀等也具有一定的调节能力,但由于调节性能不好以及无法对调节后的流量进行测量和控制。近年来,在越来越多的暖通空调水系统,普遍采用了平衡阀系列产品对水系统的流量分配起到了积极地作用,使管网的运行得到了保证,特别是近年来变流量系统的控制。平衡阀系列产品包括:静态水力平衡阀、动态水力平衡阀等等,下面会和大家一起来分析一下,究竟什么系统需要什么样的水力平衡阀。 Ehvacr

静态水力平衡阀 Ehvacr

静态水力平衡阀的工作机理 暖通空调zaixian

静态水力平衡阀亦平衡阀、手动平衡阀、数字锁定平衡阀、双位调节阀等。它是通过改变阀芯与阀座的间隙(开度),来改变流经阀门的流动阻力以达到流量分配的目的,并配有流量、压差测量装置。其作用的对象是系统的阻力,能够将新的水量按照设计计算的比例平衡分配,各支路同时按比例增减,仍然满足当前气候需要下的部分负荷的流量需求,起到热平衡的作用。

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静态水力平衡阀的使用技巧

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1. 控制单元的选择

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当平衡各个支路上的各个末端时,你可以将支路看作为一个“黑匣子”,即一个单元,该元件对单元外部流量的调整起比例的反应,合作阀门能够容易地补偿这种扰动。在下一步中,各支路单元使用立管平衡阀作为合作阀门来进行相互平衡。随后立管上的所有单元构成一个较大的单元,其流量可使立管的平衡阀来调节。最后,各立管通过将每个立管作为一个单元来相互平衡,而主管上的平衡阀作为合作阀门。所谓的较好的控制单元为(1)控制阀的阀权度最大化以精确控制;(2)显示水泵的尺寸过大,并能使泵压及相应的泵的成本降至最低。 nuantongkongtiaozaixian

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2. 针对流量特性的选择 nuantongkongtiaozaixian

大家普遍认为等百分比特性的阀门是最好的静态水力平衡阀,我们认为只针对末端装置的静态水力平衡阀为等百分比特性就可以了,对于支路、立管、总管的平衡阀完全可以是线性特性的静态平衡阀。因为只有这样,我们的系统阻力才会降到最低;而全用等百分比特性的阀门无疑就会增大了系统的阻力;精确控制的方法应是尽大量的降低系统各个环节的阻力。

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3. 完全采用静态水力平衡阀控制水力平衡的系统,建议每个控制环节都要安装静态水力平衡阀。 暖通-空调-在线

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4.静态水力平衡阀的调试步骤:在设计资料中查出静态水力平衡阀的设计压降;根据设计图纸,查出(或算出)静态水力平衡阀的设计流量;根据设计压降和设计流量以及阀门的口径,查水力平衡阀压损列线图,找出这时静态水力平衡阀所对应的开度;旋转静态水力平衡阀手轮,将其开度旋至设计开度锁定即可。; 暖通在线

动态水力平衡阀

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动态水力平衡阀分动态流量平衡阀、动态压差平衡阀、动态平衡电动调节阀、动态平衡电动二通阀等。 www.ehvacr.com

动态流量平衡阀我们叫做自力式流量控制阀,在工作压差范围内,依靠自身的机械结构,自主控制被控环路流量不变的阀门。自力式流量控制阀作用的对象是流量,不管循环系统的水量变化和末端负荷的变化,仍旧保持流量不变。而如果系统循环总水量被主动下调,再按照原来的流量分即则总流量就不够了,而自力式流量控制阀又不能提供动力;增加流量,于是有利环路的流量得到了设计流量,不利环路的流量控制阀全开,但流量仍达不到需求,此时不平衡出现了。因此这种系统中,自力式流量阀不能取代平衡阀的作用,动态(稳定性)失调问题,有这样的系统,末端的调节,是通过改变水量调节出力的。比如有些风机盘管系统就是靠变水量来调节出力的,某些建筑,用户使用空调的时间段不同,系统末端水量主动变化的,如空调系统中风机盘管前安装电动两通阀。 暖通空调在线

动态压差平衡阀我们叫做自力式压差控制阀,在工作流通能力范围内,依靠自身的机械结构动作,自主控制被控环路压差不变的阀门。它是用压差作用来调节阀门的开度,利用阀芯变化来弥补管路阻力的变化,从而使在水力工况发生变化时保持被控系统的压差不变。 www.ehvacr.com

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基本功能:

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1. 消耗掉多余压头,保证资用压头。

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2. 满足配套设备的正常工作,以消除系统流量(压力)变化压力的影响。

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3. 为控制阀提供良好的工作条件(最佳状态下工作)。 暖通-空调-在线

4. 保证通过流量限制在最大流量范围内,并且最大限制流量是可以调节的。 www.ehvacr.com

动态平衡电动调节阀 www.ehvacr.com

动态平衡电动调节阀是一种新型的电动调节阀,此阀为电动调节阀与自力式压差控制阀的组合,自控系统指令使电动调节阀停留在某一开度,相当于设定一流量,自力式压差控制阀保持此流量不变,当指令改变时电动调节阀开度改变,设定新的流量值,自力式压差控制阀再保持新流量不变,这样可不受外界影响,而保持机组的流量为设计值,使系统调节比较稳定。

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基本特性:

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1.动态平衡电动调节阀安装在组合空调机和新风机组的回水管上,对于随时需要进行流量调节的这些空调末端设备,该阀可以由弱电控制,接受电压或电流信号,按照设定的温度要求和实际的温度变化,适时地按比例的调节方式进行流量调节,同时由于阀门自身的水力自动调节孔板可以根据不同的压差变化自动地保持阀内的压差不变,使设定的流量自动保持恒定,不受系统压差变化的干扰,使得中央空调变水量输配能量的目的得到充分实现。

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2.动态平衡电动调节阀可以在最小到最大的流量范围内进行30种流量的设定,以保证在接受最大信号时,给所控设备提供所需的额定流量。此功能同时也保证同一规格的动态平衡电动调节阀在控制不同额定水量的末端设备时,同样接受最大的电信号而给出不同的额定水量以满足不同设备的需求。

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3.与弱电配合 nuantongkongtiaozaixian

动态平衡电动调节阀在电动调节上与普通电动调节阀是一样的,都是控制区域的温度与设定温度发生偏差时接受弱电系统控制器给出的标准电信号(0—10V或2—10 V.,0—20mA或4—20mA) 来驱动阀门的电动执行器,调整阀门开度的。与弱电接线方式:根据弱电不同的信号,按不同的方式接线。 暖通百科

动态平衡电动二通阀 Ehvacr

动态平衡电动二通阀是压差控制和电热驱动器的组合体,通过面板控制电热驱动器的开关动作,通过压差控制功能维持系统的水力平衡。

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动态平衡电动两通阀可以方便得安装在风机盘管回水管处,与普通电动两通阀一样。它也是接受房间温控器的电信号控制,根据需要的不同可以开关量控制或模拟量控制。

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目前市场上的动态平衡电动二通阀的产品比较杂乱,有电热驱动器+静态平衡阀的、电热驱动器+定流量阀的、电动二通阀+定流量阀的的等等,大家选用的时候一定要分清楚,我们的目的是想怎样的去控制,想达到一个什么效果。 www.ehvacr.com

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水力平衡的方法

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空调、采暖的空调水系统的控制模式多种多样,基于最基本的控制模式,基本理念为:负荷调节和水力平衡调节共用的模式,质量并调。在采暖系统中,用户安装的散热器恒温阀作为用户的负荷调节,根据室内外温度的变化情况,调节散热器恒温发的开度;换热站的负荷调节主要依靠电动调节阀,根据气候补偿器的需要,调节电动调节阀的开度,用自力式压差控制阀一是限制换热器所供应的最大流量,二是控制换热站与换热站的水力平衡。锅炉房内的锅炉与锅炉之间的水力平衡同样需要静态水力平衡阀来平衡其阻力的大小,以保证其出力。(也可以用自立式流量控制阀替代静态水力平衡阀,主要看用户的需要而定)在空调系统中,末端用户主要靠电动二通阀来调节其负荷的大小,用静态水力阀和支路的压差控制阀来解决其水力平衡的问题。(也可以用动态平衡电动二通阀来替代,主要看项目对舒适度的要求)空气处理机和新风机组主要是靠电动调节阀来调节其负荷大小,用自力式压差控制阀第一是限制其最大流量,第二是保证其系统的水力平衡。(也可以用动态平衡电动调节阀来替代电动调节阀和自力式压差控制阀,主要是项目对舒适度的要求)制冷机与制冷机之间的水力平衡可以用静态水力平衡阀、也可以用自力式流量控制阀来保证它们之间的水力平衡。冷却塔之间需要用自力式流量控制阀来保证冷却塔的定流量运行。 ehvacr.com

变流量系统中自力式压差控制阀与水泵变频之间的关系 Ehvacr

对于自力式压差控制阀恒定压差的理解应该是恒定被控制环路的压差,对于整个管网系统来说,由于自力式压差控制阀自身压差的影响,末端回路(包括自力式压差控制阀在内)的压差是变化的,也就是说自力式压差控制阀阀前压差是变化的,阀后压差是恒定的。当被控环路用户自身阻力改变时,自力式压差控制阀阻力同向变化,使得作用在被控环路上的压差不变(注意是阀后被控环路压差);当被控环路外用户或系统阻力改变时,自力式压差控制阀阻力反向变化,使得被控环路压差不变。如此,在设计过程中,自力式压差控制阀自身在设计工况下就必须保证足够的储备压降(阀权度),用以平衡或抵消系统压力波动对被控环路的影响。

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理解了末端自力式压差控制阀的作用,关于水泵的变频控制就好理解了。当用户负荷减少,恒温阀关小,末端阻力增大,压降增加时,作用其上的自力式压差控制阀也关小,增加自身阻力抵消被控环路用户压差的增加,以维持不变。但此时,对整个管网系统来说,末端的阻力是增加的,压差也是增加的,流量是减少的,水泵可以通过变频调节减少扬程和流量,反馈到末端表现为资用压力不足,此时,压差控制器开大,自身阻力减少,压降减少,以补偿被控环路用户压差的变化,维持恒定。如此反复便构成了水泵变频-自力式压差控制阀-恒温阀的反馈控制。 ehvacr.com

综上所述,平衡阀系列产品对于用户来说提供同样的调节环境,避免了用户自主调节带来的相互影响。同样也使系统的控制变得更简单可行,不管你是计量也好,不计量也好,避免了不必要的浪费。 暖通百科

空调、采暖水系统的流量变化分析

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(1) 串联水系统流量特性分析:

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串联管道系统中各个部件的流量是一致的,即

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Q1=Q2=Q3=Q4=…………=Qn=Q0 暖通-空调-在线

(Q1~ Qn:系统中第1~n个支路的流量,Q0系统中各个支路的总流量)

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(2) 并联水系统流量特性分析:

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并联管道系统中各个部件的流量与相应的管道特性阻力数开根号的倒数成正比,即:

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Q12:…………: Qn=1/(Sp1)0.5: 1/(Sp2)0.5:…………1/(Spn)0.5 暖通-空调-在线

Q0= Q1+ Q2+ Q3+ …………+ Qn

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(Q1~ Qn:系统中第1~n个支路的流量,Q0系统中各个支路的总流量,Sp1~ Spn:系统中第1~n个支路的管道特性阻力数) ehvacr.com

(3) 串并联组合水系统流量变化趋势分析: nuantongkongtiaozaixian

绝大多数的管道系统均为串并联组合系统,对于任何串并联复合系统,均可按电路模拟法将其简化成并联系统。

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简化水系统管道采用如下公式:

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① 串联水系统 ehvacr.com

Sp= Sp1 +Sp2+ Sp3 +…………+Spn 暖通空调在线

Sp串联系统总的管道特性阻力数 Ehvacr

Sp1~ Spn:系统中第1~n个支路的管道特性阻力数 nuantongkongtiaozaixian

② 并联水系统

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1/(Sp)0.5=1/(Sp1)0.5+1/(Sp2)0.5+…………+1/(Spn)0.5

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将水系统简化成简单的并联系统后,按管道特性阻力数对流量进行分配,然后逐级按同样的方式对各支路计算分配流量。

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水力平衡的重要性 Ehvacr

下面我们简单分析一下以采暖系统为例,分析其系统水力平衡的关键点,先看一下流量输配的基本规律。

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流量输配时受沿程阻力和局部阻力的影响,在供水管与回水管之间产生近端压差大、远端压差小的的偏差,从而造成近端流量大、远端流量小的问题,无论我们设计的多摸仔细和完善,都不能彻底解决这一平衡问题,真正的平衡只能靠设备控制来实现。 暖通百科

流量分配的其它影响因素 www.ehvacr.com

a.管道锈蚀会大大增加管道的粗糙度,压力降将增40%~70%; 暖通空调zaixian

b.管道直径误差每1%引起的压力降计算误差为5%;

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c.水温在20~80℃ 时,管道压力降减少12-18%。 nuantongkongtiaozaixian

因此,系统水力平衡计算很明显是一项既具近似性但又必须做的工作,真正的平衡只能通过设备控制来获得。

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在采暖的系统控制中,只依靠温控阀也不能解决热网平衡,温控阀不能弥补系统设计中的基本错误,也不能确保各组散热器之间流量的合理分配。当系统启动时,例如每天早晨,温控阀取用着最大可能的流量,经常会损害系统的其他部分。为避免这些影响,应将每个散热器的流量通过另一控制设备限制到设计值。温控阀需要其他设备提供合适的压差才能正常工作。温控阀必须有人去调,才能既感觉舒适又节能。 暖通百科

每个房间散热器所需要的热水流量是控制出来的,不是设计出来的;每组散热器都要装有流量控制设备;工作人员要入室反复细调。 暖通在线

解决冷热不均、提高收费率、减少维护量。节热能15~20%、节电20~70%、节水、多带面积、减少设备。

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据相关资料显示,供热时,房间温度高于所需温度1℃将引起能耗增加,此增加量可由以下公式估算 暖通在线

室温1℃的变化对耗热能的影响

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即平衡以后,室内平均温度降低1℃时,在北京地区可节约热能10%左右。 ehvacr.com

空调水系统同样会出现上述问题。据相关资料介绍,空调系统过冷1℃,空调系统的能耗增加20%

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采暖系统平衡后,常常可以降低平均室温1-3℃,而空调系统则可提高1-2℃

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平衡阀系列产品的调试及重要性

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就目前国内平衡阀系列产品的使用状况而言,相关的调试已经逐渐被大家认可,但是力度还是尚缺。平衡阀的调试是检验平衡阀在系统中的控制性能的具体体现,呼吁相关业界人士对平衡阀的调试工作重视起来,使平衡阀真正起到作用,让系统更加安全稳定的运行。暖通空调水系统的平衡的方式有很多,但能耗最低的方式只有一个 暖通-空调-在线

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以中央空调系统为例,中央空调水系统以冷水机组为核心,与冷冻水泵、冷却水泵、管道、冷却塔、组合空调机、空调柜以及各类阀门等设备组成统一整体,分为冷冻水系统与冷却水系统。 www.ehvacr.com

冷冻水系统由冷冻水泵、组合空调柜、管路阀门等设备与冷水机组组成,为大、小系统提供冷冻水,实现输送冷量的功能。冷却水系统是由冷却水泵、冷却塔、管路阀门等设备与冷水机组组成,将冷水组中冷剂的相态变化所产生的热量散发到空气中。 版权为ehvacr.com

冷冻水系统的动态平衡影响冷量的实际分配,根据设计流量合理地分配冷冻水,使之处于系统的动态平衡,满足末端负荷需求,并接近机组的额定工况,使机组能耗比大大提高。冷却水系统的动态平衡影响冷水机组的运行工况,当冷却水量过多或者过少、不符合冷水机组的需求时,则可能出现多种机组故障,如冷却水回水温度过高等故障。

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冷冻、冷却水系统的动态平衡影响系统的运行工况及制冷效果,因此进行动态平衡调试显得极为重要。

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水系统动态平衡调试的理论性方法 暖通在线

资料准备

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准备好完整的水系统的工艺图、系统图;收集各水泵、组合空调机、集分水器等设备的性能参数,如设计流量、设计进出水压力、进出水温等相关参数以及水泵特征曲线等。

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分析水路

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通过仔细读图,分析水系统的水路流向,搞清楚哪些管道连通哪些机组、哪些水泵供应哪些设备,制定出相关的水力平衡调试方案。

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制作调试读数表格 暖通在线

包含进出水温度、进出水压、进出水压差、流量等数据,最好列明设计值以便作为参考。

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3.4 调节阀门

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根据调试方案,首先全部打开末端的电动调节阀,根据设计要求,用自力式压差控制阀限制其用户的最大流量。每个用户都调整到设计需求的要求,整个的水力系统始终处于平衡状态。 nuantongkongtiaozaixian

调试工具:平衡阀专用智能仪表、超声波流量计、电磁流量计等 暖通在线

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