樓宇自動化及空調自控系統中電動調節閥執行器的選擇
執行器接受現場控制器的控制信號，改變控制變量（風量、水量等），使建筑設備按預定的工藝要求運行。執行器由執行機構與調節機構組成。執行機構按照現場控制器的控制信號產生推動力或位移，調節機構則在執行機構的動作下去改變控制變量。在建筑設備監控系統中的調節機構多為風閥、水閥和蒸氣閥等。現以水閥為例介紹執行機構與調節機構選擇時應考慮的要素。圖1為調節水閥的結構示意圖。
1 調節閥選擇
二通閥的剖面圖如圖2所示。在工程中選用調節閥主要考慮流量特性與閥的通徑。1.1 調節閥的流量特性
調節閥的流量特性是指流過閥門的介質流量Q與閥桿相對行程L（即閥的相對開度）之間的關系。
在建筑設備監控系統中常用的理想流量特性有線性、對數和快開特性。其中，快開特性主要用于雙位控制及程序控制，因此調節閥流量特性的選擇通常是指如何合理選擇線性和對數流量特性。正確的選擇步驟是：根據過程特性，選擇閥的工作特性；根據配管情況，從所需的工作特性出發，推斷理想流量特性（制造廠所標明的閥門特性是理想流量特性）。
由于常規調節器的控制規律是線性的，調節器參數整定后希望能適應一定的工作范圍，不需要經常調整。這就要求廣義過程是線性的，即在遇到負荷、閥前壓力變化或設定值變動時，廣義過程特性基本保持不變。從自動控制系統角度看，調節閥工作特性的選取原則是使整個廣義過程具有線性特性。即在廣義過程中，除調節閥外其余部分為線性時，調節閥也應該是線性的；當廣義過程中除調節閥外其部分具有非線性特性時，調節閥應該能夠克服它的非線性影響而使廣義過程接近為線性。例如，熱交換器的熱水流量Q與換熱后的空氣溫度θ往往呈圖3所示的特性，可以采用等百分比特性的調節閥，以實現線性的廣義過程。
1.2 調節閥通徑的選擇
通常在暖通設計中已經提供設備負荷*大流量Qmax，并給出對調節閥要求的流通能力CV值。根據上述技術參數，在產品型號標準系列中選取大于CVmax并*接近流量系數CV值來選定閥門口徑。選定后再驗征調節閥開度和可調比，即要求*大流量時開度不超過90%，*小流量時閥開度不小于10%。驗征合格后根據CV值使確定的調節閥通徑一般小于管道直徑一檔至兩檔。
1.3 調節閥門計算示例
為了獲得穩定、有效的自動控制性能，調節閥門的規格、型號必須經過計算確定。一般是由自控系統的設計者根據空調機組盤管的額定流量、額定水流阻力、分支管路壓降等工藝參數，同時參考管系的系統壓力、管路結構和盤管的額定溫差等參數，計算出對應的流量系數，即Kv值。這個數值代表了調節閥門預期的流通能力，設計者據此查閱閥門生產廠商的流量系數——閥門規格對應表，從中選擇合適口徑的調節閥門。這樣選擇出來的閥門口徑，通常會比空調水分支接管口徑小1～2口徑檔次。所以調節閥門在空調水管道安裝時要采用縮徑工藝。
選擇調節閥門規格的主要考慮因素有兩個：一個是確保調節閥門的額定流通能力，以使空氣處理機組的額定容量達到設計要求；另一個是校正水流經過盤管和管路時存在的非線性，使控制閥門和管路元件合成產生一個線性特性，從而使系統調節裝置能作穩定有效的控制。對于每一個具體的空調裝置，需要選擇對應合適口徑的調節閥門，以一定的全開阻力來實現這種校正。在工程上就是計算和選定一定的調節閥口徑，以獲得合理的閥門權限和較高的閥門調整率。調節閥門口徑不適當，自動控制系統就不能正常穩定工作，造成空調系統工作品質達不到設計要求。下面舉例說明這樣的計算和選擇。
1.3.1 空調水系統管系阻力分布情況
這里所舉例子是一次泵的兩管制系統，豎向總管采用異程供水方式，每樓層水平分總管設動態平衡閥。水泵揚程35m（=3.43bar），供回總管之間壓差取其2/3，大約2.40bar。空氣處理機組分支管路壓降，也就是工作部件壓降是0.60bar，管系阻力分布大致如圖4所示。
1.3.2 調節閥流量系數計算示例
根據建筑設計院暖通專業提供的施工資料獲知：空調水支管的設計壓降，即工作部件壓降是0.60bar，所要計算閥門規格的空調機組的盤管額定水流量Q為30.4m3/Hr，其盤管的額定水流阻力是0.294bar，則按上述計算公式得：
這里計算獲得的調節閥流量系數是55，此數值在兩個規范值40～63之間，按保證閥門流通能力的原則，應選擇兩者中較大者，即規范值63。查閱調節閥供??廠商提供的流量系數—閥門規格對應表可知，規范值63所對應的閥門口徑是65mm。把這個規格的調節閥安裝于該空調機組，在額定工況下（閥門全開時）其實際壓降大約是0.23bar。
1.4 討論
我們希望調節閥門在全開時的壓降，近似等于管路其他阻力元件的壓降，使閥門權限（定義為：閥門壓降/管路元件阻力總和）等于0.5。這樣可以獲得滿意的組合線性特性。但是這種情況僅是在理想條件下才能夠獲得。如何在異程管系中尋找合理的閥門權限，一直是較為困難的問題。
以上述空調水系統為例，水泵揚程35m，能提供3.43bar的系統壓頭，經過壓差旁通控制以后，在系統供、回總管之間的壓力大約是2.40bar。如果設計留給有效的工作部件——盤管的壓降和調節閥門的壓降之和是0.60bar，則還有占大部分的壓力（1.80bar）就降在傳輸管路、平衡閥、過濾器等非工作部件上，本質上這些部件都是阻力元件。雖然總管阻力變化對支管阻力的影響，不能等同而言，但是由于其壓降占據管系阻力的大部分，故不能忽視。
變水量系統的水流量，跟隨負荷的變化而變化。隨著水流量上升，管路阻力呈指數規律增加，使工作部件兩端的壓差呈非線性不規則變化。加于工作部件的這種壓力變化，是自動調節單元相對難以校正的高階干擾。表現在口徑過大的調節閥門上，就可能會發生“疲于奔命”的情況，這樣的閥門始終在全開至全關之間反復動作，致使溫度調節精度差，閥門運動零件易損耗，閥門工作壽命縮短。選用口徑較小、阻力較大的閥門，其抗干擾能力就較強，可以避免這樣的問題。所以，為了追求控制系統的控制精度和穩定性，在異程管系中讓閥門通過*大流量的同時，選用盡可能小口徑的閥門，以便其有較大的閥門權限和調整率。
空氣處理機組盤管的額定水流阻力是計算閥門流量系數的主要參數，但是這個參數，往往要在空氣處理機組采購完成后才可能確認。在尚未獲得空氣處理機組盤管的額定水流阻力以前，一般可取暖通設計認定的分支管路壓降的二分之一作為調節閥門流量系數計算公式中的閥門計算壓降△P。例如本示例中，可以取0.30bar作為△P。這樣處理，是一種權宜之計。
在工程中有人以空氣處理機組盤管阻力作為調節閥門流量系數計算公式中的△P，這種計算方法，僅當盤管額定阻力接近分支管路壓降一半時，才會得到近似正確的結果。在盤管額定阻力較大或者較小時都會產生問題：當盤管額定阻力較大時，算出的流量系數偏小，實際分支管路壓降可能超過暖通設計允許的數值；當盤管額定阻力較小時，算出的流量系數偏大，實際分支管路阻力過小，致使自動調節單元的調節精度和穩定性降低。
2 電動執行機構選擇
電動機構是把電動機的驅動力通過齒輪傳動轉變為執行器直行程的力或角行程的轉矩。電動執行機構選擇*重要的是執行機構輸出的力或力矩，必須大于調節閥所需的工作力或力矩，同時能確保調節閥的關閥力能在*不利的條件下緊密地關閉閥門。有些建筑設備監控系統工程由于電動調節閥的關閉壓力小于管道流體對閥芯的反壓力，而導致冬季無法調低室溫，夏季無法調高室溫，出現了既浪費能源又破壞舒適環境的現象。
根據實際工程的經驗，電動調節閥執行機構的推力（或稱關閉壓力）選擇在0.8~1Mpa（即為8~10kg/ cm2），同時考慮到設計院暖通設計數值與實際工作狀態數值的差別，以及流體對閥芯和閥體的沖蝕，其實際工作狀態的壓差數值不應超過0.3Mpa，如壓差較高應采取相應的減壓或平衡壓力的工藝措施。
3 調節閥的節能研究
由于調節閥是串聯在水管路中工作的，閥兩端壓降的大小與閥門自身的能耗有很大關系，因此，調節閥如能在小壓降的工況下運行，可使水系統能量得到充分的利用。
調節閥的性能參數中的壓降比定義為調節閥全開時，閥兩端壓降占系統總壓降的比值。壓降比越小，表示相對于系統壓降，調節閥兩端壓降越小，有利于系統節能。但是過小的壓降比要影響調節閥的調節性能，所以綜合控制與節能目標，在工藝設計中*大流量時對于水管路系統的調節閥兩端壓降約為系統總壓降的1/3。由于壓降比減小，水泵出口的壓力可以減小，從而整個系統的動力能耗得以降低。