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空调系统水力平衡应该如何调节

  【中国制冷网】在空调水系统中,水力失调是最常见的问题。由于水力失调导致系统流量分配不合理,热量不合理,从而引起能量的浪费,或者为解决这个问题,提高水泵扬程,但仍会产生热(冷)不均及更大的电能浪费。本文阐述了空调水系统中选用水力平衡阀的原因,并介绍了水力平衡阀的特性,以及应用水力平衡阀对水系统进行水力平衡调节的步骤、方法,系统联调的要求、过程和评价。

  空调水系统作为空调系统的重要组成部分,其设计的合理性不仅决定了整个空调系统是否能能够做到高效节能,同时还决定着空调系统能否正常、稳定的运行。空调水系统经过近百年的发展总体理论发展较完备,但在其可调性和平衡性方面的研究较少。在实际工程中常常会产生水系统调节不好和水力失衡的现象。

  目前关于空调节能的研究,大量的工作主要是针对高效制冷设备的研发与建筑形式及空调形式的匹配上,而对水系统的调节优化控制和设计的重视度不够,造成良好的设计方案却常常出现水系统的调节性差和水力失衡的现象。随着各种新技术、新设备的出现,人们对空调系统的控制精度要求加大和对节能性的更高要求,使得空调水系统成为了近期空调技术研究的重点。为了能达到系统能量利用的合理性,就需要系统具有良好的可调性和平衡性,这也是目前水系统所面临的最大问题。

  一、水力平衡常用方法

  要保证空调冷冻水系统的良好运行,首先应该满足系统的水力平衡。目前随着系统的规模的扩大和系统复杂性的增加,水力平衡越来越重要。现在已经有众多的团体和学者就水力平衡问题进行了大量的研究。

  1.1定流量系统的水力平衡

  定流量水系统是中央空调中常见的水力系统,系统中不含任何动态阀门,系统在调试完成后阀门开度一般不再做任何变动,在运行过程中系统各个分支环路的流量基本保持不变。定流量系统主要用于末端设备无需通过流量来进行调节的系统,如带三通调节阀的末端设备、采用三速开关调节的风机盘管和采用变风量空气处理机组的空调系统。定流量系统只存在静态水力失调,不存在动态水力失调,因此只需在相应位置安装静态水力平衡设备即可。定流量系统常用的水力平衡设备是节流孔板,手动调节阀和静态平衡阀,动态流量平衡阀等调节元件。

  当末端设备水量不发生变化时,可在各个环路的回水管上安装节流孔板,手动调节阀和静态平衡阀,动态流量平衡阀。

  1.2变流量系统的水力平衡

  为了节约能源,变流量水系统在空调工程中的应用越来越多。在变流量系统的运行过程中,各分支环路的流量是随着负荷的变化而变化。由于空调系统一年中的大部分时间都在部分负荷工况下运行,系统水流量大部分时间都低于设计流量,因此,变流量系统是高效的、节能的。但是变流量水系统有一个很大的缺点是并联环路之间的祸合性强,水力会造成相互影响存在动态水力失调。

  要实现动态水力平衡,必须满足水系统中各个末端设备的流量达到实际瞬时负荷要求流量的同时,其流量的变化只受设备负荷变化的影响,而不受系统压力波动的干扰。变流量系统的动态水力平衡目的是保证系统供给和需求水量瞬时一致性(这个功能是由各类调节阀门来实现的),避免了各末端设备流量变化的相互干扰,从而保证系统高效稳定地流量准确地输送给各个末端设备。

  二、控制阀的选择

  空调系统冷热量输出的调节常见的方法是对空调系统的冷冻水进行节流。节流是通过各种调节阀来完成的,调节阀是管道系统中的一个元件,同时又是自动调节系统中的一个重要环节。所以在空调水系统中调节阀的选择十分重要。

  当调节阀两端的压差发生变化时调节阀的调节特性也会发生变化。在压力变化中要保证调节阀的可靠性就必须可虑调节阀的阀权度。调节阀的阀权度定义为调节阀在全开时阀门上压差与系统总压差的比值,如图1所示。

空调系统水力平衡应该如何调节

  图1

  当控制阀全开时,压差ΔPmin等于总的资用压差减去末端装置、管路及其附件的压力降。当控制阀关闭时,由于流量为零,其他组件上没有压力降,资用压差ΔPmax就全部作用在控制阀上。其中的ΔPmin是指当阀门开启时获得设计流量的压差。当阀门接近关闭时,此时阀门两端的压差就会增大造成阀门特性的偏离。偏离的程度取决于阀权度。同时应该注意的是系统压力变化时,ΔPmin和ΔPmax会以相同的比例同时改变,阀权度SV保持恒定。阀权度只是和控制阀的初始选择有关。

  控制阀的作用是在水力回路中产生一个补充压力降,以限制水量使之达到需要值。控制阀的选择是要使设计工况下工作的阀门在施加的压差下,能够提供所需的流量。

  当控制阀选择过大时,控制阀不得不经常在接近关闭的位置工作,导致控制不稳定。在系统启动阶段,阀门选择过大的回路就会发生流量超过设计流量,而其他装置则欠流量。

  在控制阀的选择过程中,关键是估计阀门两端的压差。实际中阀门产生的压降应等于资用总压差减去它所控制的回路的压力降,这些压力降均按设计流量估算。在现实的阀门选择中,一般要求所选调节阀的通常小于管道口径,主要是因为口径小可以提高调节精度也可以节省投资。

  三、系统水力平衡调节

  中央空调系统的任务是以最低的成本(运行费用)为用户提供舒适的室内环境。其中由于水系统的单位能耗输送冷热量能力大而作为目前大型空调工程中常采用的远距离输送冷热量的主要手段。据目前的统计,中央空调系统在实际运行中,存在着普遍的水力失调问题。所以由必要对空调水系统的水力平衡性进行分析。

  对于目前绝大部分的暖通空调水系统,对系统进行调节,应使所有的水力平衡阀同时达到设计流量。系统水力平衡联调的具体步骤如下:

  1)将系统中的断流阀和水力平衡阀全部调至全开位置,对于其它的动态阀门也将其调至最大位置,例如,对于散热器温控阀必须将温控头卸下或将其设定为最大开度位置;

  2)对水力平衡阀进行分组及编号:按一级并联阀组1~6、二级并联阀组I、系统主阀G顺序进行,见图2;

空调系统水力平衡应该如何调节

  图2串并联系统示意图

  3)测量水力平衡阀V1~V18的实际流量Q实,并计算出流量比q=Q实/Q设计;

  4)对每一个并联阀组内的水力平衡阀的流量比进行分析,例如,对一级并联阀组1的水力平衡阀V1~V3的流量比进行分析,假设q1<q2<q3,则取水力平衡阀v1为基准阀,先调节v2,使q1=q2,再调节v3,使q1=q3,则q1=q2=q3;

  5)按步骤4)对一级并联阀组2~6分别进行调节,从而使各一级并联阀组内的水力平衡阀的流量比均相等;

  6)测量二级并联阀组I内水力平衡阀G1~G6的实际流量,并计算出流量比Q1-Q6;

  7)调节系统主阀G,使G的实际流量等于设计流量。

  在空调水系统中,应根据工程投资和系统的精度要求合理地选用水力平衡设备,合理地安装水力平衡阀以及采用正确的方法进行系统联调,可以极大地改善系统的水力特性,使系统接近或达到水力平衡,从而既为系统的正常运行提供了保证,同时又节省了能源,使系统经济高效地运行。

  四、结束语

  空调水系统作为空调系统的重要组成部分,其设计的合理性不仅决定了整个空调系统是否能能够做到高效节能,同时还决定着空调系统能否正常、稳定的运行。良好的系统根基在于良好的设计,所以构建一个合理而优良的空调水系统是非常关键的。基于空调水系统在建筑节能中的巨大潜力,为了更加经济高效地完成流体输配任务,以及解决空调水系统常见的平衡性和调控性差的现象。  

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