空調(diào)變流量水系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展_之二

1、設(shè)計(jì)參考空調(diào)變流量水系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展(之二中南建筑設(shè)計(jì)院高養(yǎng)田摘要介紹了空調(diào)變流量水系統(tǒng)近年來的技術(shù)發(fā)展及討論中的不同意見, 主要包括:一次泵一體化控制系統(tǒng)取代傳統(tǒng)二次泵系統(tǒng)的有關(guān)問題; 與系統(tǒng)試運(yùn)行問題。關(guān)鍵詞一次泵二次泵一體化控制去耦管the (2B y Gao Yan gti an Abst r a ct Presents t he technology develop me nt of t he variable flow water syste m in rece nt years and t he p ros and cons over t he system design , i

2、ncluding t he related p roble ms up on t he substitution of integrated cont rol p rimary water syste m f or t raditional secondary water syste m , t he p arallel connection of consta nt a nd variable sp eed p umps , valve selection a nd t rial commissioning of t he syste m.Keywor ds p rimary p ump ,

3、 secondary p ump , integrated cont rol , decoupler , design , t rial commissioning Central 2South Architectural Design Institute , Wuhan , China1996年, 筆者曾發(fā)表了空調(diào)變流量水系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展一文122。瞬間已過十余年, 隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步、大量工程的實(shí)踐, 從系統(tǒng)形式到具體的控制技術(shù), 都有了很大的發(fā)展?，F(xiàn)就個人認(rèn)識和接觸到的資料, 從設(shè)計(jì)角度對其發(fā)展歷程進(jìn)行簡述, 以供參考。1變流量水系統(tǒng)的發(fā)展空調(diào)水系統(tǒng)設(shè)計(jì)的發(fā)展主要基于兩個方面:一是機(jī)組性

4、能的改進(jìn); 二是控制技術(shù)的進(jìn)步、DDC 控制的普及、網(wǎng)絡(luò)基控制的運(yùn)用。1. 1二次泵系統(tǒng)的產(chǎn)生20世紀(jì)初, 變流量二次泵系統(tǒng)出現(xiàn)于美國,并在接下來的幾十年內(nèi)對空調(diào)設(shè)備及水系統(tǒng)投入了大量的研究與實(shí)踐3211。A need for variable flow chilled water systems. Traneengineer s newsletterIT T Bulletin No. TEH 2775. Primary secondary pumpingapplication manual , 1968IT T Bulletin No. TEH 2685. Variable speed/va

5、riable volume pumping fundamentals , 1985在對電動兩通閥、閥門靜態(tài)特性(快開、直線、等百分比 及閥門工作特性與表冷器熱出力之間關(guān)系的研究基礎(chǔ)上, 二次泵系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。1. 2系統(tǒng)的基本形式1 傳統(tǒng)的二次泵系統(tǒng)如圖1所示, 根據(jù)當(dāng)時(shí)的機(jī)械及控制技術(shù)水圖1傳統(tǒng)的二次泵系統(tǒng)29暖通空調(diào)HV &A C 2009年第39卷第1期高養(yǎng)田, 男,1934年10月生, 大學(xué), 高級工程師430071武漢市武昌區(qū)中南二路10號中南建筑設(shè)計(jì)院(027 87841939收稿日期:2007209205平, 一次環(huán)路(冷水機(jī)組部分回路 保持定流量, 二次環(huán)路(負(fù)荷部分分配回路 保

6、持變流量, 這種系統(tǒng)形式因其在運(yùn)行中的可靠性和靈活性, 受到了當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)人員及管理人員的歡迎, 得以大量推廣。后來, 在二次環(huán)路中, 由變速泵代替了定速泵, 定速與變速泵的性能比較見圖212, 在設(shè)計(jì)中一、二次環(huán)路的連接見圖312 。湖北工業(yè)建筑設(shè)計(jì)院. 技術(shù)交流專題資料超高層建筑空氣調(diào)節(jié)豎向水系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案選擇,19872 分布式二次泵與三次泵系統(tǒng)分布式二次泵系統(tǒng)如圖4所示13, 其主要針對離所設(shè)集中制冷站距離遠(yuǎn)近不等的區(qū)域性建筑群, 能更好地保證系統(tǒng)運(yùn)行安全、可靠和節(jié)能, 便于管理。系統(tǒng)分配泵可消除許多能量消耗點(diǎn), 如跨越圖4分布式冷水二次泵系統(tǒng)管(cro ssover brige 、三通控制

7、閥和回水溫度控制閥等。分布式系統(tǒng)的最大優(yōu)點(diǎn)是:各棟建筑物分別設(shè)泵, 消除了遠(yuǎn)近建筑物壓力不足或過高的現(xiàn)象; 建筑物之間沒有干擾, 水泵若是變速運(yùn)行, 在建筑物負(fù)荷改變, 供回水阻力相應(yīng)變化時(shí), 各棟建筑物也可獨(dú)立運(yùn)行; 可省掉平衡閥。分布式三次泵系統(tǒng)如圖5所示。該系統(tǒng)與分配泵不同之處是:一、二次泵均設(shè)于制冷站內(nèi), 因制, , 由變速二, , 圖5分布式三次泵系統(tǒng)以上兩種分布式系統(tǒng)中, 因各負(fù)荷點(diǎn)分散, 場地標(biāo)高及建筑物高程可能各異, 此時(shí), 系統(tǒng)和設(shè)備承壓應(yīng)予特別注意, 所以在水系統(tǒng)設(shè)計(jì)之前, 有必要做出系統(tǒng)的壓力梯度圖。1. 3多次泵系統(tǒng)的運(yùn)用1 負(fù)荷類型不同(如運(yùn)行時(shí)間、朝向、工作要求不同

8、等 的多環(huán)路系統(tǒng), 如圖6所示14 。圖6不同性質(zhì)負(fù)荷的二次回路系統(tǒng)2 有高靜壓的超高層建筑系統(tǒng)如圖7所示。39暖通空調(diào)HV &AC 2009年第39卷第1期設(shè)計(jì)參考因超高層建筑空調(diào)水系統(tǒng)最低點(diǎn)所承受的壓力是:系統(tǒng)水柱靜壓+水泵全壓。為減小靜壓, 系統(tǒng)中間設(shè)換熱器。另外, 二次泵由于降低了水泵壓頭, 有利于降低底層系統(tǒng)及設(shè)備的承壓, 因去耦管的存在, 二次泵壓頭就不是疊加的關(guān)系了 。Open for discussion primary 2secondary pumping. HPAC ,1997(3現(xiàn)實(shí)工程中, 有個別負(fù)荷點(diǎn)(或擴(kuò)建工程的新增系統(tǒng) 需要較高壓力, 可在二次泵的基礎(chǔ)上僅設(shè)置增壓

9、泵, 以減少投資, 節(jié)約能源。1. 4問題的提出與討論隨著對控制技術(shù)與空調(diào)系統(tǒng)的深入研究, 上世紀(jì)8090年代, 有學(xué)者對二次泵系統(tǒng)提出質(zhì)疑和改進(jìn)意見, 并引起了熱烈討論16。1 二次泵系統(tǒng)的弊端傳統(tǒng)的二次泵系統(tǒng)易患低溫差綜合癥。眾所周知, 空調(diào)系統(tǒng)大部分時(shí)間在部分負(fù)荷下運(yùn)行, 。部分負(fù)荷下, , , , , 浪費(fèi)能量。在回路上設(shè)置一個或多個壓差傳感器以保證水泵能提供各盤管所需壓頭。如果所有盤管低于設(shè)計(jì)負(fù)荷運(yùn)行, 管路的壓力損失將以水流量減小速率的平方下降, 經(jīng)過盤管的壓降也類似地降低。但是, 因?yàn)榛芈凡捎枚▔航悼刂? 通過閥門的壓降不能隨著流量的減少而降低, 這樣就無法節(jié)約水泵的輸送能耗。增

10、加了初投資。由于增設(shè)了二次泵, 相應(yīng)增添了輔助設(shè)備及附件, 且多占用建筑面積。2 不同意見空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行工況是經(jīng)常變化的, 系統(tǒng)的水力不平衡是絕對的, 且系統(tǒng)大部分時(shí)間在部分負(fù)荷下運(yùn)行。傳統(tǒng)的二次泵系統(tǒng)為了盡量保持系統(tǒng)的動態(tài)平衡, 使用過各種控制方法, 然而二次冷水供需匹配仍然是近似的, 有的誤差相當(dāng)大。所謂“低溫差綜合癥”問題是否是這種系統(tǒng)的固有弊端呢? 具體地說, 是否是去耦旁通的原因呢? 根據(jù)調(diào)查結(jié)果, 綜合原因如下。設(shè)計(jì)方面原因:系統(tǒng)總是按最大負(fù)荷選用, 而系統(tǒng)又是長時(shí)間運(yùn)行在部分負(fù)荷下, 應(yīng)采用同時(shí)使用系數(shù), 以期達(dá)到中央系統(tǒng)的有效設(shè)計(jì)和控制, 然而常常出現(xiàn)不良的控制設(shè)計(jì), 如過大的

11、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和閥門, 或冷水機(jī)組的增減控制不當(dāng)?shù)? 運(yùn)行維護(hù)方面原因:如制冷盤管臟污了, 水風(fēng)兩側(cè)傳熱不平衡, 風(fēng)機(jī)運(yùn)行不正常, 使用房間負(fù)荷有變化, 或房間溫度設(shè)定不恰當(dāng)?shù)取?一次泵一體化控制(integrated control 1996年托馬斯. B. 哈特曼在冷水機(jī)組利用變流量冷凍水的若干設(shè)計(jì)問題17一文中對一次泵49設(shè)計(jì)參考暖通空調(diào)HV &A C 2009年第39卷第1期一體化控制的邏輯路線, 即如何保證機(jī)組和系統(tǒng)安全運(yùn)行及其控制策略問題、系統(tǒng)的旁通去耦管問題等進(jìn)行了討論, 總結(jié)如下。2. 1一次泵系統(tǒng)一體化控制策略的提出1 一體化控制策略對冷水機(jī)組負(fù)荷、冷水溫度、制冷溫度進(jìn)行檢測, 充

12、分發(fā)揮DDC 技術(shù)的計(jì)算、分析、比較和判斷的能力。利用其優(yōu)良的控制程序?qū)Χ苇h(huán)路整體化的冷水制冷盤管溫度進(jìn)行有效控制, 隨著負(fù)荷的變化, 調(diào)整冷水溫度及二次泵轉(zhuǎn)速, 而不用壓差控制保證負(fù)荷的需求, 以達(dá)到減小流量和泵耗的最佳狀態(tài), 使整體動力系統(tǒng)具有自平衡協(xié)調(diào)的能力。擇, 者持平。應(yīng)注意到, 提高冷水溫度, 也提高了制冷裝置的效率, 水溫每升高1, 機(jī)組約節(jié)能010102kW/kW (0. 036kW/rt 。一體化控制可使設(shè)備小型化、簡單化, 減少系統(tǒng)費(fèi)用, 同非一體化的設(shè)計(jì)控制方案相比, 冷水機(jī)組設(shè)備總運(yùn)行效率提高了, 整個系統(tǒng)的能量費(fèi)用降低了。由于控制精度優(yōu)于傳統(tǒng)的控制方法, 高峰負(fù)荷時(shí)

13、利用冷水機(jī)組的全部容量就有了較大的靈活性。2 一次泵變流量系統(tǒng)(variable primary flow system ,V PF 最初提出的系統(tǒng)形式如圖9所示, 即將冷水機(jī)組的一次泵由定流量改為變流量,取消二次泵和 圖9單泵冷水回路旁通管。但是這種做法的難點(diǎn)仍然是蒸發(fā)器流速過小, 傳熱能力下降, 產(chǎn)生結(jié)冰和管壁腐蝕問題。用一體化控制對蒸發(fā)器內(nèi)水流速度、水溫進(jìn)行連續(xù)檢測, 依據(jù)負(fù)荷變化, 保證冷水機(jī)組和經(jīng)過各負(fù)荷點(diǎn)所需的流量, 確保安全運(yùn)行的具體措施是:制冷需求量要在最小臨界負(fù)荷以上, 否則系統(tǒng)不能運(yùn)行; 經(jīng)過蒸發(fā)器的水流量一定不小于所有狀態(tài)下制冷劑和冷水之間預(yù)先確定的最大溫差所需的流量。只

14、要對冷水機(jī)組、水泵和調(diào)節(jié)閥門進(jìn)行一體化控制, 以及具有操縱這些元件能力的高品質(zhì)算法, 對負(fù)荷提供連續(xù)計(jì)算負(fù)荷需求的運(yùn)行程序, 以上兩點(diǎn)要求是可以達(dá)到的。單環(huán)路系統(tǒng)因沒有旁通管, 冷水回水全部進(jìn)入冷水機(jī)組, 變速泵的流量可以按照比設(shè)計(jì)負(fù)荷, , 現(xiàn)代化的高性能控制是充分準(zhǔn)確考慮控制點(diǎn)的要求, 使用多種功能的獨(dú)立元件, 一體化微處理控制單元的費(fèi)用一般比非一體化電子控制要低, 因一體化控制比傳統(tǒng)的控制方法所用儀表要少, 且不同廠家部件之間現(xiàn)已可以實(shí)現(xiàn)通訊連接, 所以DDC 智能化控制系統(tǒng)得以迅速普及。二次泵系統(tǒng)二次回路的傳統(tǒng)控制常需要一個或多個差壓信號, 一個控制器操縱不同頻率, 按設(shè)定的速度啟動水

15、泵, 還需要控制點(diǎn)去操縱冷水機(jī)組和每一個閥門。如果冷水機(jī)組和空氣處理器采用微處理器控制的整體單元, 其增加的唯一費(fèi)用是這個設(shè)備一體化操作的容量, 因?yàn)橄到y(tǒng)使用現(xiàn)有的檢測和控制儀表, 所以DDC 配置就較簡單。每個微處理器控制運(yùn)行的一體化就不需要增加I/O 儀表了。表1是某醫(yī)療辦公大樓三種系統(tǒng)形式年度耗能比較。表1某醫(yī)療辦公大樓三種系統(tǒng)形式年度耗能比較18%系統(tǒng)形式年度耗能(運(yùn)行費(fèi)用二次泵系統(tǒng)(定流量160二次泵系統(tǒng)(一次定流量、二次變流量 100一次泵變流量系統(tǒng)(VPF 81對于要求冷水供水溫度不變的情況(如潔凈室、計(jì)算機(jī)芯片制造工藝等 , 則不應(yīng)選用這種系統(tǒng)。2. 2一次泵系統(tǒng)有關(guān)問題討論1

16、91 冷水機(jī)組的制冷容量控制問題。以往, 采用比例控制維持冷水出水溫度, 這一方法在控制機(jī)組的容量和穩(wěn)定性時(shí)有一潛在問題, 因?yàn)楸壤刂菩枰幸粋€與設(shè)定點(diǎn)的偏移量才能作出反應(yīng),偏移量越大, 反應(yīng)越大, 這就使得對設(shè)定點(diǎn)的偏移量和控制過程呈比例關(guān)系。在蒸發(fā)器內(nèi)沒有大幅度的流量變化時(shí), 應(yīng)用比例控制, 出現(xiàn)大流量時(shí)溫度控制可能滯后, 小流量時(shí)又會變得不穩(wěn)定。所以在這樣的條件下, 宜保持蒸發(fā)器冷水定流量。現(xiàn)在采用的微電子控制用浮點(diǎn)控制, 在大流量范圍內(nèi)可提供精確的溫度控制, 如果與設(shè)定點(diǎn)的偏移量真實(shí)存在, 機(jī)組反應(yīng)迅速。當(dāng)與設(shè)定點(diǎn)偏移量較小時(shí), 機(jī)組反應(yīng)較慢, 機(jī)組在得到另外的控制指令之前, 有一段

17、穩(wěn)定靜止時(shí)間。卸載速率(提高出水溫度 比上載速度(降低出水溫度 快, 這樣通過冷水機(jī)組的冷水流量不能變化的問題就得以消除。 2 冷水機(jī)組的運(yùn)行穩(wěn)定性問題, 源品質(zhì), 力值等。實(shí)踐觀察表明, 流量突然變化是事故的直接原因。在設(shè)定蒸發(fā)器的安全限方面, 老式冷水機(jī)組的做法是設(shè)溫控開關(guān), 如, 制冷劑溫度下降到1. 1時(shí), 機(jī)組立即關(guān)機(jī), 需手動復(fù)位, 而現(xiàn)在的溫控開關(guān)已由微電子溫度傳感器所代替。蒸發(fā)器制冷劑平均溫度允許超過溫度限值50s , 也就是允許蒸發(fā)器制冷劑暫時(shí)進(jìn)入略微結(jié)冰狀態(tài), 這個短暫的滯后時(shí)間允許容量控制關(guān)閉導(dǎo)葉, 以使蒸發(fā)器的制冷劑溫度返回到安全溫度, 通過這樣的自適控制(adapti

18、ve control 進(jìn)行轉(zhuǎn)換, 可以不關(guān)掉冷水機(jī)組。 3 防止蒸發(fā)器出現(xiàn)層流。冷水機(jī)組制造廠家樣本上, 蒸發(fā)器和冷凝器內(nèi)水流速度在0. 91431350m/s 之間, 有著充分的流量調(diào)節(jié)范圍, 流速上限是防止管路磨損和可能產(chǎn)生振動, 下限是保證冷水機(jī)組制造廠家能夠精確預(yù)測冷水機(jī)組的性能, 低達(dá)0. 914m/s 的冷水流速是常見的, 在蒸發(fā)器內(nèi)流速低達(dá)0. 914m/s 也是可以接受的。關(guān)鍵是流量控制要穩(wěn)定, 這樣, 層流就不會出現(xiàn)。過去, 流量檢測是用流量開關(guān)或差壓開關(guān)來完成, 這種方法缺點(diǎn)有二:低流速下此法難以檢測到流量; 另外, 流量的瞬間變化就可能使流量開關(guān)或差壓開關(guān)動作, 中斷冷水

19、機(jī)組的運(yùn)行。為此, 過去常在流量檢測回路加上一個5s 的延時(shí)繼電器, 以避免瞬間流動檢測時(shí)關(guān)掉冷水機(jī)組。現(xiàn)在, 流量檢測代之以微電子控制器, 在流動回路上檢測, 在冷水機(jī)組控制屏確認(rèn)之前, 需要5個連續(xù)的狀態(tài)變化信號(1s 間隔 , 這樣解決了低流量的檢測問題。當(dāng)冷卻水采用井水或其他低溫水(110 時(shí), 為保證冷凝壓力, 需要用調(diào)節(jié)閥對流量進(jìn)行控制。冷凝器對流量變化要求不高, 因?yàn)槌隼淠魉疁卦试S有一個波動幅度。對冷水來說, 變流量系統(tǒng)蒸發(fā)器一定要保證機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性和安全性的最低流量。4 系統(tǒng)控制與旁通去耦管的關(guān)系。二次泵系統(tǒng)的去耦管是系統(tǒng)控制的信息源, 以系統(tǒng)的盈虧運(yùn)行來分析10中, , ,

20、 去耦管及二。圖10去耦管水系統(tǒng)的“盈”時(shí)流動當(dāng)負(fù)荷側(cè)負(fù)荷增加, 流量需求增大時(shí), 去耦管內(nèi)冷水流量就減少。當(dāng)冷水需求流量超過供水量, 去耦管內(nèi)就出現(xiàn)逆向流動, 如圖11所示。值得注意的是, 去耦管內(nèi)水溫變化是迅速的, 是躍升的, 而機(jī)組處的變化是微小的, 往往超出了現(xiàn)場測量的精確度, 因此, 去耦系統(tǒng)的水溫變化成了另一臺冷水機(jī)組啟動的預(yù)警信號。圖11去耦水系統(tǒng)的“虧”時(shí)流動5 系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題。系統(tǒng)的穩(wěn)定性是指在負(fù)荷變化時(shí), 冷水機(jī)組運(yùn)行和負(fù)荷需求能達(dá)到平衡的快慢, 因此去耦管也起了不可替代的作用。系統(tǒng)的穩(wěn)定性體現(xiàn)在負(fù)荷變化時(shí), 冷水機(jī)組的增減、系統(tǒng)的水量及水溫等滿足系統(tǒng)需求的快慢程度。去耦

21、管在系統(tǒng)穩(wěn)定性上起到什么作用呢, 現(xiàn)作如下討論。如圖12所示,3臺冷水機(jī)組中, 機(jī)組1在運(yùn)行, 當(dāng)負(fù)荷側(cè)負(fù)荷增加時(shí), 將啟動第2 臺冷水機(jī)組, 2臺冷水機(jī)組冷水泵, 很快14144的回水通過第2臺機(jī)組蒸發(fā)器與第1臺機(jī)組出水相混合, 供給二次回路10的冷水。若水流速度是1. 21m/s , 一次回路流程是24m (此流程是指水從機(jī)組水泵出口經(jīng)過去耦管至機(jī)組水泵吸入口的路程 時(shí), 時(shí)間僅需20s 。在二次環(huán)路內(nèi), 若平均流速是0. 914m/s , 流程是90900m , 或更遠(yuǎn)點(diǎn)的環(huán)狀距離, 則冷水從機(jī)組供到末端裝置返回經(jīng)過各環(huán)路分配系統(tǒng), 約需1001000s 。由此看出, 對冷水機(jī)組的水溫影

22、響,通過去耦管僅需20s , 而通過分配系統(tǒng)則要215min , 所以, 有了去耦管, 系統(tǒng)中冷水供水溫度猛增的現(xiàn)象就緩和了。由于去耦管的作用, 可以在20s 左右, 甚至遠(yuǎn)在冷水機(jī)組啟動之前, 由于混合作用, 機(jī)組2的出水溫度就開始下降, 如圖13所示。同時(shí), 由于第 2圖13去耦冷水裝置啟動機(jī)組泵(20s 之后臺機(jī)組冷水泵的作用, 通過機(jī)組1的流量可能變化, 機(jī)組1會開始卸載, 這時(shí)旁通管通過大量冷水, 促使至機(jī)組的回水溫度降低, 使得冷水機(jī)組冷水出水溫度達(dá)到其設(shè)定值。另外, 由于去耦管的作用, 系統(tǒng)出水溫度逐漸下降, 其下降的“階躍”(step 周期約為20s , 這使得一次回路的出水溫

23、度迅速下降, 縮短未制冷冷水進(jìn)入分配系統(tǒng)的時(shí)間, 從而大大減少其進(jìn)入分配系統(tǒng)的流量。一次泵冷水系統(tǒng)若沒有去耦管, 其運(yùn)行工況該是怎樣的呢如圖14所示, 圖141臺變流量冷水機(jī)組運(yùn)行情況行時(shí), 冷水出水溫度是穩(wěn)定的, 流量控制系統(tǒng)反映冷水量需求的變化, 即便流量變化很大, 用現(xiàn)代化的微電子控制技術(shù)可以保持冷水機(jī)組的平穩(wěn)運(yùn)行和穩(wěn)定的出水溫度, 然而, 負(fù)荷變化時(shí), 如需要第2臺冷水機(jī)組投入運(yùn)行, 首先機(jī)組2用水泵開始啟動, 在變速控制下, 以流量遞增方式供水, 機(jī)組2啟動, 其蒸發(fā)器需要流量檢測, 直到機(jī)組2投入正常運(yùn)行。但是, 從啟動到投入正常運(yùn)行的這段時(shí)間內(nèi), 未制冷冷水回水已進(jìn)入分配系統(tǒng),

24、如圖15 所圖15變流量冷水機(jī)組系統(tǒng)沒有旁通管, 機(jī)組1已正常運(yùn)行, 啟動機(jī)組泵2時(shí)的情況示, 直到機(jī)組2投入正常運(yùn)行產(chǎn)出冷水為止。冷水機(jī)組啟動通常需要2min 時(shí)間, 足以使冷水機(jī)組1開始卸載, 正常運(yùn)行的機(jī)組1由于流量減少被迫卸載, 這樣提高了出水溫度, 同時(shí)也提高了系統(tǒng)的出水溫度, 如圖16所示。因大量未制冷的冷水進(jìn)入分配系統(tǒng)(時(shí)間和水溫的關(guān)系示于圖17 造成了不利的影響, 可以在增大機(jī)組1水泵的轉(zhuǎn)速時(shí), 減小機(jī)組2水泵的轉(zhuǎn)速。這些事項(xiàng)必須在規(guī)定的范圍79暖通空調(diào)HV &AC 2009年第39卷第1期設(shè)計(jì)參考 以內(nèi)和在沒有關(guān)掉流量檢測信號時(shí)來完成(即使沒有裝旁通管, 也是可能的 。這樣看

25、來, 盡管去耦系統(tǒng)需要占用空間, 但保證冷水機(jī)組的穩(wěn)定性等因素更為重要, 而穩(wěn)定性是去耦系統(tǒng)的基本特點(diǎn)。因此, 冷水機(jī)組控制器, 也可能是非編程的或其他類型, 最好還是設(shè)置去耦管。在變流量系統(tǒng)中, 許多故障性保險(xiǎn)一定要列入冷水機(jī)組的管理規(guī)程。變流量一次系統(tǒng)的旁通管不再是機(jī)組與負(fù)荷間去耦管的作用了, 而完全是為機(jī)組安全運(yùn)行設(shè)的, 旁通管應(yīng)盡量靠近冷水機(jī)組, 其上裝控制閥, 二者口徑以確保通過蒸發(fā)器的水流量不低于廠家要求的蒸發(fā)器最小流量為準(zhǔn), 一般都使用流量計(jì)檢測蒸發(fā)器流量, 因是機(jī)組安全性保護(hù), 流量計(jì)要采用高質(zhì)量型, 精度高, 校準(zhǔn)工作量小, 一定要按廠家要求進(jìn)行安裝, 水泵與機(jī)組的連接應(yīng)使用

26、共用管, 不宜一對一連接。3變流量系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的兩個具體問題3. 1變速泵與定速泵的并聯(lián)問題20變流量水系統(tǒng)循環(huán)泵的調(diào)速控制, 目的是使泵產(chǎn)生的壓力和流量與系統(tǒng)中流動阻力相匹配, 改善控制閥的使用, 節(jié)約泵送動力。設(shè)計(jì)中為了節(jié)約投資, 常將變速泵與定速泵并聯(lián)混用, 其運(yùn)行情況及注意事項(xiàng)討論如下。1 問題分析水泵運(yùn)行的基本要求是運(yùn)行中不出現(xiàn)汽蝕、磨損或機(jī)械應(yīng)力, 應(yīng)在高效率(80%以上 下運(yùn)行。現(xiàn)以2臺水泵為例, 每臺流量908m 3/h , 壓力614k Pa ,1臺變速,1臺定速, 現(xiàn)定速泵全速運(yùn)行, 變速泵變速運(yùn)行, 可能出現(xiàn)的各種情況如圖18所示 。圖18變速泵與定速泵的并聯(lián)運(yùn)行先做出運(yùn)行

27、上下限、可運(yùn)行范圍及正常運(yùn)行范圍, 眾所周知, 水泵并聯(lián)運(yùn)行, 二者壓頭必須相同, 否則, 低壓頭水泵就不能啟動。如當(dāng)1臺水泵在100%轉(zhuǎn)速下運(yùn)行, 而另1臺水泵在90%轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時(shí), 只有當(dāng)全速泵壓頭降至點(diǎn)T , 低速泵才能開始啟動, 而點(diǎn)T 是處于不穩(wěn)定的運(yùn)行范圍內(nèi), 這時(shí)兩泵運(yùn)行曲線是A 2T 2U 2Y 2Z 2V 。只有當(dāng)流量增至U 點(diǎn), 才能達(dá)到可運(yùn)行范圍, 正常的運(yùn)行范圍是Y 2Z , 它只是正常運(yùn)行范圍的1/3。低速泵的可運(yùn)行范圍未用完, 而全速泵已運(yùn)行至上限。當(dāng)?shù)退俦脺p速到80%轉(zhuǎn)速時(shí), 可利用范圍就更為狹小, 這時(shí)運(yùn)行曲線是A 2W 2X , W 2X 段完全處于不穩(wěn)定運(yùn)行

28、區(qū)。X 點(diǎn)已達(dá)100%, 至泵的運(yùn)行上限, 即變速泵根本不能運(yùn)行了。這也就是說,1臺泵保持100%轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí), 而另1臺泵減速到低于90%時(shí)基本上就不能運(yùn)行了。由圖18可以看出, 運(yùn)行中流量變化時(shí), 并聯(lián)泵中第1臺全速運(yùn)行, 第2臺減速, 只有當(dāng)減速較少時(shí), 技術(shù)上才是可行的。它只涵蓋很窄的流量變化范圍, 壓頭減少不能超過15%, 運(yùn)行中不同流量下水泵的效率不同, 在100%轉(zhuǎn)速下特性曲線為A 2T 2B 。在90%轉(zhuǎn)速的泵投入運(yùn)行時(shí), 第1臺泵已經(jīng)在其85%效率范圍內(nèi)運(yùn)行, 當(dāng)較低轉(zhuǎn)速泵達(dá)到其正常運(yùn)行范圍內(nèi)時(shí), 較高轉(zhuǎn)速的泵已落入80%效率范圍內(nèi), 這樣2臺泵均不能在最高效率下運(yùn)行。應(yīng)特別指

29、出, 不同轉(zhuǎn)速的泵并聯(lián)運(yùn)行是伴有89設(shè)計(jì)參考暖通空調(diào)HV &A C 2009年第39卷第1期危險(xiǎn)性的, 已有發(fā)生事故的先例, 應(yīng)明文規(guī)定禁止這樣的設(shè)計(jì)方式, 原因是:當(dāng)流量減少到T 點(diǎn), 1臺泵高于T 點(diǎn)運(yùn)行時(shí), 低速運(yùn)行的水泵就不能與高轉(zhuǎn)速水泵的壓頭相匹配, 低速運(yùn)行的水泵就沒有水流通過, 輸入水泵的能量由動能轉(zhuǎn)換為熱能, 泵體內(nèi)停滯的水被加熱, 繼而轉(zhuǎn)換為蒸汽, 最后運(yùn)轉(zhuǎn)的水泵變干, 泵體溫度升高而遭到破壞。更有甚者, 如系統(tǒng)流量增加, 水泵出口壓力下降, 冷水進(jìn)入干涸泵體, 此時(shí)泵體內(nèi)蒸汽突然凝結(jié)而形成真空, 水就沖進(jìn)且充滿氣穴, 而引起水錘現(xiàn)象, 可能引起泵體爆炸。2 水泵并聯(lián)時(shí)如何配

30、置變速泵當(dāng)離心泵轉(zhuǎn)速變化時(shí), 平方而變化, 個等值點(diǎn)( 拋物線上。力時(shí), 采用變速泵送較理想。經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)應(yīng)該是選擇可行的最少數(shù)量的水泵, 而且均裝有變速傳動。在選擇水泵之前, 必須把系統(tǒng)的不變阻力與可變阻力損失計(jì)算清楚。例如, 一個一次泵冷水系統(tǒng), 借助旁通管保持冷水機(jī)組冷水流量恒定, 也即系統(tǒng)中部分壓頭損失恒定, 大部分壓頭損失是變化的。冷水機(jī)組組成是:2臺4396kW (1250rt 吸收式冷水機(jī)組, 每臺冷水流量是908m 3/h ,2臺3517kW (1000rt 離心式冷水機(jī)組, 每臺冷水流量是681m 3/h , 冷水總流量是3189m 3/h , 冷水機(jī)組環(huán)路固定阻力是166.

31、70kPa , 分配環(huán)路阻力是382. 90kPa 。泵送系統(tǒng)組成是:2臺908m 3/h 和2臺681m 3/h 相同特性的水泵, 前者是導(dǎo)泵, 設(shè)變速裝置, 如圖19 所圖19大泵是導(dǎo)泵的多泵并聯(lián)冷水系統(tǒng)示。由圖可以看出, 除了在908m 3/h , 100%轉(zhuǎn)速下運(yùn)行的單臺水泵以外, 其他運(yùn)行的3臺水泵曲線均在其額定的運(yùn)行范圍以內(nèi), 并與系統(tǒng)曲線相交, 4臺泵100%全速運(yùn)行, 滿足4臺冷水機(jī)組所需流量, 若停止1臺681m 3/h 的水泵, 系統(tǒng)流量需求可以大至2592m 3/h , 當(dāng)?shù)?臺681m 3/h 水泵停止運(yùn)行時(shí), 只剩下2臺908m 3/h 水泵按原速運(yùn)行, 系統(tǒng)運(yùn)行流量

32、可大至2498m 3/h , 這樣也可滿足3臺冷水機(jī)組的運(yùn)行, 2臺908m 3/h 的大水泵在100%。3h 2臺,70%轉(zhuǎn)速時(shí)2臺泵的合成曲476m 3/h 處與系統(tǒng)曲線相交, 這時(shí)可以滿足2臺小冷水機(jī)組的運(yùn)行。1臺70%轉(zhuǎn)速下運(yùn)行的水泵可以滿足1臺小冷水機(jī)組的需求。第二種水泵的組合為, 4臺水泵參數(shù)不變, 把681m 3/h 的2臺水泵設(shè)變速裝置, 作為主導(dǎo)泵, 如圖20所示, 顯然這是一個不好的組合,2臺100%轉(zhuǎn)速運(yùn)行的水泵就不與系統(tǒng)特性曲線相交, 且2臺泵和3臺泵兩個組合之間逐漸增長的壓頭是過大的。當(dāng)2臺泵在90%轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時(shí), 也太靠近其運(yùn)行上限, 與系統(tǒng)曲線相交允許的余量太少。

33、1臺泵在70%轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時(shí)也是如此, 而且, 水泵與冷水機(jī)組 的運(yùn)行不匹配。圖20小泵是導(dǎo)泵的多泵并聯(lián)冷水系統(tǒng)第三種水泵的組合為,908m 3/h 的水泵選用3臺, 要求稍大一點(diǎn)的葉輪, 每臺流量為1060m 3/h , 壓頭為549kPa 。其中,2臺水泵是變速傳動, 如圖21所示。顯然, 這是個非常經(jīng)濟(jì)的布置, 所有泵曲線如同第一種組合一樣, 與系統(tǒng)曲線相交。這里只有2臺泵需要轉(zhuǎn)速控制, 第3臺泵的啟動只是對應(yīng)4臺冷水機(jī)組運(yùn)行的情況。 圖213臺水泵型號相同的多泵并聯(lián)冷水系統(tǒng)以上分析表明, 不同轉(zhuǎn)速的水泵同時(shí)并聯(lián)運(yùn)行效益極小, 且可能帶來危險(xiǎn)。送系統(tǒng)的最優(yōu)化, , 必須分別審查, 算, 。

34、同時(shí)注意到, 所研究的這些方案是一個系統(tǒng)內(nèi)所有的水泵, 其吸入和排出都是用集合管連在一起, 可供應(yīng)所有的冷水機(jī)組, 不是1臺泵對1臺冷水機(jī)組的布置方式。當(dāng)然, 在自動控制的水系統(tǒng)中, 為了自動切換就要配置相應(yīng)的控制閥門了。3. 2變流量系統(tǒng)設(shè)計(jì), 閥門選用和試運(yùn)行211 系統(tǒng)設(shè)計(jì)問題變流量與定流量系統(tǒng)設(shè)計(jì)不同之處, 不只是兩通控制閥代替三通控制閥, 應(yīng)注意到, 由于兩通控制閥的使用, 變流量水系統(tǒng)的工作壓力應(yīng)總高于相應(yīng)的定流量水系統(tǒng)的壓力, 而且應(yīng)該設(shè)計(jì)成自平衡系統(tǒng)。因此, 在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí), 必須強(qiáng)調(diào)控制閥及其執(zhí)行機(jī)構(gòu)的重要性, 閥體必須是高質(zhì)量的, 要經(jīng)得起系統(tǒng)中存在的附加動壓和靜壓。自平衡系

35、統(tǒng)中使用平衡閥是有害的, 降低了控制閥的閥權(quán)度, 增加了支管的阻力, 從而浪費(fèi)了泵送動力。在工程設(shè)計(jì)說明中, 對安裝和系統(tǒng)維護(hù)也應(yīng)提出要求, 如傳感器控制盤管閥一般總是控制流量。但如果閥門控制器是房間溫度控制器, 要鎖定在設(shè)計(jì)溫度下, 若設(shè)定點(diǎn)隨時(shí)可調(diào)的話, 盤管閥總是開的, 那么系統(tǒng)就不再有平衡作用了。具有用DDC 系統(tǒng)控制盤管閥的建筑物, 根據(jù)閥門運(yùn)行的最大閥塞行程再設(shè)定差壓傳感器, 可以進(jìn)一步減少水的輸送能耗。2 控制閥的各項(xiàng)性能要求閥門規(guī)格的選定變流量水系統(tǒng)中, 通過兩通調(diào)節(jié)控制閥的壓差是指當(dāng)閥門全開輸送設(shè)計(jì)流量時(shí)的壓差和水泵以最大轉(zhuǎn)速運(yùn)行閥門關(guān)閉時(shí)的最大壓差二者之間的變化。由于變流量

36、水系統(tǒng)的壓差變化范圍大, 閥門的規(guī)格選定非常重要, 至少應(yīng)按照通過盤管所在支管壓降的1/2選定閥門規(guī)格, 如圖22所示。如果通過控制閥的壓降小于支管上其他部件的壓降, 也就是說閥權(quán)度小于0. 5, 節(jié); , 也就是閥權(quán)0. 5, 是正值, 。圖22設(shè)計(jì)流量工況下通過控制閥的壓降閥門執(zhí)行機(jī)構(gòu)規(guī)格的選定執(zhí)行機(jī)構(gòu)要具有能夠緊緊關(guān)閉、使閥塞處于精確位置的能力。為此, 執(zhí)行機(jī)構(gòu)至少要有水泵壓頭1. 5倍的關(guān)斷力, 才能保證良好的閥塞位置, 這也將使由于通過閥門高壓差引起的任何彈簧作用位移成為最小。閥體靜態(tài)額定能力要求普通供暖通風(fēng)空調(diào)用閥體的額定壓力值一般是1720kPa , 可以滿足大部分工程要求。變流

37、量水系統(tǒng)的所有閥門、管路和配件, 應(yīng)根據(jù)水泵全速運(yùn)行下的壓力流量來選定。閥門要能承受最大壓力。如水泵運(yùn)行時(shí), 壓頭將隨著流量減小而增加, 水泵壓頭沿水泵性能曲線向上浮動。所以閥體的設(shè)計(jì)壓力是:變流量水系統(tǒng), 閉式膨脹水箱內(nèi)壓力+系統(tǒng)靜壓+閥門全關(guān)掉時(shí)的水泵壓頭; 定流量水系統(tǒng), 閉式膨脹水箱內(nèi)壓力+系統(tǒng)靜壓+水泵運(yùn)行點(diǎn)的水泵壓頭-系統(tǒng)管路摩擦阻力損失。閥體動態(tài)額定能力要求閥體的動態(tài)額定能力是指所設(shè)計(jì)的濕潤部件最大流量時(shí)的壓差, 這點(diǎn)是閥門制造廠家的不明朗區(qū)域。供暖通風(fēng)空調(diào)工業(yè)在這方面還沒有提供任何標(biāo)準(zhǔn)可以遵循, 在變流量水系統(tǒng)中任何閥門的動態(tài)壓頭至少應(yīng)為水泵設(shè)計(jì)壓頭的1. 5倍。在大型工程中可

38、能需要使用工業(yè)閥門才能滿足這一標(biāo)準(zhǔn)。流量特性要求變流量水系統(tǒng)的閥門、閥孔和閥塞特性, 在供暖和制冷盤管的輸出流量下, 閥桿行程必須近似于線性作用, 具有等百分比特性的閥門非常接近于這個要求。它是廠家的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品, 是專用于變流量水系統(tǒng)的閥門。壓力升高比(p ressure rise ratio , PR R 要求變流量水系統(tǒng)要設(shè)計(jì)成自平衡的水力系統(tǒng)。其平衡手段是由閥塞升程的最后段來完成, 。, , 的所有部件( 的壓降要小。壓力升高比=工作狀態(tài)點(diǎn)水泵壓頭閥門全開通過設(shè)計(jì)流量時(shí)的壓降。圖23所示為某等百分比兩通閥的最大升程, 此曲線可以用于確定在設(shè)計(jì)流量下, 壓降等于全支管壓降1/2的情況下, 等百分比兩通閥的最大升程。從圖中可以看出, 等百分比閥對于增加壓力升高比反應(yīng)不太明顯, 即增加壓力升高比對最大的閥塞升程的作用相對較小。設(shè)計(jì)變流量水系統(tǒng)壓力升高比小于10時(shí), 能保證減少有效的閥塞升程, 不增加控制回路內(nèi)增益(gain 。 圖23某等百分比兩通閥閥塞最大