空調(diào)系統(tǒng)水力平衡淺析

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了保證最不利環(huán)路末端的使用壓力，全部其他的空調(diào)設(shè)備末端的壓力往往大于設(shè)計(jì)工況的需要值，特殊是在規(guī)模大、功能復(fù)雜的工程中，異程管線長，末端設(shè)備的阻力差異較大及空調(diào)末端啟停差異大的系統(tǒng)，在逼近冷熱源的位置，使用壓力余量過大，往往浮現(xiàn)流量分配偏離設(shè)計(jì)狀態(tài)，導(dǎo)致水力失調(diào)，流量的偏差會產(chǎn)生冷熱源近端的空調(diào)太涼或采暖不熱，不僅使用功能不能保證，還造成能源鋪張。

3常見水力平衡問題簡析

3.1近熱遠(yuǎn)冷及系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)光長

緣由：靜態(tài)。

描述：在系統(tǒng)中因?yàn)楦髂┒寺饭艿篱L度不同，造成系統(tǒng)中各末端水量分配偏離。供熱（冷）時(shí)近熱遠(yuǎn)冷（近冷遠(yuǎn)熱），逼近立管的末端設(shè)備總可以獲得足夠多的能量，制冷制熱效果好，而不利環(huán)路的設(shè)備制冷制熱效果差；水量不足的末端需要在經(jīng)受很長時(shí)光后，在過流末端的控制閥舉行后方能得到足夠的水量，從而造成啟動(dòng)的時(shí)光會很長，如圖1所示。

后果：此類水力平衡問題是最直觀的水力平衡問題，假設(shè)為了滿足少數(shù)遠(yuǎn)端區(qū)域的要求，加大囫圇系統(tǒng)的容量，挑選更大的水泵或者是冷熱源（如圖2所示），將會導(dǎo)致系統(tǒng)低效運(yùn)行，同時(shí)近端區(qū)域也會浮現(xiàn)過冷或過熱的狀況。

圖1：近熱遠(yuǎn)冷及系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)光長圖2：加大水泵

實(shí)例分析：

在武漢某醫(yī)藥廠房水系統(tǒng)中，主支路所有為異程式，其最不利環(huán)路長80

米，管徑DN50；最短環(huán)路20米，管徑DN100，系統(tǒng)運(yùn)行壓力0.5MPa，最不利環(huán)路基本達(dá)不到使用要求。

空調(diào)水系統(tǒng)在調(diào)試開頭時(shí)，正當(dāng)夏季環(huán)境氣溫很高，在系統(tǒng)閥門未舉行調(diào)節(jié)的狀況下，初期“近冷遠(yuǎn)熱”現(xiàn)象相當(dāng)嚴(yán)峻，西部區(qū)域（近機(jī)房端）空調(diào)機(jī)組出風(fēng)溫度下降較快，而位于東部區(qū)域（系統(tǒng)末端）的空調(diào)機(jī)組出風(fēng)溫度則顯然下降較慢，同時(shí)感覺出風(fēng)溫度高出許多，導(dǎo)致不同房間的溫度差異比較顯然。

這是很典型的水力平衡問題，在確定空調(diào)末端設(shè)備所需流量后，對手動(dòng)調(diào)整閥舉行調(diào)整，初始的為全開狀態(tài)，調(diào)試過程不是很順當(dāng)，往往是這邊調(diào)節(jié)好了，那邊又不合適，由于對大型空調(diào)系統(tǒng)而言，采納手動(dòng)調(diào)整法過程復(fù)雜，手動(dòng)調(diào)整前段閥門，后段的流量受影響，后段調(diào)整流量，前段流量又會變化，而且手動(dòng)調(diào)整閥不能精確的調(diào)整流量，因此調(diào)整起來費(fèi)時(shí)費(fèi)勁，對于復(fù)雜的系統(tǒng)，要求工程師有特殊豐盛的閱歷，反復(fù)調(diào)節(jié)，并且一旦系統(tǒng)壓力變化或者負(fù)荷變化仍需要重新調(diào)整，于是我們把手動(dòng)調(diào)整閥換成靜態(tài)平衡閥，末端的沿程阻力變小，末端流量變大，出風(fēng)溫度達(dá)到預(yù)想的結(jié)果，在定流量系統(tǒng)、囫圇系統(tǒng)負(fù)荷變化不顯然的前提下，這個(gè)問題得到了的改善，此類問題在改造項(xiàng)目中尤其突出。

3.2水泵的過熱、燒毀、過流及功耗過大

緣由：靜態(tài)及動(dòng)態(tài)。

描述：在靜態(tài)工況中，因?yàn)槊つ考哟蠊軓交蛘咴谔暨x水泵揚(yáng)程時(shí)采納了過大的平安系數(shù)，使得在系統(tǒng)中所需揚(yáng)程小于水泵額定揚(yáng)程，造成水泵工作狀態(tài)點(diǎn)偏離高效工作點(diǎn)，使得水泵的工作效率下降和功耗增強(qiáng)，同時(shí)電機(jī)發(fā)熱，嚴(yán)峻時(shí)造成水泵電機(jī)的燒毀（參見圖3、圖4）。

在動(dòng)態(tài)工況下，因?yàn)橄到y(tǒng)內(nèi)部分末端的控制閥關(guān)閉時(shí)，導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)的壓力上升，使得其他盤管的水量增強(qiáng)，而按照盤管的散熱特性，這種流量的增強(qiáng)并不能帶來與之相配的散熱量的增強(qiáng)，而使得這些盤管所配用的調(diào)整閥動(dòng)作幅度小于將盤管水溫降限制與設(shè)計(jì)值所需的動(dòng)作幅度；此時(shí)導(dǎo)致系統(tǒng)處于低溫差大流量工況，而水泵功耗遠(yuǎn)大于實(shí)際所需。

同樣對風(fēng)機(jī)盤管的小型末端采納開關(guān)控制也會導(dǎo)致在部分負(fù)荷時(shí)流量大于實(shí)際所需。對于盤管而言，即使通過流量為額定流量的200%時(shí)，盤管的熱輸出也僅增強(qiáng)10%。從而使水在通過盤管時(shí)不能充分換熱，導(dǎo)致系統(tǒng)浮現(xiàn)小溫差和過流現(xiàn)象。在50%系統(tǒng)負(fù)荷時(shí)，因?yàn)樯岜P管的熱性，盤管實(shí)際僅需18%的流量，而假如采納開關(guān)控制，則閥門會開啟50%左右的平均時(shí)光，在50%的開啟時(shí)光內(nèi)通過100%的流量（或更多），相對平均的流量為50%，遠(yuǎn)大于實(shí)際所需的18%。。

后果：此類水力平衡問題的靜態(tài)部分，往往是由較為保守的水泵選型以及管道水力計(jì)算造成，盲目放大管徑以及對于水泵揚(yáng)程附加了過多的平安系數(shù)。該問題可以通過對系統(tǒng)水力平衡狀態(tài)舉行解決，從而改善水泵工況點(diǎn)，降低水泵功耗。盲目更換水泵、或者為水泵加裝變頻裝置，造成高額XXX及運(yùn)行費(fèi)用。

這種狀況在上世紀(jì)80~90年月，空調(diào)開頭大規(guī)模進(jìn)入民用建造，設(shè)計(jì)院的閱歷尚不豐盛，加之人們傳統(tǒng)的觀念，選型往往偏大，而動(dòng)態(tài)的過流問題，會造成水泵的功耗大于實(shí)際所需。

3.3室內(nèi)溫度波動(dòng)、穩(wěn)定時(shí)光長

緣由：動(dòng)態(tài)。

描述：因?yàn)榕〒Q熱系統(tǒng)及控制系統(tǒng)的特性要求，需要控制閥門的控制信號與盤管熱輸出之間為線性關(guān)系。系統(tǒng)內(nèi)平衡閥與控制閥挑選不當(dāng)，會導(dǎo)致閥門控制信號與熱輸出之間的關(guān)系成為上拋型。在閥門小開度時(shí)，造成室內(nèi)溫度波動(dòng)；而在閥門大開度時(shí)造成室內(nèi)溫度的穩(wěn)定時(shí)光過長。

后果：溫度波動(dòng)及溫度的穩(wěn)定時(shí)光過長，會導(dǎo)致室內(nèi)舒服度下降，同時(shí)導(dǎo)致控制閥門的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的“過勞”。

3.4冷機(jī)小溫差綜合癥

緣由：動(dòng)態(tài)及其他

描述：當(dāng)系統(tǒng)浮現(xiàn)大流量小溫差運(yùn)行時(shí)，傳統(tǒng)的自動(dòng)控制系統(tǒng)會按照流量

打算冷機(jī)啟停臺數(shù)，而開啟的冷機(jī)均工作于部分負(fù)荷下，而冷機(jī)效率在臨近滿載時(shí)最高，部分負(fù)荷時(shí)效率會大幅下降。

而浮現(xiàn)大流量小溫差有無數(shù)緣由，除去采納一次泵定流量系統(tǒng)、負(fù)荷側(cè)變流量冷機(jī)側(cè)定流量系統(tǒng)、二次泵系統(tǒng)這三種系統(tǒng)本身的緣由外，另一個(gè)更重要的緣由是未按照變流量系統(tǒng)挑選正確的平衡閥和調(diào)整閥。而這類問題往往會被忽略，或歸因于冷機(jī)本身，而無法得到正確解決。部分負(fù)荷時(shí)，傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)的內(nèi)溫差遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)值。并且隨著負(fù)荷的降低，狀況進(jìn)一步惡化。這種典型的暖通空調(diào)系統(tǒng)，全年大部分時(shí)光是處于10%～50%的部分負(fù)荷運(yùn)行中的。

后果：冷機(jī)在小溫差工況下的效率降低，導(dǎo)致耗能大幅增強(qiáng)，嚴(yán)峻時(shí)，離心機(jī)等對負(fù)荷調(diào)整比較敏感冷機(jī)，會導(dǎo)致冷機(jī)的喘振和損壞。同時(shí)因?yàn)橄到y(tǒng)小溫差大流量運(yùn)行，系統(tǒng)的輸送效率比較低，水泵功耗高，因?yàn)槔錂C(jī)和水泵能耗在空調(diào)系統(tǒng)中占有很高的比重，因此對這兩者的優(yōu)化運(yùn)行是提高囫圇系統(tǒng)效率的關(guān)鍵。

實(shí)例分析：在某電子廠房項(xiàng)目中，空調(diào)水系統(tǒng)運(yùn)行初期，會發(fā)生囫圇機(jī)房乃至附近房間噪聲顯然加大，甚至機(jī)組和樓板發(fā)生共振，震驚隨著墻體和管道傳到主車間，當(dāng)囫圇系統(tǒng)有負(fù)荷變化的時(shí)候，這種狀況就會好轉(zhuǎn)。為了解決這一現(xiàn)象，對機(jī)房內(nèi)的管道增強(qiáng)了許多固定支架，但是效果甚微，然后就集中項(xiàng)目部豐盛閱歷的工程師，一起查找緣由，最后經(jīng)過對囫圇系統(tǒng)的排查，認(rèn)定了是低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)而使冷機(jī)發(fā)生喘振現(xiàn)象。

由于離心式制冷機(jī)組，在壓縮機(jī)吸氣口壓力或流量驟然降低，低過最低允許工況時(shí)，壓縮機(jī)內(nèi)的氣體因?yàn)榱髁堪l(fā)生變化會浮現(xiàn)嚴(yán)峻的旋轉(zhuǎn)脫離，形成突變失速，這是葉輪不能有效提高氣體的壓力，導(dǎo)致壓縮機(jī)出口壓力降低，系統(tǒng)管網(wǎng)的壓力沒有驟然降下來，使得氣體從壓縮機(jī)倒流，系統(tǒng)管網(wǎng)壓力低至壓縮機(jī)出口壓力時(shí)，氣體向系統(tǒng)管網(wǎng)流淌，如此反復(fù)，就浮現(xiàn)了喘振現(xiàn)象。

為了解決這個(gè)問題，為每臺冷機(jī)均設(shè)置了動(dòng)態(tài)平衡閥，對系統(tǒng)水力分配狀況舉行調(diào)整，當(dāng)系統(tǒng)負(fù)載處于部分運(yùn)行時(shí)，冷凍水流量減小的狀況下，動(dòng)態(tài)平衡閥則按照所負(fù)擔(dān)的支管路壓力變化狀況自行調(diào)劑其開啟度，循環(huán)泵工作頻率亦隨之變化，避開了大流量小溫差運(yùn)行工況，冷機(jī)質(zhì)量效率提高，削減了冷機(jī)的工作時(shí)段，同時(shí)削減了水泵的功耗，并降低了系統(tǒng)的運(yùn)行成本。

4水力平衡計(jì)劃的要點(diǎn)

系統(tǒng)的水力平衡計(jì)劃或部件需要解決以下問題：

解決靜態(tài)水力平衡問題，防止因靜態(tài)水力問題導(dǎo)致冷熱不均及水泵過流問

題；適應(yīng)末端變負(fù)荷運(yùn)行的要求，為末端提供從低負(fù)荷到全負(fù)荷全過程穩(wěn)定的水力工況；適應(yīng)末端變負(fù)荷運(yùn)行的要求，系統(tǒng)部分負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，導(dǎo)致系統(tǒng)壓力波動(dòng)時(shí)，能將此壓力波動(dòng)汲取、屏蔽，避開影響末端調(diào)整閥兩端壓力波動(dòng)；同時(shí)防止欠流風(fēng)險(xiǎn)，最大程度發(fā)揮變流量系統(tǒng)的節(jié)能潛力；適應(yīng)末端變負(fù)荷運(yùn)行的要求，提高末端調(diào)整閥的控制精度；適應(yīng)系統(tǒng)變流量運(yùn)行的要求，為冷機(jī)及水泵提供高效運(yùn)行的基礎(chǔ)條件，消退系統(tǒng)小溫差大流量運(yùn)行現(xiàn)象。

5空調(diào)水力平衡應(yīng)當(dāng)注重的問題：

5.1空調(diào)水系統(tǒng)應(yīng)優(yōu)先采納一次泵變流量系統(tǒng)

因?yàn)榭照{(diào)的水力平衡影響到囫圇系統(tǒng)的方方面面，同時(shí)也受到各方面的影響，空調(diào)水系統(tǒng)應(yīng)采納變流量系統(tǒng)，應(yīng)優(yōu)先采納一次泵變流量系統(tǒng)，以最大限度提高系統(tǒng)在部分負(fù)荷時(shí)的效率；泵的變頻控制應(yīng)采納最不利環(huán)路定壓控制，以發(fā)揮系統(tǒng)節(jié)能潛力。系統(tǒng)水泵挑選以及運(yùn)行中優(yōu)化設(shè)定時(shí)，應(yīng)以計(jì)算和實(shí)測相結(jié)合，避開保守的水泵選型造成系統(tǒng)功耗增強(qiáng)。

5.2安裝靜態(tài)或動(dòng)態(tài)平衡閥

結(jié)合工程實(shí)際狀況，定流量系統(tǒng)用靜態(tài)平衡閥，就是說在終端用戶使用壓力和流量變化不大的狀況下最好使用靜態(tài)平衡閥，既達(dá)解決問題又起到了節(jié)省的目的。

變流量系統(tǒng)用動(dòng)態(tài)壓差平衡閥，即在終端用戶使用壓力和流量變化較大的狀況下使用動(dòng)態(tài)平衡閥，在一定的壓力范圍內(nèi)限制末端設(shè)備的最大流量或自動(dòng)恒定流量，在大型、復(fù)雜、空調(diào)負(fù)荷不恒定的工程中，簡化了系統(tǒng)調(diào)試過程，縮短了調(diào)試時(shí)光，特殊是在異程水系統(tǒng)中，可以很簡單的實(shí)現(xiàn)水力工況平衡，滿足設(shè)計(jì)環(huán)境溫度的要求，并且在空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行中，末端設(shè)備不受其他末端啟停的影響。在大型集中空調(diào)系統(tǒng)中，在空調(diào)設(shè)備（空氣處理機(jī)及風(fēng)機(jī)盤管）末端裝置設(shè)置平衡閥，通過三通或兩通電動(dòng)閥保證設(shè)備所需流量，平衡閥就實(shí)現(xiàn)了水力工況調(diào)整。在冷熱源、冷卻塔、水泵等處設(shè)計(jì)管線受限時(shí)，用平衡閥來避開負(fù)荷偏載，保證設(shè)備正常運(yùn)行，精確的控制室內(nèi)的溫度。

5.3動(dòng)態(tài)平衡閥不應(yīng)多級設(shè)置

在空調(diào)設(shè)置中，手動(dòng)調(diào)整閥是多級設(shè)置的，而根據(jù)這一做法多級設(shè)置動(dòng)態(tài)平衡閥