淺談靜態平衡閥在空調系統節能運行的應用

周毅峰,李樹坤

(1.廣州凱華城房地產開發有限公司,廣州510310;2.廣東省輕工業高級技工學校,廣州510315)

1 引 言

在空調系統中,作為熱傳遞的水由相關的水力管網輸送到各個用戶。對于一個滿足設計要求理想運行的系統,各用戶都能夠獲得設計的水量。滿足用戶室內溫度的舒適性要求和系統運行的節能性要求,這樣的系統就是實現了水力平衡的系統,否則,就是水力不平衡或稱水力失調的系統。

水力不平衡一般分為靜態不平衡和動態不平衡。

在靜態系統中,當某些環路存在剩余壓頭時(即某些環路的阻力過小時),這些環路的實際流量就將超過設計流量,這樣必然造成其它環路的實際流量達不到設計流量。這種水力失調是由管網系統的設計缺陷和施工缺陷造成的,稱為靜態失調,這種失調是先天性的、根本性的,如不采取措施予以糾正,其不良影響在系統中將永遠存在。

在動態系統中,當某些環路的水流量發生改變,例如用戶調節閥門、關閉閥門、或控制閥根據負荷變化自主動作時,系統的壓力分布將會發生變化,壓力分布的變化勢必對其它環路造成干擾,使其它環路的流量發生不應有的改變,這種失調是隨機變化的、動態的。

系統在不平衡條件下運行,就存在室溫過熱或過冷的用戶,這就迫使管理單位不得不在系統上投入更多的設備和能源,以滿足用戶的要求,這種長期的不合理運行狀況,不僅不能解決供熱或供冷效率不高的問題,還造成了大量能源浪費及經濟損失。我們都知道水系統的水力平衡可由平衡閥的調控來實現,那么,平衡閥是如何進行調控的?一般而言,平衡閥主要分靜態平衡閥和動態平衡閥。

靜態平衡閥是根據計算得出的系統中的水流量,通過轉動閥體上的手輪進行精確的設定,從而獲得系統的平衡,當系統的流量與規定值不符,須重新設定閥門,重復測量直到獲得正確的流量。

動態平衡閥與靜態平衡閥結構上不同的是具有自動流量閥芯的設計,核心是這個獨特的自動流量閥芯,加工精確的閥芯螺紋使彈簧預加負載和自由長度能得以精確實現,從而達到設計啟動的壓力條件。可以在工作范圍內調節,降低壓差,在不同的泵速下都能提供設計流量。

根據計算得出的系統中的水流量,采用動態平衡閥,就可以保證系統內精確和動態的平衡。這意味著所有的部件都將處于設定值運行,即使系統進行修改或添加后,末端單元的流量也不會超過設計值。

本文就已安裝靜態平衡閥的空調系統中,如何解決水力動態不平衡達到節能運行進行探討。

2 水力動態不平衡的問題

2.1 工程概況

廣州國際輕紡城工程空調設計只要求夏季供冷,不考慮冬季采暖。總空調面積為12萬m2,總冷負荷為21837 kW,平均冷負荷指標為181 W/m2。輕紡城商鋪內空調的末端裝置均采用單冷型分體式水/空氣式水源熱泵機組。

整棟商業城建筑劃分為C、D、E、F四區,各區設置一個集中冷卻水系統,除E區設有兩支供回水立干管之外,其它的D、E、F三區均各設一支供回水立管;C、D、E、F分區分別各由5組、3組、8組和3組的閉式冷卻塔+冷卻水循環泵所構成的冷卻水系統,向本分區內的WSHP機組與新風機組供應冷卻水;配置情況見表1。

表1 C～F區各個冷卻水環的閉式冷卻塔與水泵配置情況

C、D、E、F分區的所有冷卻水的總干管、總立管、各層干管、支管、分支管完全采用異程式配管來輸配;該工程冷卻水系統選用了靜態平衡閥進行系統平衡,閥門規格從DN20～DN200中選取安裝,共計2150個左右。

經過五年多的運行和商戶的多次空調改造,空調系統內的設備存在個別制冷效果差、用戶投訴多等的情況。經過技術人員對各區的設備調查和對系統中的主要環路靜態平衡閥及冷卻塔溫差進行全面檢測,匯總見表2。

表2 CDEF區空調系統全面檢測統計表

2.2 冷卻水不平衡的原因分析

經過分析由表2可見,該工程空調系統的冷卻水不平衡率較高,冷卻塔進出水溫差偏小。其主要原因是:

1)各環路中存在部分商用空調暫停使用,以及該空調系統管網改造后,沒有對原管網作水力平衡計算和相應的調節;

2)相關的物管工程技工對水力平衡的了解不足,技術水平較低,隨意調節靜態平衡閥,簡單處理用戶投訴空調制冷不良問題,破壞了系統內的水力平衡。經分析研究,其主要原因有兩個:

一是部分冷卻水環路中的靜態平衡閥流量偏差大,通過靜態平衡閥的壓差變化大,大于0.6MPa。現舉一例檢查時發現普遍存在的情況作說明。

在C區負一層的某一冷卻水環路中,我們檢查了兩支路的靜態平衡閥的現狀,經過測試發現:

DN125平衡閥設計流量:97.69 m3/h,調試前流量:84 m3/h,只有設計值的86%;

DN250平衡閥設計流量:122.65m3/h,調試前流量:167 m3/h,是設計值的136%。

DN125平衡閥通過閥體的壓差:0.63MPa。這種壓差的迭加作用,將影響水泵的工作效率,需增加水泵的開啟臺數來抵消所增加的壓頭損失,浪費能源。

二是末端空調設備管路中的Y型過濾器堵塞嚴重,造成管路中壓頭偏大,制冷效果差的同時又使水泵處于不節能狀態下運行。

3)隨意調整冷卻水泵的開啟臺數,使冷卻塔的水流量偏大,冷卻塔進出水溫差偏小,設計值為:4～5℃。

3 處理對策

3.1 設備問題的對策

a)對末端空調設備管路中的Y型過濾器進行清洗;

b)及時對有故障的空調設備進行維修及更換;

c)對改造中增加的管路增加動態平衡閥;

d)對用水量較大的空調設備增加動態平衡閥。

3.2 水力平衡問題的對策

a)對整個空調冷卻水系統重新進行水力平衡計算;

b)依據計算結果,對整個空調冷卻水系統重新進行水力平衡調試;

c)依據計算結果,提供滿足空調系統節能運行投入的冷卻水泵和冷卻塔數量。

4 小結

依據計算結果和處理對策,經過對該空調冷卻水系統重新進行水力平衡調試,使之能在節能狀態中運行;冷卻水泵的投入臺數減少了,經濟效益得到明顯提高,同時,商戶關于空調效果差的投訴少了。具體數據如下:

C區冷卻水泵總流量:1100 m3/h;D區冷卻水泵總流量:800 m3/h;E區冷卻水泵總流量:2500 m3/h;F區冷卻水泵總流量:800 m3/h。根據廣州國際輕紡城營業時間的實際情況考慮,每天空調系統按工作11小時計算,電費每小時大概節省三百多元,一天就可節省大概約四千元。冷卻塔進出水溫差增大了,達到3.5～4.6℃,提高了冷卻塔的效率。空調系統達到水力平衡運行,對于節能和提高經濟效益是十分必要的。

為了保證空調系統的節能效果,為此,筆者提出如下建議:

(1)建議加強對相關技術人員的水力平衡節能運行技術培訓教育。

(2)建議經調試后的靜態平衡閥一般情況下盡量不要隨意自調,不是隨意轉動靜態平衡閥的調試手輪就可,須配合通過閥體的壓差來調試才能達到設計的流量;應由專業人員配合專業儀器來完成。

(3)建議定期對管道上的相關過濾器進行檢查排堵。

(4)空調系統的改造應充分考慮水力平衡問題,避免破壞原系統的水力平衡。

[1]暖通通風與空調設計規范GBJ19-87(2001年版)[S]