水力平衡調(diào)試在中央空調(diào)中節(jié)能的應(yīng)用

田 雷

(國(guó)核工程有限公司，上海 200233)

0 引言

我國(guó)目前中央空調(diào)系統(tǒng)的能耗平均要占到建筑物能耗的40%～60%，相較于發(fā)達(dá)國(guó)家20%的比例來(lái)說(shuō)，還有較大的節(jié)能空間。而導(dǎo)致我國(guó)中央空調(diào)系統(tǒng)耗能較高的因素則是多樣的，其中的主要因素之一就是系統(tǒng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)全面水力平衡。由于空調(diào)系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，分配的流量無(wú)法滿足空調(diào)設(shè)備流量的要求，導(dǎo)致空調(diào)區(qū)域流量過(guò)多或是過(guò)少，也就是個(gè)別區(qū)域過(guò)冷或過(guò)熱的問(wèn)題，從而造成冷源浪費(fèi)。這個(gè)問(wèn)題就是水力失調(diào)，即空調(diào)系統(tǒng)水力不平衡。

1 水力平衡概念分析

所謂水力平衡就是專(zhuān)門(mén)針對(duì)水力失調(diào)的調(diào)節(jié)方法，水力失調(diào)包括動(dòng)態(tài)與靜態(tài)兩種，因此水力平衡也相應(yīng)分為動(dòng)態(tài)與靜態(tài)水力平衡。

動(dòng)態(tài)水力失調(diào)即用戶閥門(mén)出現(xiàn)開(kāi)度變化，比如部分管路出現(xiàn)調(diào)節(jié)閥動(dòng)作時(shí)，所引起其他支路流量隨之也產(chǎn)生一定的變化，從而使其與設(shè)計(jì)要求的流量產(chǎn)生偏離，導(dǎo)致水力失調(diào)問(wèn)題的出現(xiàn)。因此動(dòng)態(tài)水力平衡其實(shí)就是保證各條支路與末端設(shè)備的流量互不干擾，且不會(huì)隨著其他支路流產(chǎn)生變化而發(fā)生變化的狀態(tài)。

靜態(tài)水力失調(diào)則是因設(shè)備材料、施工、設(shè)計(jì)等因素而造成的管道特性阻力比值和設(shè)計(jì)所要求的特性阻力比值不同，因而造成空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)的各用戶實(shí)際流量和設(shè)計(jì)要求的流量不同，進(jìn)而導(dǎo)致系統(tǒng)水力失調(diào)問(wèn)題的出現(xiàn)。因此靜態(tài)水力平衡其實(shí)就是保證空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)的各管路壓力、流量與設(shè)計(jì)所要求的壓力、流量一致或是差別不大的狀態(tài)。

對(duì)系統(tǒng)水力失調(diào)程度進(jìn)行衡量時(shí)，通常用X來(lái)表示，表示管路或系統(tǒng)實(shí)際流量QS與設(shè)計(jì)要求流量QJ之比，也就是X=QS/QJ。同時(shí)以r表示水力穩(wěn)定系數(shù)，表示支路或系統(tǒng)自身流量不會(huì)因其他支路流量出現(xiàn)變化而產(chǎn)生影響的能力，也就是設(shè)計(jì)與實(shí)際要求流量之比，r=QJ/QM。

2 水力平衡調(diào)節(jié)的原理研究

通常情況下，流量分配系統(tǒng)按設(shè)備連接的方式可分為串聯(lián)系統(tǒng)、并聯(lián)系統(tǒng)與串并聯(lián)系統(tǒng)。其流量分配特點(diǎn)如下:

1)串聯(lián)系統(tǒng)流量分配。在串聯(lián)系統(tǒng)中，每個(gè)平衡閥各自的流量是一樣的，即調(diào)節(jié)閥G1與調(diào)節(jié)閥V1，V2，V3能夠組成一個(gè)串聯(lián)式的系統(tǒng)，也就是QG1=QV1+QV2+QV3。

2)并聯(lián)系統(tǒng)流量分配。如果在系統(tǒng)中的各個(gè)支路的調(diào)節(jié)閥流量比值與設(shè)計(jì)的流量比值相同，并且其中任意一個(gè)平衡閥流量與設(shè)計(jì)流量相同時(shí)，剩余平衡閥流量也會(huì)同時(shí)達(dá)到設(shè)計(jì)的流量。在并聯(lián)系統(tǒng)中，各水力平衡閥流量與流量系數(shù)KV值是成正比例關(guān)系的，如并聯(lián)系統(tǒng)是由調(diào)節(jié)閥V1，V2，V3，…，V n所組成的，則QV1∶QV2∶…∶QVn=KV1∶KV2∶…∶KVn，式中 Q 表示流量，KV表示流量系數(shù)。調(diào)定調(diào)節(jié)閥 V1，V2，V3，…，V n 后，KV1，KV2，KV3，…，KVn將保持不出現(xiàn)變化，也就是說(shuō)調(diào)節(jié)閥V1，V2，V3，…，V n的流量比值QV1，QV2，QV3，…，QVn也不會(huì)產(chǎn)生變化。

3)串并聯(lián)系統(tǒng)流量分配。所謂串并聯(lián)系統(tǒng)就是在系統(tǒng)中由平衡閥V1，V2，V3所組成的并聯(lián)系統(tǒng)，而平衡閥V1，V2，V3與平衡閥G1則為串聯(lián)系統(tǒng)。根據(jù)上述串聯(lián)、并聯(lián)系統(tǒng)流量分析各自的特點(diǎn)來(lái)看，串并聯(lián)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)水力平衡的原理為:先調(diào)整并聯(lián)平衡閥組流量比值，使其與設(shè)計(jì)流量相同，再調(diào)整串聯(lián)調(diào)節(jié)閥流量與設(shè)計(jì)流量相同。此時(shí)，全部平衡閥流量都能同時(shí)滿足設(shè)計(jì)流量的要求，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的水力平衡。在實(shí)際應(yīng)用中，中央空調(diào)的水系統(tǒng)都能夠被分解為串并聯(lián)多級(jí)組合系統(tǒng)。

3 實(shí)際案例

某生產(chǎn)樓中央空調(diào)的冷凍水系統(tǒng)分為三個(gè)區(qū)域，即A內(nèi)區(qū)、A外區(qū)與B區(qū)，其中A內(nèi)區(qū)向每一層的4號(hào)AHU機(jī)組供給冷凍水，而A外區(qū)則向每一層的風(fēng)機(jī)盤(pán)管供給冷凍水，B區(qū)則向每層的1號(hào)，2號(hào)，3號(hào)AHU機(jī)組提供冷凍水。供水溫度7℃，室內(nèi)溫度波動(dòng)范圍19℃ ～25℃，存在較大的波動(dòng)幅度，該系統(tǒng)水力失調(diào)問(wèn)題存在。因此對(duì)該生產(chǎn)樓中央空調(diào)實(shí)施水力平衡測(cè)試，具體方法包括:

先把該生產(chǎn)樓全部的末端閥門(mén)打開(kāi)，將兩臺(tái)主機(jī)的閥門(mén)打開(kāi)90°，并開(kāi)啟冷凍水泵。利用超聲波流量計(jì)測(cè)試該系統(tǒng)的主要支路的流量，同時(shí)通過(guò)計(jì)算得出水系統(tǒng)整體流量分布狀態(tài)，見(jiàn)表1。

表1 A內(nèi)區(qū)測(cè)試數(shù)據(jù)

表1中測(cè)試數(shù)據(jù)顯示，在A內(nèi)區(qū)總管水力失調(diào)程度為1.10，而各個(gè)支路的水力失調(diào)波動(dòng)范圍則在1.16～1.65。表明該區(qū)域內(nèi)支路整體水力平衡情況不佳，其中4樓流量幾近為零，而1樓與B1樓則偏大。利用方法分別對(duì)A外區(qū)與B區(qū)進(jìn)行測(cè)試后，見(jiàn)表2，測(cè)試結(jié)果顯示，生產(chǎn)樓A外區(qū)、A內(nèi)區(qū)與B區(qū)的中央空調(diào)系統(tǒng)水力失調(diào)問(wèn)題較為嚴(yán)重，因此應(yīng)重新進(jìn)行調(diào)試，從而保證冷量能夠?qū)崿F(xiàn)按需分配，防止過(guò)熱或過(guò)冷的問(wèn)題出現(xiàn)。

具體的調(diào)試方法包括:

表2 各區(qū)水力平衡測(cè)試情況總表

1)以設(shè)備技術(shù)參數(shù)為依據(jù)，將各設(shè)備的設(shè)計(jì)流量計(jì)算出來(lái)，然后以設(shè)計(jì)流量為依據(jù)將各個(gè)主干管與總干管的流量計(jì)算出來(lái)，從而確定系統(tǒng)調(diào)節(jié)目標(biāo)數(shù)值。2)利用阻力計(jì)算公式將各管段阻力分別計(jì)算出來(lái)，也就是壓力損失計(jì)算。再把各個(gè)環(huán)路管段阻力值加起來(lái)，得到最不利環(huán)路阻力損失情況。3)挑選阻力最大的一個(gè)機(jī)組，即最不利環(huán)路機(jī)組，再將最遠(yuǎn)端與最不利環(huán)路機(jī)組調(diào)節(jié)閥都打開(kāi)，使用兩臺(tái)流量測(cè)試儀分別對(duì)兩臺(tái)機(jī)組的流量進(jìn)行測(cè)量，同時(shí)以大阻力值作為基準(zhǔn)來(lái)實(shí)現(xiàn)第二大阻力流量調(diào)節(jié)閥的調(diào)整，保證其實(shí)測(cè)流量比值近似相等于設(shè)計(jì)流量比值。4)完成調(diào)整后，將調(diào)節(jié)閥固定。以第二大阻力調(diào)節(jié)閥作為基準(zhǔn)，調(diào)整第三大阻力調(diào)節(jié)閥，并以此類(lèi)推，分別測(cè)量并調(diào)整其余管路流量。5)對(duì)主干管閥門(mén)進(jìn)行調(diào)節(jié)，確保主干管流量與設(shè)計(jì)流量值相同，而此時(shí)各支路、設(shè)備的流量同樣會(huì)按所設(shè)計(jì)的流量比值開(kāi)始分配，從而滿足設(shè)計(jì)流量的要求。

該中央空調(diào)系統(tǒng)經(jīng)過(guò)相應(yīng)的水力平衡調(diào)試后，各個(gè)設(shè)備的冷凍水實(shí)際流量與設(shè)計(jì)流量之差低于15%，各系統(tǒng)區(qū)域的溫度基本相同，保持室內(nèi)溫度在21℃ ～22℃范圍內(nèi)，最大程度地將供水溫度提高，不但使建筑冷負(fù)荷降低，而且使主機(jī)運(yùn)行效率提升。

4 結(jié)語(yǔ)

該生產(chǎn)樓中央空調(diào)經(jīng)水力平衡調(diào)試后，當(dāng)冷凍水供水溫度在7℃時(shí)，原室內(nèi)溫度范圍在21℃ ～25℃，現(xiàn)為21℃ ～22℃，且經(jīng)過(guò)6個(gè)月的運(yùn)行后，節(jié)能可達(dá)33 668 kWh。

［1］郁志峰.水力平衡調(diào)試在中央空調(diào)中節(jié)能的應(yīng)用［J］.城市建設(shè)理論研究(電子版)，2012(19):29-30.

［2］張建利，朱煥茹.大溫差變流量暖通空調(diào)水系統(tǒng)水力平衡調(diào)試技術(shù)［J］.暖通空調(diào)，2011，41(12):30-31.

［3］郭建輝.淺析暖通空調(diào)水系統(tǒng)水力平衡調(diào)節(jié)［J］.內(nèi)蒙古民族大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，14(4):7-8.