壓力無(wú)關(guān)型變風(fēng)量末端裝置討

1、壓力無(wú)關(guān)型變風(fēng)量末端裝置討    格伊爾阿佛里（著） 孫寧（譯） 摘要：列舉事實(shí)澄清了對(duì)壓力無(wú)關(guān)型變風(fēng)量末端裝置的某些誤解。指出如設(shè)計(jì)合理，則壓力有關(guān)型末端裝置不但可避免系統(tǒng)的不穩(wěn)定，還可降低初投資、簡(jiǎn)化控制和維護(hù)等。 關(guān)鍵詞：變風(fēng)量系統(tǒng) 壓力無(wú)關(guān) 壓力有關(guān) 末端裝置 要實(shí)現(xiàn)一臺(tái)空調(diào)機(jī)組多區(qū)控制，變風(fēng)量系統(tǒng)毫無(wú)疑問(wèn)是一種經(jīng)濟(jì)的形式。然而，像軍事部門(mén)和大型建筑管理公司這樣一些大的用戶(hù)，正逐漸反對(duì)采用這種系統(tǒng)。 壓力無(wú)關(guān)控制（pressure independent control）變風(fēng)量末端裝置選型不舒適是導(dǎo)致很多問(wèn)題的根源。專(zhuān)業(yè)人員幾乎普遍認(rèn)為壓力無(wú)關(guān)特

2、性可以彌補(bǔ)末端裝置選擇過(guò)大、風(fēng)道設(shè)計(jì)不合理以及送風(fēng)壓力控制不力等方面的不足。這已經(jīng)成為我們認(rèn)識(shí)上的一個(gè)誤區(qū)。在150mm的蒸汽管道上安裝150mm的調(diào)節(jié)閥是不合理的，同樣在150mm的支風(fēng)道上安裝150mm的末端裝置也是不合適。 變風(fēng)量設(shè)備生產(chǎn)廠家很少提供不帶風(fēng)量傳感器的壓力有關(guān)型末端裝置（pressure dependent terminal）的性能數(shù)據(jù)，所以，本文從數(shù)學(xué)上進(jìn)行所計(jì)算而不是基于設(shè)備的測(cè)試數(shù)據(jù)。表1所示的末端裝置的設(shè)計(jì)風(fēng)量是壓力有關(guān)型末端典型的性能參數(shù)，但不宜用于設(shè)計(jì)。計(jì)算設(shè)計(jì)風(fēng)量是根據(jù)有效流通截面，即已經(jīng)扣除了末端裝置內(nèi)風(fēng)閥所占的面積。由于機(jī)箱厚度、軸的大小及風(fēng)閥葉片形式等因

3、素，實(shí)際性能參數(shù)會(huì)因廠家而異。由表1可知，130mm末端在前后壓差為200Pa時(shí)的風(fēng)量幾乎和200mm末端25Pa壓降時(shí)的風(fēng)量相同。 表1 壓力有關(guān)型末端裝置的典型性能參數(shù)    型號(hào) （標(biāo)稱(chēng)尺寸/mm）    凈流通面積 /m2    200 Pa動(dòng)壓下的設(shè)計(jì)風(fēng)量 / m3 /h（見(jiàn)注）    25 Pa動(dòng)壓下的設(shè)計(jì)風(fēng)量 / m3 /h（見(jiàn)注）    備注   &#

4、160;3.0(76)    0.0033    214    76    見(jiàn)注    3.5(89)    0.0047    308    109    見(jiàn)注    4.0(100) &

5、#160;  0.0064    416    148     4.5(110)    0.0089    584    207    見(jiàn)注    5.0(130)    0.010   &

6、#160;688    243     5.5(140)    0.01.    846    299    見(jiàn)注    6.0(150)    0.016    1023    362  

7、   7.0(180)    0.020    1308    462     8.0(200)    0.029    1886    858    見(jiàn)注    10.0(250)  &#

8、160; 0.046    3041    1075     11.0(280)    0.056    3687    1307    見(jiàn)注    12.0(305)    0.068   

9、0;4434    1566     14.0(356)    0.09    6082    2151     16.0(406)    0.11    7119    2518 凈流通面積是按進(jìn)風(fēng)扣除風(fēng)閥所占面積（12.7mm×

10、;進(jìn)風(fēng)口直徑）計(jì)算的。進(jìn)風(fēng)口直徑比公稱(chēng)管徑小3.175mm。 注：大部分廠家不生產(chǎn)非標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)末端裝置，但實(shí)際需要它們。 設(shè)計(jì)風(fēng)量是按200Pa動(dòng)壓時(shí)的風(fēng)速18.2m/s乘以?xún)袅魍娣e得出的。 設(shè)計(jì)風(fēng)量是按25Pa動(dòng)壓時(shí)的風(fēng)速6.4m/s乘以?xún)袅魍娣e得出的。 空氣流過(guò)普通的全開(kāi)蝶閥之后進(jìn)入矩形靜壓箱，這時(shí)風(fēng)閥處的壓降幾乎等于流經(jīng)凈流通面積時(shí)的動(dòng)壓（pv）。下游氣流是紊亂的，流速實(shí)際等于零，所以沒(méi)有靜壓復(fù)得。既然末端風(fēng)閥壓降等于風(fēng)閥處的動(dòng)壓，那么對(duì)于任何選型偏大的末端，總可以通過(guò)開(kāi)大風(fēng)閥葉片使得風(fēng)閥處的動(dòng)壓加上支風(fēng)道壓降等于主風(fēng)道提供的靜壓。 末端裝置的壓力比P等于末端風(fēng)閥全開(kāi)時(shí)設(shè)計(jì)風(fēng)量下的動(dòng)壓

11、值除以資用壓差，如圖1所示。圖1為風(fēng)閥最大開(kāi)度與P值的關(guān)系曲線(xiàn)。 圖1 壓略比和見(jiàn)閥開(kāi)試關(guān)系 幾個(gè)問(wèn)題的討論 問(wèn)題之1：采用壓力無(wú)關(guān)控制可以減小末端裝置的壓降嗎？ 對(duì)于有多個(gè)末端裝置的系統(tǒng)，即使采用靜壓復(fù)得法設(shè)計(jì)，主風(fēng)道靜壓小于250Pa也是難于維持系統(tǒng)正常運(yùn)行的，所以，大部分變風(fēng)量系統(tǒng)的主風(fēng)道靜壓值至少取250Pa。圖2中，200mm的支風(fēng)道連接了一個(gè)200mm的末端裝置，風(fēng)閥全開(kāi)時(shí)的動(dòng)壓為25Pa，壓力比P為    從圖1所示曲線(xiàn)查得，風(fēng)閥最大開(kāi)度為50°。 圖2兩種末端裝置的比較130mm末端裝置在相同的資用壓力下處理相同的風(fēng)量，其壓力比

12、P為    此時(shí)風(fēng)閥最大開(kāi)度可以達(dá)到90°。 顯然，選擇130mm末端裝置要好一些。用這種方法選擇末端裝置不需要壓力無(wú)關(guān)控制。如果風(fēng)道壓力增加50%，達(dá)到375Pa，末端裝置的最大風(fēng)量?jī)H增加約22%；如果壓力增加一倍，風(fēng)量增加約41%。不過(guò)，等室內(nèi)溫控器響應(yīng)之后，風(fēng)量就又會(huì)恢復(fù)正常。 由于200mm壓力無(wú)關(guān)型末端上的執(zhí)行器只能使風(fēng)閥開(kāi)到大約一半，控制環(huán)路的增益就幾乎增加一倍。那么，室內(nèi)溫度或風(fēng)道壓力產(chǎn)生很小的變化，就會(huì)對(duì)末端風(fēng)量產(chǎn)生很大的影響。很多壓力無(wú)關(guān)型末端選擇偏大的變風(fēng)量系統(tǒng)出現(xiàn)"壓力多米諾骨牌效應(yīng)"：當(dāng)某一末端關(guān)小閥

13、門(mén)，使系統(tǒng)壓力升高，就會(huì)導(dǎo)致其他末端也關(guān)小風(fēng)閥。最后，壓力升高到一定程度，靜壓控制器會(huì)減小靜壓。隨之，整個(gè)調(diào)節(jié)過(guò)程開(kāi)始向相反方向進(jìn)行。 如果這種情況再伴隨著風(fēng)閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)和壓力積分控制器環(huán)節(jié)的滯后，就會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)更加不穩(wěn)定。 問(wèn)題之2：末端裝置選擇大些可以降低噪聲嗎？ 選擇合理的壓力有關(guān)型末端產(chǎn)生的噪聲與選擇偏大的壓力無(wú)關(guān)型末端基本上是相同的。圖2，閥片關(guān)閉時(shí)，200mm壓力無(wú)關(guān)型末端和130mm壓力有關(guān)型末端的壓降都為250Pa。調(diào)節(jié)過(guò)程中，由于資歷用壓力相同，風(fēng)量相同，二者壓降必然也相同。當(dāng)噪聲問(wèn)題出現(xiàn)時(shí)，應(yīng)當(dāng)設(shè)法降噪，而不應(yīng)該選擇偏大的末端，那樣會(huì)降低系統(tǒng)的控制水平。 問(wèn)題之3：對(duì)于再熱系統(tǒng)

14、，壓力無(wú)關(guān)控制是必需的嗎？ 當(dāng)末端處于再熱工況時(shí)，動(dòng)壓信號(hào)極低，所以選擇壓力無(wú)關(guān)再熱型末端（pressure independent reheat terminal）是很困難的。假設(shè)，再熱時(shí)的風(fēng)量是最大風(fēng)量的1/2，那么圖2中200mm末端風(fēng)量340m3/h時(shí)的動(dòng)壓只有6.5Pa。這種情況下，風(fēng)速控制器無(wú)法實(shí)現(xiàn)可靠的控制。相反，130mm末端在340m3/h的風(fēng)量時(shí)的動(dòng)壓卻能達(dá)到47Pa。如果一定要采用壓力無(wú)關(guān)再熱型末端，那么風(fēng)閥型號(hào)應(yīng)當(dāng)盡量小，壓力比P應(yīng)可能地接近1。 問(wèn)題之4：壓力無(wú)關(guān)型末端選擇偏大沒(méi)關(guān)系，DDC可以解決所有問(wèn)題嗎？ 直接數(shù)字控制（DDC）可以改善不穩(wěn)定系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，通過(guò)

15、采取一些措施解決問(wèn)題。通過(guò)DDC重新調(diào)整風(fēng)閥，使得執(zhí)行器能夠達(dá)到滿(mǎn)行程，同時(shí)又使風(fēng)閥最大開(kāi)度小于90°，這可能會(huì)有助于解決問(wèn)題。例如，圖3中200mm壓力無(wú)關(guān)型末端的風(fēng)閥旋轉(zhuǎn)范圍可以重新定為0-50°，而不是090°。不過(guò)，重新調(diào)整并不改善風(fēng)量傳感器的性能，相反，會(huì)產(chǎn)生增加環(huán)節(jié)滯后的負(fù)面影響。 合理選擇壓力有關(guān)型末端裝置不僅可以解決大部分壓力無(wú)關(guān)型末端的系統(tǒng)不穩(wěn)定問(wèn)題，而且還有如下優(yōu)點(diǎn)： ·減少初投資。壓力有關(guān)型末端的安裝費(fèi)用要比壓力無(wú)關(guān)型的少30%40%。 ·簡(jiǎn)單易懂的控制方法。 ·維護(hù)工作量少。 ·沒(méi)有風(fēng)速傳感器污染的問(wèn)題。 ·風(fēng)閥關(guān)閉時(shí)漏風(fēng)較少。 ·控制系統(tǒng)承包責(zé)任明確?？刂瞥邪炭梢蕴峁┧械膲毫τ嘘P(guān)控制，而壓力無(wú)關(guān)型變風(fēng)量末端裝置控制器通常是由不同的廠家提供的。 本文所討論的問(wèn)題不僅適用于變風(fēng)量系統(tǒng)而且同樣也適用于變水量系統(tǒng)。