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近熱遠冷及系統(tǒng)啟動時光長

緣由：靜態(tài)。

描述：在系統(tǒng)中因為各末端路管道長度不同，造成系統(tǒng)中各末端水量分配偏離。供熱（冷）時近熱遠冷（近冷遠熱），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，從而造成啟動的時光會很長，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)低效運行，同時近端區(qū)域也會浮現(xiàn)過冷或過熱的狀況。

圖1：近熱遠冷及系統(tǒng)啟動時光長圖2：加大水泵

實例分析：

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)運行壓力0.5MPa，最不利環(huán)路基本達不到使用要求。

空調(diào)水系統(tǒng)在調(diào)試開頭時，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“近冷遠熱”現(xiàn)象相當(dāng)嚴(yán)峻，西部區(qū)域（近機房端）空調(diào)機組出風(fēng)溫度下降較快，而位于東部區(qū)域（系統(tǒng)末端）的空調(diào)機組出風(fēng)溫度則顯然下降較慢，同時感覺出風(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，采納手動調(diào)整法過程復(fù)雜，手動調(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，而且手動調(diào)整閥不能精確的調(diào)整流量，因此調(diào)整起來費時費勁，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)壓力變化或者負荷變化仍需要重新調(diào)整，于是我們把手動調(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)溫度達到預(yù)想的結(jié)果，在定流量系統(tǒng)、囫圇系統(tǒng)負荷變化不顯然的前提下，這個問題得到了的改善，此類問題在改造項目中尤其突出。

3.2水泵的過熱、燒毀、過流及功耗過大

緣由：靜態(tài)及動態(tài)。

描述：在靜態(tài)工況中，因為盲目加大管徑或者在挑選水泵揚程時采納了過大的平安系數(shù)，使得在系統(tǒng)中所需揚程小于水泵額定揚程，造成水泵工作狀態(tài)點偏離高效工作點，使得水泵的工作效率下降和功耗增強，同時電機發(fā)熱，嚴(yán)峻時造成水泵電機的燒毀（參見圖3、圖4）。

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

同樣對風(fēng)機盤管的小型末端采納開關(guān)控制也會導(dǎo)致在部分負荷時流量大于實際所需。對于盤管而言，即使通過流量為額定流量的200%時，盤管的熱輸出也僅增強10%。從而使水在通過盤管時不能充分換熱，導(dǎo)致系統(tǒng)浮現(xiàn)小溫差和過流現(xiàn)象。在50%系統(tǒng)負荷時，因為散熱盤管的熱性，盤管實際僅需18%的流量，而假如采納開關(guān)控制，則閥門會開啟50%左右的平均時光，在50%的開啟時光內(nèi)通過100%的流量（或更多），相對平均的流量為50%，遠大于實際所需的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算造成，盲目放大管徑以及對于水泵揚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，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及運行費用。

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

3.3室內(nèi)溫度波動、穩(wěn)定時光長

緣由：動態(tài)。

描述：因為暖通換熱系統(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，造成室內(nèi)溫度波動；而在閥門大開度時造成室內(nèi)溫度的穩(wěn)定時光過長。

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

3.4冷機小溫差綜合癥

緣由：動態(tài)及其他

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

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

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)、負荷側(cè)變流量冷機側(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，或歸因于冷機本身，而無法得到正確解決。部分負荷時，傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)的內(nèi)溫差遠低于設(shè)計值。并且隨著負荷的降低，狀況進一步惡化。這種典型的暖通空調(diào)系統(tǒng)，全年大部分時光是處于10%～50%的部分負荷運行中的。

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

實例分析：在某電子廠房項目中，空調(diào)水系統(tǒng)運行初期，會發(fā)生囫圇機房乃至附近房間噪聲顯然加大，甚至機組和樓板發(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)有負荷變化的時候，這種狀況就會好轉(zhuǎn)。為了解決這一現(xiàn)象，對機房內(nèi)的管道增強了許多固定支架，但是效果甚微，然后就集中項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)定了是低負荷運轉(zhuǎn)而使冷機發(fā)生喘振現(xiàn)象。

由于離心式制冷機組，在壓縮機吸氣口壓力或流量驟然降低，低過最低允許工況時，壓縮機內(nèi)的氣體因為流量發(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，使得氣體從壓縮機倒流，系統(tǒng)管網(wǎng)壓力低至壓縮機出口壓力時，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。

為了解決這個問題，為每臺冷機均設(shè)置了動態(tài)平衡閥，對系統(tǒng)水力分配狀況舉行調(diào)整，當(dāng)系統(tǒng)負載處于部分運行時，冷凍水流量減小的狀況下，動態(tài)平衡閥則按照所負擔(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行工況，冷機質(zhì)量效率提高，削減了冷機的工作時段，同時削減了水泵的功耗，并降低了系統(tǒng)的運行成本。

4水力平衡計劃的要點

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

因為空調(diào)的水力平衡影響到囫圇系統(tǒng)的方方面面，同時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)在部分負荷時的效率；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)水泵挑選以及運行中優(yōu)化設(shè)定時，應(yīng)以計算和實測相結(jié)合，避開保守的水泵選型造成系統(tǒng)功耗增強。

5.2安裝靜態(tài)或動態(tài)平衡閥

結(jié)合工程實際狀況，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，既達解決問題又起到了節(jié)省的目的。

變流量系統(tǒng)用動態(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恒定流量，在大型、復(fù)雜、空調(diào)負荷不恒定的工程中，簡化了系統(tǒng)調(diào)試過程，縮短了調(diào)試時光，特殊是在異程水系統(tǒng)中，可以很簡單的實現(xiàn)水力工況平衡，滿足設(shè)計環(huán)境溫度的要求，并且在空調(diào)系統(tǒng)的運行中，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（空氣處理機及風(fēng)機盤管）末端裝置設(shè)置平衡閥，通過三通或兩通電動閥保證設(shè)備所需流量，平衡閥就實現(xiàn)了水力工況調(diào)整。在冷熱源、冷卻塔、水泵等處設(shè)計管線受限時，用平衡閥來避開負荷偏載，保證設(shè)備正常運行，精確的控制室內(nèi)的溫度。

5.3動態(tài)平衡閥不應(yīng)多級設(shè)置

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