分析了集中空調(diào)系統(tǒng)水力失調(diào)的原因和解決措施，通過比較末端恒壓差控制系統(tǒng)和應(yīng)用電動可調(diào)式動態(tài)流量平衡閥的控制系統(tǒng)的控制原理以及變流量條件下的能耗高低，研究了這兩個控制系統(tǒng)對管網(wǎng)中調(diào)節(jié)閥流量特性曲線的影響，具體分析了設(shè)備效率對系統(tǒng)性能的影響。

引言

　　在全球化節(jié)能減排的大環(huán)境下，集中空調(diào)系統(tǒng)能耗的有效降低，將會為整個社會的節(jié)能減排作出一定的貢獻(xiàn)。然而空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能應(yīng)該在滿足負(fù)荷要求的條件下進(jìn)行，并在此基礎(chǔ)上力求系統(tǒng)管網(wǎng)的全面水力平衡和設(shè)備的高效率運行，這樣才能保證系統(tǒng)運行的經(jīng)濟(jì)性。為此，本文著重從水系統(tǒng)的全面水力平衡和控制兩方面分析其對系統(tǒng)性能的影響。

1、集中空調(diào)系統(tǒng)水力失調(diào)原因以及解決措施

　　如果集中空調(diào)系統(tǒng)失去水力平衡，會使某些區(qū)域的冷量或熱量達(dá)不到設(shè)計要求，造成某些區(qū)域太冷或太熱，甚至造成制冷機(jī)、換熱器等設(shè)備出現(xiàn)故障。對于某些區(qū)域的水流量達(dá)不到設(shè)計流量的問題，常采用加大水泵功率的解決方法，使最不利環(huán)路達(dá)到設(shè)計流量，但會導(dǎo)致最有利環(huán)路的流量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過設(shè)計流量，水泵能耗大大增加，不利于實現(xiàn)集中空調(diào)系統(tǒng)低能耗運行。為實現(xiàn)空調(diào)水系統(tǒng)的水力平衡，常用的措施有：在供、回水主管上設(shè)置旁通平衡管路;區(qū)域管路上采用同程水力系統(tǒng)，增大主管管徑，減小支管管徑;使用靜態(tài)平衡閥等。這些解決方法沒有抓住水力失衡的癥結(jié)，相反有的方法通過增大能耗來滿足末端的要求，掩蓋了水力失衡的存在。例如末端流量不夠并不一定是水泵流量和揚程不夠，而有可能是沒有合理匹配，盲目提高水泵設(shè)計揚程和流量，不僅增加水泵初投資，而且增加運行成本;增大供回水溫差并非因為制冷主機(jī)出力不夠，而是沒有把能量有效地輸配到末端設(shè)備，而增大供回水溫差對主機(jī)要求較高，不僅使主機(jī)初投資增大，而且會讓主機(jī)工作在低效工況下，增加主機(jī)的運行成本，還會導(dǎo)致夏季末端送風(fēng)溫度過低，送風(fēng)管道易結(jié)露，如果沒有良好的氣流組織保障，容易導(dǎo)致空調(diào)病的產(chǎn)生等。同程管路和靜態(tài)平衡閥都是適應(yīng)定流量系統(tǒng)的比較簡單的平衡方式。隨著變流量水系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，同程系統(tǒng)暴露出不穩(wěn)定的缺點，即動態(tài)失衡突出，靜態(tài)平衡閥不僅不能消除變流量系統(tǒng)中壓力擾動導(dǎo)致的失衡現(xiàn)象和控制閥的失調(diào)現(xiàn)象，對于各個回路阻力本身可調(diào)的變流量系統(tǒng)，還增加了局部阻力，會相應(yīng)地增加水泵的揚程，反而不利于系統(tǒng)能耗的降低。

　　隨著水力平衡技術(shù)的不斷提升，為實現(xiàn)系統(tǒng)的變流量運行，保持系統(tǒng)動態(tài)平衡，電動可調(diào)式動態(tài)流量平衡閥的應(yīng)用逐漸增多。與傳統(tǒng)的平衡調(diào)控方式相比，采用電動調(diào)節(jié)閥的控制系統(tǒng)，由于其變換系統(tǒng)復(fù)雜，控制精度、響應(yīng)速度、穩(wěn)定性都會受到影響，執(zhí)行機(jī)構(gòu)一直處于調(diào)節(jié)狀態(tài)。而電動可調(diào)式動態(tài)流量平衡閥，采用了單參數(shù)簡單函數(shù)控制邏輯，省略了壓差測量環(huán)節(jié)和測試設(shè)備，只要根據(jù)流量指令選擇開度就可以實現(xiàn)精確控制，因而控制系統(tǒng)非常簡單，具有響應(yīng)快、控制精度高、穩(wěn)定性好的特點，其控制原理如圖1所示：通過接收上位機(jī)反饋的電信號值的大小來改變閥門的開度，調(diào)整設(shè)定流量，以滿足末端用戶變負(fù)荷的要求。

圖1 電動可調(diào)式動態(tài)流量平衡閥的流量-壓差-開度關(guān)系

2、電動可調(diào)式動態(tài)流量平衡閥以及末端電動調(diào)節(jié)定壓差閥在流量變化前后對管網(wǎng)系統(tǒng)和水泵運行工況點的影響與能耗分析

2.1、電動可調(diào)式動態(tài)流量平衡閥對系統(tǒng)的控制

　　電動可調(diào)式動態(tài)流量平衡閥的控制原理如圖2(圖中曲線Ⅰ，Ⅱ分別為支路阻力特性曲線，Ⅲ為管網(wǎng)總的阻力特性曲線)所示，Ⅳ為支路以外管路的阻力特性曲線。當(dāng)系統(tǒng)的最有利環(huán)路達(dá)到設(shè)計流量Q1時，最不利環(huán)路的流量為Q2，則系統(tǒng)的總流量Q4=Q1+Q2，此時最有利環(huán)路的動態(tài)流量平衡閥剛好到達(dá)其工作的起始壓差狀態(tài)點，該支路的阻抗值隨著系統(tǒng)總流量的增加而變大，然而最不利支路的動態(tài)流量平衡閥的流通面積為設(shè)計流量Q3對應(yīng)開度下的最大值，阻抗值S保持恒定不變，壓差隨流量變大以二次冪的關(guān)系增大，直到最不利支路流量達(dá)到設(shè)計流量Q3，此時，系統(tǒng)總設(shè)計流量Q5=Q1+Q3。理想的平衡狀態(tài)是最不利支路的動態(tài)流量平衡閥剛好處于其工作壓差的起始點，而最有利支路的動態(tài)流量平衡閥處在其正常工作范圍內(nèi)。狀態(tài)點A，D之間的壓差Δp就是兩個支路的阻力差，動態(tài)流量平衡閥就是依靠自動改變閥體的流通面積平衡這一部分阻力差來維持管網(wǎng)系統(tǒng)的平衡。

圖2　電動可調(diào)式動態(tài)流量平衡閥控制原理

2.2、兩個系統(tǒng)流量變化后能耗大小的比較分析

　　在全負(fù)荷運行的條件下電動可調(diào)式動態(tài)流量平衡閥控制系統(tǒng)中的末端支路壓差Δp1與末端用戶恒壓差控制系統(tǒng)中末端控制壓差Δp2(當(dāng)流量發(fā)生變化后，電動可調(diào)式動態(tài)流量平衡閥控制系統(tǒng)中的末端支路壓差變?yōu)?Delta;p'1，而末端用戶恒壓差控制系統(tǒng)中末端控制壓差恒定為Δp2)之間的關(guān)系以及運行過程中系統(tǒng)最不利環(huán)路阻力的變化與系統(tǒng)能耗有很大的關(guān)系。

　　1、當(dāng)Δp1<Δp2時，在兩個系統(tǒng)的各末端用戶負(fù)荷變化相同的情況下，無論流量如何發(fā)生變化，Δp1始終小于Δp2，系統(tǒng)運行工況點如圖3所示，L1，L2，L3，L4分別為不同頻率下水泵的特性曲線，R1，R3分別為電動可調(diào)式動態(tài)流量平衡閥控制系統(tǒng)流量變化前后管網(wǎng)系統(tǒng)的控制曲線，R2為末端恒壓差系統(tǒng)的控制曲線。從圖3中可以看出，電動可調(diào)式動態(tài)流量平衡閥控制系統(tǒng)管網(wǎng)阻力較小，能耗較低。

圖3 電動可調(diào)式動態(tài)流量平衡閥控制系統(tǒng)末端支路壓差

　　小于末端恒壓差系統(tǒng)的控制壓差時的系統(tǒng)運行工況點

　　2、當(dāng)Δp1=Δp2時，在兩個系統(tǒng)的末端用戶負(fù)荷變化相同的情況下，流量變化后各系統(tǒng)能耗情況為：

　　①電動可調(diào)式動態(tài)流量平衡閥控制系統(tǒng)中最不利支路的壓差Δp'1保持不變時，系統(tǒng)運行工況點如圖4a所示，L1，L3，L5，L6分別為不同頻率下水泵的特性曲線，R4，R5分別為電動可調(diào)式動態(tài)流量平衡閥控制系統(tǒng)流量變化前后管網(wǎng)系統(tǒng)的控制曲線，R2為末端恒壓差系統(tǒng)的控制曲線。從圖中可以看出兩個控制系統(tǒng)的管網(wǎng)阻力壓差和流量都相同，所以這兩個系統(tǒng)的能耗相同。

　　②當(dāng)電動可調(diào)式動態(tài)流量平衡閥控制系統(tǒng)中最不利支路的壓差Δp'1變小時，系統(tǒng)運行工況點如圖4b所示，L1，L3分別為不同頻率下水泵的特性曲線，R6，R7分別為電動可調(diào)式動態(tài)流量平衡閥控制系統(tǒng)流量變化前后管網(wǎng)系統(tǒng)的控制曲線，R2為末端恒壓差系統(tǒng)的控制曲線。從圖中可以看出電動可調(diào)式動態(tài)流量平衡閥控制系統(tǒng)的管網(wǎng)阻力壓差較小，故電動可調(diào)式動態(tài)流量平衡閥控制系統(tǒng)能耗較低。

圖4　電動可調(diào)式動態(tài)流量平衡閥控制系統(tǒng)末端支路壓差

　　等于末端恒壓差系統(tǒng)的控制壓差時的系統(tǒng)運行工況點

　　3、當(dāng)Δp1>Δp2時，在兩個系統(tǒng)各末端用戶負(fù)荷變化相同的情況下，流量變化后各系統(tǒng)的能耗情況為：

　　①流量變化后，電動可調(diào)式動態(tài)流量平衡閥控制系統(tǒng)中最不利支路的壓差Δp'1保持不變時，或者Δp'1減小，但仍然比Δp2大時，系統(tǒng)運行工況點如圖5a所示，L1，L3，L7，L8分別為不同頻率下水泵的特性曲線，R8，R9分別為電動可調(diào)式動態(tài)流量平衡閥控制系統(tǒng)流量變化前后管網(wǎng)系統(tǒng)的控制曲線，R2為末端恒壓差系統(tǒng)的控制曲線。從圖中可以看出末端恒壓差控制系統(tǒng)的管網(wǎng)阻力較小，故此時末端恒壓差控制系統(tǒng)能耗相對較低。

圖5 電動可調(diào)式動態(tài)流量平衡閥控制系統(tǒng)末端支路壓差