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暖通空調變流量水系統中的定壓差技術

10-04 19:34:20  瀏覽次數:175次  欄目:暖通空調
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    內容提要:本文分析了為什么在暖通空調變流量水系統中必須使用定壓差技術,揭示了定壓差技術的應用原則,最后對暖通空調變流量水系統中分集水器、風機盤管、空調箱處的幾種定壓調節方案進行了分析比較。

  隨著人們生活品質要求、節能意識的不斷提高以及空調系統的大型化,變流量水力系統在暖通空調工程中占據越來越重要的位置。變流量系統在運行過程中各分支環路的流量是隨著外界環境負荷的變化而變化的,因此對系統的水力平衡和調節提出了很高的要求。目前為了解決暖通空調變流量水力系統的動態水力平衡和調節問題,定壓差技術得到了廣泛的應用,同時為什么以及如何使用定壓差技術也成為暖通空調設計界的一個熱點。

  一、為什么在變流量系統中必須使用定壓差技術

  暖通空調系統的目的是保持目標區域適宜的溫度。由于空調系統末端設備的負荷是隨著季節以及晝夜轉換的變化而變化的,因此各末端空調設備的流量也要求隨之變化。

  為保證空調系統的舒適節能性,即保證空調系統目標區域的適宜溫度(過高或過低都會導致不舒適及不節能),最根本的途徑就是選擇最佳的方法來根據目標區域的溫度來調節流量,同時避免在調節過程中的相互干擾。

  1、流量調節的主要方式

  圖1為變流量系統常用的調節方式,根據目標區域的設定溫度與實際溫度的比較、通過電動閥來調節流過末端設備的水流量。

  電動閥調節水流量的方式有二種:

 。1)脈沖式調節

  采用開關型電動閥,通過控制開關時間比來調節流經末端設備的平均流量,如圖2所示的風機盤管系統房間溫度調節即為脈沖式調節,其平均流量為:Q平均= Q設計(t1+t2+t3+t4+t5)/t0;這種調節方法適用于小流量,調節精度較低的末端設備;

 。2)連續調節

  采用調節型電動閥,通過對流量的連續調節來滿足末端設備負荷變化的要求。如圖3所示的空調箱系統溫度調節即為連續調節,其平均流量為:Q平均=∫t1t2Q(x)dx/(t2-t1)。這種調節方式適用于調節精度要求較高的系統。

  2、避免流量調節相互干擾的方式

  實際上,變流量系統末端設備流量調節的相互干擾是不可避免的,我們所能做的是消弱和屏蔽這種干擾,在空調系統中,常用的消弱和屏蔽干擾的方式主要有以下二種:

 。1)PID參數方式

  PID是樓宇自控DDC及工控儀表調節計等控制儀表調節流量的主要計算方法(P-比例常數、I-積分時間常數、D-微分時間常數)。對于用調節閥來調節流量的空調系統來說,PID參數是由調節閥所在空調系統的整體狀態決定的,不同的空調系統PID參數的取值不一樣。由于調節閥可以根據不同的系統要求設定不同的積分時間常數I和微分時間常數D從而實現對系統的超調和預調,在消弱系統的惰性和慣性的影響從而提高調節精度的同時,當發生流量調節的相互干擾引起目標區域溫度偏離時,也能實時地對系統進行調節以消弱這種相互干擾。

  PID方式的流量干擾糾正過程如下(如圖1):流量調節干擾—末端設備流量變化—制冷(加熱)量變化—目標區域溫度T偏離—目標區域溫度T與設定溫度比較—溫控器輸出信號變化—電動閥開度變化—流量干擾糾正,因此這種糾正是滯后式糾正。由于空調系統(特別是風系統)的熱惰性非常大,調節過程的滯后時間較長,還沒等到電動閥改變開度來消弱原來的流量干擾,新的流量干擾又已產生。因此,通過這種方式來消弱流量干擾的效果是有限的,特別是對于一些帶多個電動調節閥的大型空調系統,這種流量調節的相互干擾造成系統很難達到平衡狀態,即使達到平衡狀態,也很容易由于受到干擾而失去平衡。

 。2)定壓差技術

  如何采取更好的方法來避免流量調節的相互干擾呢?

  根據流體力學的基本公式

  Q=Kv × (△P)0.5 (Q:電動閥流量; Kv:電動閥流量系數; △P:電動閥前后壓差)

  如圖1所示,當電動閥接受溫度控制信號改變開度時,公式中的Kv值發生變化,調節流量Q以滿足目標區域溫度控制的要求。那么如何避免流量調節的相互干擾呢?

  很顯然,只要保證公式中的△P值不變(即圖1A、C二點間的壓差不變)就可以了,這樣電動閥的流量Q只受目標區域溫度控制信號的影響,而不受別的因素,如由于其它末端設備流量調節而引起的系統壓力波動(即圖1A、B二點間的壓力波動)的影響。

  保證△P值不變的技術就是定壓差技術。實際上,定壓差技術是暖通空調變流量系統動態水力平衡的主要調節方式。實現了定壓差技術,系統就實現了動態平衡,就不存在末端設備流量調節的相互干擾。

  由于這種屏蔽干擾的實現過程是:流量調節干擾—系統壓力波動—定壓差技術—流量干擾糾正。因此這種干擾實際上還沒有影響到電動閥就在管道中被屏蔽掉了,因此通過這種方式來消除流量調節之間的相互干擾很迅速,效果較好。

  綜上所述,在變流量系統中,選擇合理的流量調節方式,同時采用定壓差技術,可以避免系統不同部位流量調節的相互干擾,從而實現動態水力平衡。

  實際上,在工程實踐中,除了圖1的定壓方式外,還有壓差旁通定壓方式、調頻泵定壓方式以及對多臺末端設備集中定壓等,會在以后的篇幅中分別論述。

  二、變流量系統中定壓差技術的應用

  對于一個實際的變流量系統,定壓差技術的應用原則是:分系統定壓、分級定壓。

  1、分系統定壓

  分系統定壓是指對于一個含有多個系統的大型變流量水力系統,在設計時為避免各水力分系統的相互影響,應分別采用定壓差技術,對每個分系統進行定壓,從而保證各個分系統各自獨立的互不干擾的工作。

  如圖4所示,為帶有二個獨立分系統的變流量系統,在每個分系統分集水器處分別應用了定壓差技術,從而保證這二個分系統各自獨立互不干擾的工作。

  2、分級定壓

  對于獨立的變流量水力系統,應根據系統投資和精度要求合理的選擇定壓方案。通常應該按照從主機到末端的步驟逐級對系統進行定壓,對于精度要求較高的系統,可以采用二級甚至多級定壓的方式以保證系統各末端設備各自獨立互不干擾的工作。

  圖5為變流量空調系統常用的定壓調節方式。

  該系統采用二級定壓:

 、僭跈C房主管路分、集水器處通過壓差旁通系統一級定壓,主管道通過調頻泵調節主供回水的流量;

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