水力平衡阀在一次泵变流量系统中的应用.pdf

第11卷?第 4 期2 0 1 1 年 8 月REFRIGERATION AND AIR-CONDIT IONING85?87收稿日期:2010?07?23作者简介:金春荣,本科,工程师,主要从事排水、暖通、净化工程等的安装、维护工作。水力平衡阀在一次泵变流量系统中的应用金春荣?严静(浙江大学医学院附属邵逸夫医院)摘?要?针对一次泵变流量异程管路空调水系统中的水力失衡问题,指出在各末端设备设置动态压差平衡型电动调节阀及干管上设置静态平衡阀,可有效解决该问题。关键词?动态压差平衡型电动调节阀;静态阀;变频水泵;中央空调Application of hydraulic balance valve into variable primary flow systemJin Chunrong?Yan Jing(Sir Run Run Shaw Hospital Affiliated with School of Medicine,Zhejiang University)ABSTRACT?Aiming at the hydraulic unbalance problem of the direct?return pipeline wa?ter system with variable primary flow,points out that setting the dynamic pressure differ?ence and balance type electronic valve at the terminal and the static balance valve at themain pipe can solve the problem.KEY WORDS?dynamic pressure difference and balance type electronic valve;static valve;frequency conversion pump;central air?conditioning1?项目概述邵逸夫医院医技诊疗中心(即 3 号楼)于 2006年 10 月开工建造,2009 年 4 月投入使用,整幢大楼由办公室、手术室、化验室、诊室和病房等多个功能区组成,建筑面积 37 210 m2,设计冷负荷 4180 kW,热负荷 2 950 kW。冷源为 1 台2 813 kW离心机组和 1 台 1 480.6 kW 螺杆机组,热源为 2台(2 100千瓦/台)板式汽水交换器。各楼层功能介绍见表 1。表 1?邵逸夫医院医技诊疗中心(3 号楼)楼层分布楼层功能楼层功能-1F 设备用房及机械车库7F病理科1F大堂及入院准备中心8F特需门诊2F眼科中心9F健康促进中心门诊部3F洁净手术部10 12F健康促进中心住院部4F手术室净化机组设备层13 20F病房5F牙科中心及国际门诊部21F图书馆及会议室6F检验科22F生殖医学中心?2?空调水系统平衡方案介绍鉴于此大楼建筑功能区较多,所以空调水系统分成2 大部分:大堂、办公、化验、图书馆、诊室等区为一个系统;病房、手术区(手术室新风负荷由中央空调承担)为另一个系统。由于大楼平面为 L型,因此管路布置采用异程。冬天采暖时用2 台变频水泵,水泵参数:功率为 18.5 kW,流量为 171.3m3/h,扬程为 29.5 m。要使整个系统高效节能地运行并达到温度适宜,每个末端设置动态压差平衡型电动调节阀:?可以保持水系统的动态平衡。若个别房间负荷变化或启、停盘管时,对其他房间空调无影响,即末端设备流量互相不干扰。?可以较准确地控制室内温度,节约能源。如果不采用动态压差平衡型电动调节阀,而用普通的电动二通调节阀控制末端,当支管上有盘管启、停时,通过其他盘管的水量无法控制在原设计参数范围内,造成通过盘管的水温差不稳定、室内温度上下波动,也不利于节能。下面分别对这 2个系统进行分析。病房区:机房泵送过来的水在进入 9AF(9 层和 10层中间)技术转换层后,分成 12 组立管分别送到 10 20 层的各个病房。其中有 10 组立管完全负责风机盘管的供回水,另2 组则负责风机盘管和空调箱的供回水。?86?第 11卷?图 1?病房区空调系统示意图在每个风机盘管和空调箱处都安装了动态压差平衡型电动调节阀,其中风机盘管处的动态压差平衡型电动调节阀由房间内温控器直接控制。空调箱端的动态压差平衡型电动调节阀接入整个大楼的楼宇控制系统。如图 1 所示。大堂、办公、诊室区:此区域冷冻水管的布置有3 类:一类是一根管道既连接风机盘管又连接空调箱;第二类是一根管道只连接风机盘管;第三类是一根管道只连接空调箱。这一区域如果使用传统的静态平衡阀显然无法解决水力平衡失调问题:因为首先是一个管道上接驳了压降和水量相差极为悬殊的空调箱和风机盘管;二是空调箱是一个水量变化很大的设备,所以一定要用动态平衡阀来解决水力平衡问题。对于此区域还是在每个风机盘管和空调箱处安装动态压差平衡型电动调节阀。如图 2 所示。图 2?大堂、办公、诊室区空调系统示意图3?实际安装和运行情况因大楼使用功能多,分布不均匀。末端设备启停频繁,空调负荷变化大。水阻悬殊的两种设备混在同一支路上,系统合理划分较难,两大并联支路阻力损失差额较大。为了控制富余水量及快速平衡水力,笔者在回水站主回水管及楼层的回水干管上设置了静态平衡阀。自 2009 年 4 月份投入使用至今,整个系统运行效果良好,即末端设备没有出现因距离冷/热源的远近而引起其冷热不均现象,冬季房间温度达到 20 24?(热媒水出水温度控制在 35 40?)。冬季采暖时,配置的 2 台 18.5 kW 变频泵,在实际运行中仅用 1 台就完全满足整个系统的泵送要求。而且这 1 台的功耗基本处在 4 8 kW 之间。图 3所示为根据 2009 年 12 月份的运行记录所做的每日气温和水泵运行功率。?第 4期金春荣 等:水力平衡阀在一次泵变流量系统中的应用?87?图 3?2009 年 12月份每日气温和水泵运行功率?为了说明 3号楼在运行过程中的节能效果,笔者采用医院 2002 年投入使用的 2号楼与之进行对比,见表 2。表 2?2 号楼与 3 号楼基本情况对比2 号楼3号楼楼层数1222水系统平衡解决方案无动态压差平衡型电动调节阀空调面积/m228 60037 210热负荷/kW1 8382 950水泵配置2?18.52?18.5实际水泵平均功率(12 月)/kW18.56.3?从表 2 可以明显看出,虽然 3 号楼的空调面积和负荷量都比 2 号楼高出 30%左右,但水泵功耗只有 2 号楼的 34%。4?水泵低耗能原因分析中央空调水系统泵送形式主要经历早期的一次泵定流量系统、二次泵变流量系统和现在的一次泵变流量系统。影响水泵耗能的因素是整个系统所需的压头和流量。在一个没有采取水力平衡措施的系统中(见图 4),为了满足系统最远端的水量需求,水泵往往是提供了过高的压头并泵送过度的流量,即使是这样,往往还是不能满足要求,因为近端在这种过高的压头下仍然占有了大部分的流量。若装设静态平衡阀和进行管路同程化布置,也只能在各末端不进行流量调节的情况下有效果,一旦个别末端有了流量变化,其他设备都会受到影响。在采用动态平衡措施的系统中,因为每个设备都被设定了最高的流量值,所以绝对不会产生过流的现象。如果每个末端都不产生过流,那么就不会有设备产生欠流,个别末端的流量调节变化不会影响其他的末端。所以这就带来 2 个优点:第一,水泵压头得到优化;第二,变频水泵工况参图 4?未作任何平衡措施的空调水系统的水量分布示意图考点容易设定。综合起来的表现就是水泵在低功率下运行即可满足系统泵送要求。特别值得一提的是,采用的是动态压差平衡型电动调节阀。这类阀门与现在市场上一般的动态平衡调节阀(又称一体阀、动态流量平衡调节阀、动态流量电动调节阀)最大的不同之处在于,它是利用动态压差平衡装置对阀腔内的压差进行控制的,在阀腔压差恒定的情况下使得驱动头对流量完全可控。而其他类型的动态平衡调节阀则是利用孔板节流装置对水量最大值进行控制。这2 种设计的区别是:动态压差平衡型的设计可以保证最大设定值以下各个流量值都可以得到满足,并实现可控;一般的孔板节流装置的产品只控制最大流量值,至于小于最大值的流量就不完全可控了,而且孔板型的设计还会产生易脏堵、高阻力的问题。特别是对于调试来说,动态压差平衡型的设计使得阀门在施工现场的流量设定随时可以调整。而孔板节流型的流量在出厂前已经设定,安装现场不可调。这在安装大批量同口径的阀门时容易造成混乱,因为安装人员经常会混淆流量(下转第 120 页)?120?第 11卷?图 15?换热系数与螺距的关系螺旋槽纹管外径:30 mm,螺距:变化范围 30 120 mm,螺纹管长:100 mm 不变工况参数如下:工质:水,入口速度:1.27 m/s,入口温度:303.20 K对于螺旋槽纹管内的水流动,根据图 15 可得出如下结论:保持螺旋槽纹管长度不变,随着螺距的减小,螺旋槽纹管表面的平均换热系数呈增加的趋势。图 16 所示为一种管型在保持其他参数不变,仅变化螺距时的传热系数实测数据。基于条件:进水温度 30?,出水温度 35?,冷凝温度 40?。由图可看出传热系数随着螺距的加大而降低。图 16?传热系数与螺距的关系?螺距越小,相同长度上螺旋筋的数量越多,说明表面变化趋势比较剧烈,引起水侧和制冷剂侧扰动较强烈,换热越充分,使传热系数随着螺距的减小而增大。图 17所示为一种管型在保持其他参数不变,仅变化螺距时的实测数据。基于条件:水流量 2.6t/h,进水温度 30?。从图可以看出,随着螺距的减小,水阻力呈上升趋势。螺距越小,水侧和制冷剂侧的阻力均会不同程度的增加,须综合考虑到机组中水泵、压缩机等配件来选择合适的螺距。图 17?水阻力与螺距的关系3?结论与展望从理论分析、数值模拟和试验研究3 个方面对螺旋槽纹管的优势进行初步分析,得出螺旋槽纹管较光管增大了换热面积,加剧了流体的扰动;且多维旋转扰动的流动方式,减小了传热边界层热阻,有效强化传热,显著提高换热器传热系数;初步探讨了槽深和螺距对换(传)热系数和阻力的影响,对优化换热器内部结构提供了一定的依据。参 考 文 献 1?肖国俊.螺旋槽换热管传热面积计算 J.化工设计,2005,15(6):19?20.2?陶文铨.数值传热学 M.2 版.西安交通大学出版社,2004.(上接第 87页)设定值不同而口径相同的阀门。造成设计和施工结果的巨大差异,效果当然也就不会很好,甚至有时候还会起到反作用。综上所述,使用动态压差平衡型电动调节阀,不仅节能效果很明显,而且空调的舒适度也能够达到既定的要求。5?结束语2009 年 11 月,中国政府承诺:到 2020 年,中国单位国内生产总值二氧化碳排放比2005 年下降40%45%,作为约束性指标纳入发展规划。低碳经济走上历史舞台已是必然,低碳生活无疑也是大势所趋。鉴于空调的能耗在建筑总能耗中占有一定比例,中央空调工程技术和管理人员肩负着中央空调低碳运行、节能减排的重要责任。由于我国上世纪90年代及以前建造的中央空调系统绝大部分是一次泵定流量系统,因此均有很大的节能改造余地。出于强烈的社会责任感和专业使命感,广大工程技术和管理人员必须行动起来,精心设计、合理改造、科学管理,为实现中国减缓温室气体排放目标,贡献自己的一份力量!