冷冻水一次泵变流量系统研究Word下载.docx
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一次泵变流量系统是指系统用户侧和冷热
源侧的流量都随负荷变化而变化的一次泵空调冷水系统,用户侧和
冷热源侧的流量一般被认为是同步变化的,因此很容易认为该系统
可以取消旁通管。
该问题是一次泵变流量系统研究的一个热点问题,
业内主要存在两种截然不同的观点。
一种观点认为,冷水机组存在
一个流量变化下限,当流量小于下限值时,冷水机组有冻裂等危险,
因此认为系统需要设置旁通管;
而另一种观点认为,实际工程的流
量通常不会小于这个流量下限,当设置多台冷水机组并联运行时,
流量下限更小,因此认为旁通管可以取消。
但是以上两种观点都是
基于用户侧和冷热源侧的流量同步变化得出的,如果流量不同步变
化会出现什么问题呢?
笔者通过深入研究冷水机组和末端设备的换
热特性发现,流量同步变化的观点并不成立,在不同因素的影响下,
流量的变化特性其实很复杂,因此一次泵变流量系统的旁通设计需
要认真研究,区别对待。
2用户侧换热量-流量关系
用户侧的末端设备较多,包括风机盘管、柜式空调器、变风量末端
装置等。
它们的换热量-流量关系不同,主要会受到五种因素的影响,
并表现出三种不同的温差变化趋势,下面分别分析这五种影响因素
及其温差变化趋势。
2.1换热器静特性
此处所说的换热器是指末端设备中的加热器和表冷器,不包括冷
热源侧的蒸发器和冷凝器。
换热器静特性就是换热器的换热量与流
量之间的关系。
当末端设备采用流量可调型阀门控制时,用户侧的
换热量-流量关系可以用换热器静特性表示。
热水加热器和干式表冷器的换热器静特性如图1所示,也可用下面
公式进行计算:
式
(1),
(2)中p为热水加热器和干式表冷器的相对换热量,即某工
况下的实际换热量与设计工况下的换热量的比值;
a为热水加热器
和干式表冷器的静特性计算参数;
q为热水加热器和干式表冷器的
相对流量,即某工况下的实际流量与设计工况下的流量的比值;
t1
为设计工况下的供水温度;
t2为设计工况下的回水温度;
t3为设计
工况下的回风温度。
例如,对于干式表冷器,当设计供回水温度为7℃/12℃,回风温度
为27℃时,换热器静特性曲线就是图1中的曲线。
当相对换热量小
于1时,相对流量减小的速度比相对换热量减小的速度快;
当相对换
热量大于1时,相对流量增大的速度比相对换热量增大的速度快。
因此,相对负荷小于1时,供回水温差大于设计温差,相对负荷大于1
时,供回水温差小于设计温差。
例如,当相对流量为0.5时,相对换
热量为0.87,供回水温差为8.7℃;
当相对流量为1.5时,相对换热
量为1.05,供回水温差为3.5℃。
因此部分负荷时,用户侧的供回水
温差将增大。
设计湿工况运行的表冷器,静特性的表达方式与式
(1)
相同,但a值不一样,由于湿工况分析比较复杂,这里不直接给出,但
可用式
(1)进行定性分析。
2.2通断控制型阀门特性
在风机盘管系统中,常用通断控制型阀门控制流过盘管的流量,此
时单台风机盘管的流量只有设计流量和零流量两种状态。
阀门打开
时,通过盘管的流量为设计流量,供回水温差为设计温差;
阀门关断
时,通过盘管的流量为零,不影响供回水温差。
因此无论处于何种状
态,管网的供回水温差就是设计温差。
由于温差始终不变,因此该系
统的换热量与流量成正比。
风机盘管增多时,某一部分负荷下,单台
风机盘管用阀门的开启率(某一时间段内,阀门开启时间与时间段
的比值)对瞬态阀门的总开启率(所有阀门开启率的平均值)的影响
逐渐减弱,单台风机盘管的流量调节对总流量的影响逐渐减弱,因
此可以认为系统的流量是连续变化的,换热量与流量成正比的关系
基本成立。
2.3动态水力失调
当风机盘管采用通断控制型阀门时,不能消除管网的动态水力失
调。
负荷减小时,由于某些支路关闭,造成未关闭支路的作用压差增
大,因此未关闭支路上的换热器处在相对流量大于1的工况下,根据
换热器静特性可知,供回水温差将减小。
2.4变风速调节法
变风速调节法是指通过改变掠过盘管的风速来改变换热量的调节
方法。
部分负荷时,通过减小风速,可以减小末端设备的换热量。
采
用该方法时,盘管内的水流量并没有变化,因此部分负荷时,供回水
温差将减小。
该调节法也有广泛应用,例如风机盘管普遍采用三速
风机调节换热量。
2.5动态平衡电动两通阀特性
动态平衡电动两通阀是集动态平衡与通断控制为一体的阀门,可
以消除管网中的动态水力失调,因此装有该阀门的风机盘管始终在
设计作用压差下工作,其温差变化趋势只受通断控制型阀门的影响,
表现为温差保持不变。
综上所述,一次泵变流量系统中存在温差增
大、减小和保持不变三种变化趋势,具体工程中存在其中的一种或
者多种变化趋势。
在实际工程中,当受到这五种因素中的多种因素
共同影响时,其温差变化情况就会变得难以确定。
3冷热源侧换热量-流量关系
冷热源侧换热量-流量关系与冷水机组(这里不包括热水锅炉)静
特性有关。
冷水机组静特性是相对于换热器静特性提出来的,表示
供冷能力与冷水流量之间的关系。
图2整理出的某冷水机组静特性
曲线。
从图中可以看出,在冷水机组允许的流量变化范围内,相对制
冷量与相对流量呈线性关系。
例如当负荷为设计负荷的50%时,实际
流过冷水机组的流量为设计流量的50%,因此冷水机组的进出冷水
温差恒定。
4温差流量不同步变化产生的问题
从用户侧和冷热源侧的温差变化情况可以看出,两侧的温差很难
同步变化。
如果忽略这一现象,将会对冷水机组的加减机控制产生
影响。
对于末端设备主要采用流量可调型阀门的系统,这个问题尤
为突出。
例如某系统所有末端设备全部采用流量可调型阀门,采用4
台相同型号的冷水机组。
当相对负荷为50%时,根据式
(1)计算得出
用户侧所需相对流量仅为13.0%。
根据负荷情况,此时应该运行2台
冷水机组,但是根据用户侧流量情况,此时可以只运行1台冷水机组,
并且应满足冷水机组的最小流量限制。
5结论
5.1一次泵变流量系统中,用户侧的换热量-流量关系与换热器静
特性、通断控制型阀门特性、动态水力失调、变风速调节法、动态
平衡电动两通阀特性这五种因素有关,并表现出温差增大、减小和
保持不变三种变化趋势,具体工程中则存在其中的一种或者多种变
化趋势,冷热源侧的换热量-流量基本呈线性关系,因此两侧的流量
和温差不是同步变化的。
5.2用户侧和冷热源侧的流量和温差不同步变化,将会对冷水机组
的加减机控制产生影响。
要解决流量和温差不同步变化带来的问题,
必须进行旁通设计。
旁通方法可采用压差旁通法和温差旁通法,当
系统采用温差信号控制水泵时,只能采用压差旁通法平衡流量;
当
系统采用压差信号控制水泵时,只能采用温差旁通法平衡流量。
5.3压差旁通法中,系统采用设计工况下的供回水温差控制水泵;
温差旁通法中,系统采用能保证机组安全运行的最大温差控制旁通
流量。
因此,温差旁通法在部分负荷时的输送水量更少,水系统输送
能耗更小。
5.4流量大于冷水机组的流量下限时,系统可采用压差旁通法或温
差旁通法;
流量小于冷水机组的流量下限时,系统应采用最小流量
旁通法。
并应根据蒸发器内的流量信号控制各种旁通控制的启停。
5.5最大旁通流量与设计工况下供回水温度、设计工况下回风温
度、温差设定值、采用流量可调型阀门的末端设备总设计流量、动
态水力失调有关。
温差旁通法中,采用通断控制型阀门的末端设备
总设计流量满足条件时,温差旁通可以取消。
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- 冷冻 一次 流量 系统 研究