HVAC水力平衡与解决方案.ppt

HVAC系统的水力平衡及解决方案 水力平衡概念中的挑战是什么 缺少有效的手段来衡量好的水力平衡究竟带来了多大的节能效果 更关注于主机 如冷机 方面的节能 而不关注由水力平衡所带来的节能 更关注于在监制系统方面的节能其实只有在系统的水力平衡时 主机 冷机 和控制系统才能实现高效的节能 但是 什么是一个水力平衡的系统 标准 1 流量平衡受控系统的流量在任何时候均能够满足实际要求 2 压力平衡受控系统的压力分布在任何时候均能够满足实际要求 并不产生额外的问题 例如噪音等 平衡的分类 1 静态平衡所有的调节阀都不动作时 系统平衡 例如定流量系统的水力平衡和变流量系统的调试工况 2 动态平衡部分的调节阀动作时 系统平衡 例如变流量系统的运行工况 1 流量失调的常见现象 系统冷热不均 A 供热 冷 时近热远冷 近冷远热 B 某些支路水量偏大或偏小 变流量系统运行失调 负荷稳定 但房间调节阀动作频繁 造成房间温度震荡频繁 水泵的运行能耗过高 系统稳定时间过长 水力失调 不平衡 的常见现象 2 压力失调的常见现象 调节阀产生噪音和振动 调节阀关闭不上 严重时有烧阀危险 调节阀阀权度过小 阀门曲线变形 线性散热受控系统变成上抛性散热受控系统 水力失调 不平衡 的常见现象 图中是一个典型的异程式系统 假设各个末端的阻力相同 各支管管径相同 则近端支管的水量会多于远端支管的水量 原因是近端支管的资用压头大于远端支管 系统越大 支管数越多 干管越长 干管比摩阻越大 失调的现象越严重 如果某个支管阻力过大 会造成水量的不足 系统冷热不均现象 返回 常见于使用静态平衡阀的变流量系统 调试时即使各个末端已经调试平衡 当实际使用时 当某些末端调节或关闭时 会造成其他末端两端的压差变化 从而因此其他未调节末端水量的变化 从而引起失调 这种失调现象是一种动态的失调现象 变流量系统运行失调现象 返回 产生动态失调后 由于通过末端的水量发生变化 因此房间温度也发生波动 温控器控制调节阀调整水量 而此时该房间的负荷没有发生任何变化 调节阀的调节动作是由于系统压力波动产生的 负荷稳定 但调节阀动作频繁 变流量系统应该 调节阀负责能量控制 仅当负荷发生变化时动作 而平衡阀负责压力控制 负责吸收系统的压力波动 返回 水泵的运行能耗过高 摘自清华大学江亿老师的有关资料 水泵运行能耗过高主要因为水量过大 扬程与流量H Q效率与流量 Q功率与流量P Q 返回 系统稳定时间过长 一个空调系统如果不能够保持调节阀开度和散热设备散热量之间的良好线性关系 则会造成受控房间温度波动频繁 系统稳定时间过长 系统稳定时间过长 返回1 返回2 根据连续流方程 水在流经调节阀的时候有一个加速和减速的过程 对应的动压也有一个升高和降低的过程 根据伯努力方程 静压有一个下降和上升的过程 当某点的静压下降到该点水温对应的汽化压力时 该点将出现气泡 发生 气蚀 现象 产生噪音和振动 调节阀压降越大 水温越高 主要是冬季 越明显 调节阀产生噪音和振动现象 返回 当系统某些末端调节阀关闭时 由于干管流速降低 因此比摩阻变小 其他末端电动调节阀两端的压差升高 当升高到电动调节阀的关闭压差以上时 电动调节阀的驱动器已经无法提供足够的扭矩去关闭电动调节阀 造成阀门无法关闭的现象 这时末端处于过流状态 控制器将持续要求电机动作以关闭阀门 而事实却关闭不上 电机持续发热 如果驱动器没有过载保护功能 很容易发生烧电机的现象 调节阀关闭不上 严重时有烧阀危险现象 返回 阀门的基本概念 1 定义 阀门两端的压差为1bar时 阀门全开时流经阀门的流量 以m3 h计 流量 压降 计算 阀门的流通能力 kv 阀门的流通能力 Kv 3 公式推导 阀门开度 对于调节阀 当阀门开度没有发生变化时 阀门的流通能力不变 仅当调节阀的开度发生变化时 阀门的流通能力才发生变化 调节阀曲线与系统稳定时间的关系 如何实现盘管散热量和阀门开度的线性关系 由于盘管静特性为指数特性 因此为了达到良好的受控效果 通常采用对数型曲线的调节阀 只有保证一定的阀权度 才能保证阀门的实际曲线符合要求 由于盘管静特性与供水水温差有关 因此 小温差对于这个问题更敏感 所以这个问题在夏季空调设计中尤为重要 否则 系统稳定时间过长 阀门理想流量特性 1 直线型 单位行程变化引起的流量变化相等 2 抛物线型 流量特性为一条二次抛物线 介于直线与等百分比特性之间 3 等百分比型 同样行程在小开度时流量变化小 大开度时流量变化大 4 快开型 行程较小时 流量就比较大 阀的有效行程 d 4 多用于关断阀 阀门理想流量特性的实现 阀芯形状 1 直线特性阀芯 2 等百分比特性阀芯 3 快开特性阀芯 4 抛物线特性阀芯 5 等百分比特性阀芯 开口形 6 直线特性阀芯 开口形 阀权度的定义 pv100 阀门全开时阀上的压降 pv0 阀门全关时阀上的压降 psmax 系统的总压降 阀权度 实现水力平衡的手段 1 静态平衡 水力计算 合理配管 同程式 静态平衡阀 动态压差平衡阀或动态流量平衡阀 2 动态平衡 动态压差平衡阀是解决动态失调的唯一途径 平衡阀的分类 1 静态类平衡阀 手动平衡阀 又称静态平衡阀 平衡阀 通过手动调节阀门开度改变阀门的KV值 消耗多余的压差 测量通过该阀的流量和压降 2 动态类平衡阀 动态流量平衡阀 又称动态平衡阀 自力式流量控制阀 在一定的压差范围内维持流量动态恒定 在一个区间内 动态压差平衡阀 又称压差控制器 维持压差在一定的范围内动态恒定 在一个区间内 1 MSV C口径 DN15 DN50 内螺纹连接 手动平衡阀 2 MSV F2口径 DN50 DN400 法兰连接 原理 通过旋转手柄调节阀芯的上下运动 以改变阀门的Kv值 通过专用仪表连接阀门两端的测压点可以测量阀门的压降和通过流量 并可以锁定阀门的开度 功能 调节阀功能 精确调节KV值 具有关断和测量阀门的压降和流量功能 作用 消耗富余压差 使管路流量和压降与设计值一致 测量流量 手动平衡阀 定流量系统的管路 逐级安装 从末端支路到水泵出口的各个支路 变流量系统的大分支处 仅当安装动态压差平衡阀的支路上的压差大于动态压差平衡阀的控制压差时才安装 末端安装动态压差平衡阀 供水管或回水管安装均可 差别在于安装在供水管时 手动平衡阀的工作压力要大于回水管安装的情况 但是末端设备和电动调节阀的工作压力情况刚好相反 安装位置 选型 按照Kv值选型 所选阀门的Kv值要大于设计值 最小开度大于全行程的20 阀门最小压降大于3KPa使用注意事项 A 不能采用蝶阀 闸阀 截止阀 球阀等关断类阀门代替手动调节阀 关断类的阀门曲线为上抛型曲线 调节灵敏性很差 而手动平衡阀的特性曲线接近直线特性 调节灵敏度较高 B 不应串联安装 即同一环路不应供回水管同时安装手动平衡阀 C 系统调试工作比较复杂 往往需要专业调试公司进行调试 选型和注意事项 手动平衡阀的调试步骤 1 首先对干管 立管 支管 末端的手动平衡阀编号 2 计算各立管的流量比 找出有最大流量比的立管 如图 1 1 170 150 1 13 设计流量 立管1BV1 0 150l h立管2BV2 0 200l h立管3BV3 0 180l h 测量流量 立管1BV1 0 170l h立管2BV2 0 210l h立管3BV3 0 160l h 2 1 05 3 0 88 测量流量 设计流量 3 计算各支管的流量比 找出有最大流量比的支管 如图 1 4 计算各末端管路的流量比 找出有最小流量比的末端 如图 1 锁定该阀 5 依次调整各阀的流量比和最小的末端流量比后锁定该阀 BV1 1 1 1 0 4BV1 1 2 2 0 4BV1 1 3 3 0 4 6 依次调整干管和支管的手动平衡阀 方法相同 直至完成 测量形式为固定节流孔板 测量误差小 DANFOSS采用针式测量接头 具有自密封功能 直接插入测量头即可取压 阀体上有开度显示 手轮位置不随开度的变化而升高或降低 手柄有一定长度 管道的保温不能影响开度刻度的读取 丹佛斯手动平衡阀的特点 动态流量平衡阀 AQ 口径 DN15 DN50 内螺纹连接 口径 DN50 DN800 对夹连接 功能 该款动态流量平衡阀在压降31 600KPa之间保持流量恒定 作用 保持通过该阀的流量恒定 动态流量平衡阀 动态流量平衡阀 原理 当来流压力P1增大时 阀胆的套筒向下运动 压缩阀胆内的弹簧 同时减少阀胆底部阀孔的过流面积 即减少阀胆的Kv值 这样虽然阀胆两端的压差 P增大了 但是Kv值减小了 在弹簧的作用下两者的乘积即流量Q基本上保持不变 定流量系统的管路 末端安装 不需逐级 一次泵系统冷冻水泵 冷却水泵处 防止台数变化时水泵过流 冷却塔等需要恒定流量的场所 供水管或回水管安装均可 安装位置 水泵曲线 管路特性曲线 台数变化后水泵曲线 限流后管路特性曲线 选型和注意事项 选型 仅按照流量选型 使用注意事项 A 阀门压力工作范围 要大于最小启动压差 B 不能和比例积分的电动调节阀串联安装 对于电动调节阀 结果 会使电动调节阀两端的压差 P增大 调节阀产生噪音和振动 调节阀关闭不上 严重时有烧阀危险 丹佛斯动态流量平衡阀的特点 第三代阀胆技术 滚动密封 确保将误差降到最低 工作压差范围宽 工作压力至350Kpa 10 11 20 30 40阀胆 及600KPa 50 60阀胆 阀胆材质为黄铜 40以下阀胆 或不锈钢 50以上阀胆 大开口式设计 具有自清功能 能够有效地防堵 滚动密封 大开口式设计 定流量系统水力平衡方案 手动平衡阀方案 动态流量平衡阀方案 动态压差平衡阀 口径 DN15 DN40螺纹连接 3 AFP VFG口径 DN50 DN250法兰连接 1 ASV PV口径 DN15 DN100螺纹连接 2 AVP口径 DN15 DN50螺纹 法兰连接 动态压差平衡阀 原理 电动调节阀上游的高压通过导压管引导至控制膜盒下侧 电动调节阀下游的压力通过外部导压管或内部导压孔引导至控制膜盒上侧 当高压侧的压力升高时 膜盒向上运动 带动阀杆 阀锥也向上运动 造成中压侧压力升高 从而动态的保持中压侧和高压侧之间的压力差与弹簧的预设力平衡 从而保证了电动调节阀两端压差的动态恒定 当高压侧的压力降低时 膜盒向下运动 情况类似 调节弹簧的预紧力 即可调节压差设定值 低压侧 中压侧 高压侧 电动调节阀 导压管 膜盒 动态压差平衡阀 功能 动态保持受控点之间的压差恒定在设定值 作用 保证受控系统的动态水力平衡 防止系统出现动态失调 防止电动调节阀调节阀产生噪音和振动 系统中的调节阀门可选用驱动力较小的驱动器 避免烧阀危险 为调节阀提供良好的阀权度 确保线性散热受控系统的实现 保证系统的迅速稳定 调试工作量非常小 加速安装周期 系统改 扩建时可以免调试 方便的修正实际和设计工况之间的差异 最大流量限制功能 保证受控系统的动态水力平衡 动态压差平衡阀动态保持受控点之间的压差 P恒定在设定值 其他未动作电动调节阀的Kv值不变 因此该支路的水量动态恒定 仅当电动调节阀动作时 即Kv值发生变化时 该支路的水量才会发生变化 恒定 不变 不变 返回 使用手动平衡阀时的压降情况 使用动态压差平衡阀时的压降情况 防止电动调节阀产生噪音和振动 50 100 调节阀的压降手动平衡阀的压降管路系统的压降末端的压降 水泵曲线 水泵曲线 调节阀的压降压差平衡阀的压降管路系统的压降末端的压降 返回 调节阀门选用驱动力较小的驱动器 电动调节阀两端的压差恒定 系统的压力波动均由动态压差平衡阀吸收 因此调节阀门选用驱动力较小的驱动器 返回 阀权度的定义 pv100 阀门全开时阀上的压降 pv0 阀门全关时阀上的压降 psmax 系统的总压降 为调节阀提供良好的阀权度 动态压差平衡阀直接恒定电动调节阀两端的压差时 电动调节阀的阀权度为1 返回 定 变流量系统的管路 末端安装 不需逐级 变流量系统的管路 支管或立管安装 不需逐级 单导压管的阀必须回水安装 双导压管的阀供水或回水管安装均可 安装位置 丹佛斯动态压差平衡阀的特点和选型 特点 口径范围大 DN15 DN250 压差控制范围大且选择灵活 有0 15 1 5bar 0 1 0 7bar 0 05 0 35bar 1 6bar 0 5 3bar等多个规格可供选择 选型 阀体按照Kv值选型 所选阀门的Kv值要大于设计值 计算阀门Kv值时所用的是阀门压降 并非控制压差 用控制压差选驱动器 丹佛斯压差控制器选型表 动态压差平衡型电动调节阀 DN15 DN50 螺纹连接DN32 DN125 法兰连接 动态压差平衡型电动调节阀 原理 实质就是一个动态压差平衡阀和一个电动调节阀合二为一 该阀为双阀锥结构 上阀锥为电动调节阀的阀锥 下阀锥为动态压差平衡阀的阀锥 动态压差平衡阀为电动阀阀锥 上阀锥 前后提供恒定的压差 0 2Bar或0 5Bar 系统的压力波动都被动态压差平衡阀吸收 当电动阀阀锥 上阀锥 没有动作时 阀门流通能力kv不变 压差 P不变 因此阀门的流量Q不变 只有当电动阀阀锥 上阀锥 的动作时 通过阀门的流量才会发生变化 从而实现了动态平衡和调节功能的完美统一 动态压差平衡型电动调节阀 过程 膜片的上下两端与内部弹簧的力量形成一个平衡 即P1 P2 P弹簧 当系统压力发生波动 P1增加时 此平衡被破坏 膜片下方的力大于上方 因此膜片会向上移动 关小压差控制阀阀芯 使得P2增加 重新达到平衡 如图所示 反之压差控制阀开大 使得调节阀阀芯的压差在整个开关的工作过程中始终保持恒定 这样经过该阀门的流量的变化仅与调节阀的开度一一对应 动态压差平衡型电动调节阀 ABQM 动态维持P2和P3之间的压差恒定 最大流量设定功能 电动调节功能 一体阀精确的流量控制功能 负荷变化时一体阀精确的流量控制功能I 由于一体阀有100 的阀权度 因此系统稳定时间很短 负荷变化时一体阀精确的流量控制功能II 开度设定变化时一体阀精确的流量控制功能 由于一体阀有100 的阀权度 因此系统稳定时间很短 变流量系统的管路 末端安装