中央空调水系统变流量技术

中央空调冷冻水系统变流量技术1ASHRAE/IES

标准90.1-1989该标准阐述:

新建建筑物的能效设计要求:“所有配置可调节的或逐级开启和关闭的阀门的10马力的泵系统，必须能够适用于设计流量50%或者以下的工况”.例外—指那些层数较少，没有电梯的住宅类建筑物。2二次泵系统冷水机组的水泵要与设计水流量相匹配泵的叶轮需要修平，以减少泵在排液时的压力损失，这是节能的关键措施之一。二次泵可以是定流量的或VFD的一次泵3变流量泵系统的设计思考

三个关键的方面需要考虑公用管冷水机组的启/停顺序控制阀门和执行机构4

将最大的冷水机组的流量流过公用管路时，产生的压降设定为公用管路的压力降。

一般情况下，冷水机组的启/停顺序是由流量最大的泵的流量是否过半来决定的。公用管路的设计思考5二次泵系统在理论和实际应用上都十分简单.它的基本理论就是当两个环路相互连接时,如果公用管路中压降消失，那么这两个环路的中的流量会相对独立。公用管路的设计思考6#1公用管二次泵系统应用的关键就是公用管的使用，它将一次环路和二次环路互相连接起来。公用管长度应该比较短来保证较小的压力损失。

供水和回水三通之间的距离最大不超过四倍管径。如果公用管压力降足够低的话,一次环路的水不会流入二次环路，直到二次泵打开。“经验之谈”公用管路的设计思考7#2二次泵在二次环路内安装一个独立的二次泵，建立二次环路水循环。泵的尺寸只需根据所需的流量和环路的阻力降来确定。

泵的位置应该使水从公用管流向二次环路，这就造成二次环路的压力升高。相反，如果泵安装在指向公用管的回水管上，二次环路的压力会低于共用管压力。公用管路的设计思考“经验之谈”8#3T形管的原理它决定公用管路中的水流量和流向。它基于一次系统和二次系统的流量关系，并且有三种可能性：一次水流量大于二次水流量一次水流量等于二次水流量一次水流量小于二次水流量公用管路的设计思考“经验之谈”9#4流量控制阀

流量控制阀可以防止水流进入二次系统，这种情况是由于公用管内的微小压降或重力作用造成的。

由于重力流可以在单管内发生,最好采用两个流量控制阀,一个安装在供水管，一个在回水管。如果二次系统的回水管在下面，那么只需要一个流量控制阀就够了。公用管路的设计思考“经验之谈”10变流量泵系统的设计思考三个关键的方面需要考虑公用管冷水机组的启/停顺序控制阀门和执行机构11

分配

(二次)流量等于生产(一次)流量。分配

(二次)流量小于生产(一次)流量。分配(二次)流量大于生产

(一次)流量。系统操作员必须能分清楚三种可能的流量工况：冷水机组启/停顺序的设计思考12(例1:分配流量等于生产流量)冷水机组出水温度45F，生产流量

1500GPM，调节两通阀开度，使供需吻合，1500GPMx10F/24=625Tons

压力降100FT.与二次泵的特性曲线相交，回水温度为55F。

由于两系统的流量相等并且达到热平衡,因此公用管内没有流量。

接下来的是一次与二次系统之间不能达到平衡的情况。冷水机组启/停顺序的设计思考13(例2:分配流量大于生产流量)冷水机组启/停顺序的设计思考当需求流量增大时:结果就是经混合后的供水温度高于冷水机组出水温度

问题:区域内湿度控制不利

为了补偿过高的供水温度,在选择盘管时必须给与考虑。14(例2:分配流量大于生产流量)冷水机组启/停顺序的设计思考关于此问题的其它考虑:

冷冻水温度可以重新设置，可以设置一个更低的值来补偿负荷增加和二次系统流量的增大。(每降低1度，冷水机组的运行成本就增加1-3%。

当使用大型机组时，这么做还是值得的。)

后续机组越晚开启，它投入运行后，效果就越明显。如果一小部分负荷需要固定的出水温度，可以考虑与该负荷串联一个小型冷水机组。15(例3:分配流量小于生产流量)

冷水机组的生产流量是固定的，因此，如果我们启动了第二台冷水机组，总的冷冻水流量就变为3000gpm,负荷是875tons，供水温度45F，回水温度55F。

二次泵

流量是2100GPM.

一次泵

流量是3000GPM.过剩的900GPM冷冻水和回水混合后温度为52F。

冷水机组启/停顺序的设计思考16(例3:分配流量小于生产流量)冷水机组启/停顺序的设计思考供给流量过高产生的问题:

所有冷冻水都在进入冷水机组之前混合。

所有在线的冷水机组的回水温度都相同。

当冷水机组都按这种接管方式排列时，它们都会在同一部分负荷下运行。17供给流量大于需求流量由于冷水机组的回水温度是

52F而不是55F,因此机组将在70%负荷下运行。当部分冷冻水经公用管输送时，经过冷水机组的流量始终恒定。冷水机组启/停顺序的设计思考18之前的例子说明了能量调节2段式：50%

(1500gpm)或100%(3000gpm)，这是一次水流量随负荷变化的结果。

记住:二次水流量的变化非常接近于线函数,由于随负荷变化，两通阀的开度也进行调节,其流量也随之变化。系统并联的冷水机组越多，能量可调节段数也越多，每段范围也越小。如果我们把不同型号的冷水机组组合在一起，那么增加的可调节的段数也更多，每段范围也更小。冷水机组启/停顺序的设计思考19当冷冻水流量为线性变化时：提高供水温度只需要很短的时间。

冷水机组启/停顺序会很简单，并且可以手动开/关

如果不同尺寸、类型、效率的冷水机组混装在一起，冷水机组的启/停顺序会变得很复杂.设计人员需要考虑冷水机组最佳的组合方式来满足流量需求，这可以通过计算BTUH的消耗来得到.冷水机组启/停顺序的设计思考20需要提供相关设备以确定以下参数：二次供水温度Ts-s二次回水温度Ts-r二次水流量,Fs冷水机组顺序控制的测量21一次供水温度.一次水流量(冷冻水流量)Fp记住公用管内流量和流向的测量结果还不足以确定冷水机组启/停的顺序。同样对于二次水系统也适用。一次回水温度.为了确定所需的BTUH,必需的仪表有:通过对实际负荷的测量，可以优化冷水机组的组合。冷水机组顺序控制的测量22变流量泵系统的设计思考三个关键的方面需要考虑公用管冷水机组的启/停顺序控制阀门和执行机构23阀门和执行机构的设计思考24根据调节能力分为几种类型:－两位式(开或关)－无级调节

一段时间内阀门的开度百分比反映了冷却盘管所需要的冷量

阀门可以分为两通阀和三通阀。

－两通阀节流

－三通换向阀控制阀的基本原理25

不同的阀门有不同的特点.阀门的共性分为:-线性特性,-等百分比特性-快开

安装在冷却盘管上的控制阀门还有运行特性,这与盘管的特性正好相反。控制阀的基本原理26等百分比控制阀等百分比控制阀通常用于冷却和加热盘管中，能提供很好的流动特性。等百分比阀门控制精度很高，常用于变化较大的压力、流量、负荷和其它变量的控制。当与冷却盘管的传热特性相结合时,如果采用等百分比控制阀门时，调节阀杆的位置，传热性能几乎是线性变化的。27等百分比控制阀一般只用作两通阀三通阀用在末端产品上，线性阀门用于旁通系统。阀门开启50%时，可以提供50%的冷量。等百分比控制阀控制阀门基本知识28

控制阀门是变流量水系统内的重要组成部分控制阀门的作用是根据建筑物负荷的变化，合理调整通过盘管的水流量。阀门的选择十分重要:-尺寸过小的阀门会造成能力不足-尺寸过大的阀门不易控制

阀门的设计思考29控制阀一般根据所需的流量系数(Cv)来选择Cv

的定义是在1PSI的压降下，每分钟流过阀门的60F的水的美国加仑数。公式:G=Cv(Delta“P”)G=流量，单位为美国加仑Cv

是阀门流量系数Delta“P”是通过阀门的压降阀门的设计思考:尺寸控制阀尺寸选择30了解在任何流量情况下，最大的压差是选择阀门的主要标准，原因有两个:选择合适的执行机构避免阀门噪音和气穴现象阀门的设计思考:

尺寸31阀门的设计思考:阀权度当阀门关闭时，压力降增大此时，阀门上的压降等于供、回水管路的压差:最大压差当阀门完全打开时，压力降达到最低值

最小压差阀权度是最小压差和最大压差的比值.可调节阀门的压降一定要大于系统的压降，最好超过

50%。阀权度32目的是提供与盘管的性能相对应的阀门操作性能维持阀权度为0.5是非常重要的.阀门的设计思考:

阀权度阀权度33阀门的设计思考:

阀权度34

可调范围是阀门可以控制的流量范围可调范围越大，阀门在低负荷时控制性能越好典型的阀门控制范围是15:1到50:1阀门的设计思考:可调范围可调范围35阀门的噪音和气穴现象

由于流体速度过大会引起阀门的噪音过高和阀门气穴现象。当水流过阀门时，它会被加速.

当水流速度增加时，它的静压下降，当压力低于蒸发压力时，就会有气泡产生。

在阀门的下游，速度降低，静压升高，气泡破碎于是，产生了噪声，并且造成阀体、节流装置及下游管路的过度磨损。36

变流量泵系统中很少使用三通阀。

三通阀旁通多余的冷冻水，

这就导致很多问题：旁通的冷冻水降低回水温度。增加流量。

三通阀将导致:启动额外的冷水机组和泵，用来提供旁通流量,而不是控制冷负荷。三通阀37

三通阀可以被用来维持最小流量，确保水泵安全。

根据水力协会和ITT流体处理的经验，建议最小流量的最佳值为：最高效率点流量的20%。为了限制径向和轴向负荷以及轴偏移，建议最小流量的最佳值为：最高效率流量的25%。三通阀38水力协会和ITT流体处理也建议限制流经泵的水流温升不要高于15F

(不要与系统的温升混淆).当水泵在低流量运行时,产生温升的水量很少。如果流过泵的水流量过小，那么泵的效率损失都转化为温升。温升会使液体闪发出气体，最终造成气穴现象。

三通阀39驱动器

在变流量系统中:驱动器必须在泵达到最大压力时能够关闭阀门在闭环变流量系统中:所有的负荷可以减少,造成泵与运行曲线不符。这使泵产生的压头增大。阀门驱动器必须可以在压力增大时，依旧可以调节阀