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水力平衡—实现良好控制的必要条件

发布时间:2009/7/28 文章来源:本站
序言
在理论上,新的控制技术是可以满足最苛刻的室内气候和运行成本要求的。但在实践中,即使最精密的控制器也不能完全实现所承诺的功能。因此,舒适度就会打折扣,运行成本也会高于期望值。
这常常是因为暖通空调系统的机械设计没有满足为实现稳定而精确的控制所需的一些条件。以下是这三个重要的条件:
1.所有终端处都必须达到设计流量。
2。控制阀两端的压差不能变化过大。
3.系统接口处的流量必须相互兼容。(一、二次环路流量要相匹配)
本文简单地讨论了其中的第一个条件,若违反此条件会产生的问题、为什么会发生这些问题以及如何在设计阶段预防这些问题。
常见问题
这些问题通常表明第一个条件(即每个末端处都必须达到设计流量)没有得到满足:
·高于预期的能耗成本。.在中等和/或高负荷下不能实现装机功率。
·楼房内一些部位过热,而另一些部位过冷。
·夜间停机回设后的启动需要较长的时间才能达到期望的室温。
获得正确的流量
一台末端设备所传递的功率取决于供水温度和水流量。需要对这些参数进行控制以达到要求的室温。只有具备需要的水流量时,才能进行控佑,J。
但有些人好像以为只要将设计流量标在图纸上就能在管道中实现。事实上,要想得到需要的流量,必须进行测量和调节。这就是为什么专家们都确信水力平衡是非常必要的原因所在。我们的讨论限于这样一个问题:我们该怎样办?比如,是不是可以通过仔细设置系统的尺寸来获得正确的流量分配?
在理论上,回答是肯定的;但在实践中,这只是一个美好的梦想。生产装置、管道、泵和末端在设计时能够最大程度地满足实际需求(除非装置是捶照差异度计算的)。如果链条中一个环节的尺寸不适当,其他的也就不能达到最佳的运行效果。因此,就不能获得期望的室内气候,舒适度就打了折扣。
有人可能认为在设计装置时考虑一些安全因素就能够防止大多数的问题。但是,即使有些问题可以通过这种方式解决,但又会产生其他的问题,特别是在控制方面。某种程度的尺寸偏大是无法避免的,因为部件必须从现有的市场供应范围内挑选,一般是不能与计算值完全相符的。此外,在设计阶段,一些部件的特性还是未知数,因为它们将在后续阶段由承包商来选择。这样就需要对原始的系统设计加以修改以考虑实际的安装情况,常常会略微偏离原始设计。
水力平衡可以在实际装置中获得需要的流量,对偏大尺寸加以补偿,实现投资的初衷。
定流量分配系统
在定流量分配系统中(图1a),通过计算,使三通阀产生的压降至少不低于盘管C中的设计压降。这意味着控制阀阀权度至少为0.5,这是实现良好控制的关键。如果盘管中的压降加上控制阀的压降等于20kPa,而可以得到的压差(△H)为80kPa,则必须由平衡阀STADl承担60 kPa的差值。否则,该回路将会发生200%的过流,造成难以控制,并会影响到系统的其余部分。
在图1b中,平衡阀STAD2是关键。没有它,旁路AB将变成一个严重过流的短路,而在系统的其他部分则形成流量不足。用STAD2对一次流量Qp进行测量和调节,用STAD3对二次设计流量Qs进行测量和调节,使Qp稍高于Qs。
平衡可以保证正确的流量分配,防止出现运行问题,使控制器真正能够实现控制功能。
变流量分配系统
在变流量分配系统中,高负荷下主要容易发生流量不足问题。
乍一看,在末端用二通控制阀的系统无需再平衡,因为根据设计是可用控制阀来调节流量,达到要求的流量。因此,应当能够自动达到水力平衡。但是,即使经过仔细的计算之后,你仍会发现市场上根本买不到具有所需K。的控制阀。如此一来,大部分控制阀就会尺寸偏大。在许多情况下(比如:启动时、发生大的干扰时、一些温控器设定在最小或最大值时、或者当一些盘管尺寸偏小时),不得不将控制阀完全打开。在这些情况下,以及当平衡阀不到位时,一些回路中将会发生过流,进而造成其他回路中的流量不足。
使用变速泵也不能解决这一问题,因为泵的扬程改变时,所有的流量也会相应发生变化。试图用这种方法避免过流只能使流量不足愈加严重。
整个系统设计成能够在最大负荷时提供最大功率(无论有无差异度)。因此,在需要时达到这一最大功率就非常关键了。在设计条件下达到的水力平衡保证所有末端都能获得其需要的流量,从而实现投资的初衷。在部分负荷情况下,当一些控制阀关闭时,回路上可以得到的压差只会增加。如果在设计条件下能够避免流量不足,则在其他条件下也不会出现流量不足。
早晨启动
在变流量分配系统中,每次夜间停机回设后的早晨启动是一个需要认真考虑的事项,因为大部分的控制阀都被完全打开了。这就会造成过流,从而在一些管道中产生无法预测的压降,而使系统中不利回路的末端发生严重的流量不足。直到有利回路都已经达到了设定温度(如果这些设定点合理的话),使其控制阀开始节流之后,那些不利回路才能得到足够的流量。因此,启动难度加大,所需的时间也会超出预期,在能耗方面的代价也是极高的。不均匀的启动将使中央控制管理和任何形式的优化在实践中都无法实现。
在定流量分配系统中,启动期间和启动之后都存在着流量不足和过流,从而使问题更加难以解决。平衡所需的工具
要平衡一个系统,要求工具必须满足以下条件:
·流量必须是可以测量的,精度约为土5%。平衡程序可以检查系统是否按照设计运行、检测故障,并根据测量结果决定纠正措施。
·流量必须易于调节,从而使系统灵活通融。
.平衡装置必须保证长期可靠,还必须能够抵御侵蚀性的水。
·在冲洗时应当不必拆除平衡装置,也不需要使用特殊的过滤器。
·设定位置必须易于读取,并由隐藏式记忆装置保护设定值。全节流范围应当需要手轮转动至少四整圈,以保证足够的调节精度。
·大尺寸阀门应当具有一个平衡锥体,用于设定阀门时克Z艮由于其两端较高的压差产生的力矩。
·平衡阀必须具有关断功能。
必须具有测量仪器,使流量易于测量,而不必使用图表。仪器中应当加入一个简单的平衡程序,并且能够打印平衡报告。仪器还应当能够记录流量、压差和温度的变化过程,以便实施诊断。
平衡变得简单
水力平衡提供了验证系统是否正确安装的机会,还能够检测大部分故障(例如:空气、阻塞、过滤器、水力故障)并予以纠正。
“TA平衡”方法是最简单的系统平衡方法。“TA平衡”是一个基于补偿方法的计算杉L程序。将"TA平衡”结合到平衡仪器CBI中。在系统中进行了一些测量之后,“TA平衡”会计算平衡阀的正确设定。这一方法的主要优点是只需一个人用一个平衡仪器就能够平衡整个装置。
与所有其他平衡程序一样,系统必须分为各个模块。一个模块是由几个连接到相同供水与回水管道的回路形成的。每个回路都有自己的平衡阀。每个模块都有一个公共的平衡阀,称为合作阀(图4)。
CBI检测到最不利回路(需要的压差最高的回路),并给该回路的平衡阀分配一个3 kPa的压降(实现可靠流量测量所需的最小压降)。
然后确定其他平衡阀的设定值,以实现模块内各部件的相对平衡。设定值与实际可以得到的泵扬程或系统中其他平衡阀的设定都无关。所确定的值经设定后锁定。
当所有的模块都各自实现平衡之后,利用相同的程序可实现模块之间的相互平衡。在这一阶段,确定合作阀的设定值。
最后,用主平衡阀来调节总设计流量。所有的多余的压降都在这一阀门处读取、测量。有时这一多余压降是很高的,可以安装一台较小的泵以降低泵送成本。
这一操作完成之后,所有末端处就都达到了设计流量。通过计算机打印可提供每台平衡阀的没定值、压差和水流量情况。
结论
任何暖通空调系统都是用来提供舒适的室内气候,同时最大程度地降低成本和减少运行问题。
在理论上,现代控制技术可以实现这一目标。但在实践中,即使最精密的控制器也不能完全实现所承诺的功能。原因往往是实现良好控制所需要的条件没有得到满足。
其中一个条件就是在所有末端处都必须达到设计流量。必需要通过水力平衡来保证实现这一条件。水力平衡可以防止一些回路中的过流引起其他回路中的流量不足,可以检测泵尺寸偏大的程度,还能综合验证系统运行是否符合设计者的意图。
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