浅谈静态平衡阀在空调系统节能运行的应用

周毅峰,李树坤

(1.广州凯华城房地产开发有限公司,广州510310;2.广东省轻工业高级技工学校,广州510315)

1 引 言

在空调系统中,作为热传递的水由相关的水力管网输送到各个用户。对于一个满足设计要求理想运行的系统,各用户都能够获得设计的水量。满足用户室内温度的舒适性要求和系统运行的节能性要求,这样的系统就是实现了水力平衡的系统,否则,就是水力不平衡或称水力失调的系统。

水力不平衡一般分为静态不平衡和动态不平衡。

在静态系统中,当某些环路存在剩余压头时(即某些环路的阻力过小时),这些环路的实际流量就将超过设计流量,这样必然造成其它环路的实际流量达不到设计流量。这种水力失调是由管网系统的设计缺陷和施工缺陷造成的,称为静态失调,这种失调是先天性的、根本性的,如不采取措施予以纠正,其不良影响在系统中将永远存在。

在动态系统中,当某些环路的水流量发生改变,例如用户调节阀门、关闭阀门、或控制阀根据负荷变化自主动作时,系统的压力分布将会发生变化,压力分布的变化势必对其它环路造成干扰,使其它环路的流量发生不应有的改变,这种失调是随机变化的、动态的。

系统在不平衡条件下运行,就存在室温过热或过冷的用户,这就迫使管理单位不得不在系统上投入更多的设备和能源,以满足用户的要求,这种长期的不合理运行状况,不仅不能解决供热或供冷效率不高的问题,还造成了大量能源浪费及经济损失。我们都知道水系统的水力平衡可由平衡阀的调控来实现,那么,平衡阀是如何进行调控的?一般而言,平衡阀主要分静态平衡阀和动态平衡阀。

静态平衡阀是根据计算得出的系统中的水流量,通过转动阀体上的手轮进行精确的设定,从而获得系统的平衡,当系统的流量与规定值不符,须重新设定阀门,重复测量直到获得正确的流量。

动态平衡阀与静态平衡阀结构上不同的是具有自动流量阀芯的设计,核心是这个独特的自动流量阀芯,加工精确的阀芯螺纹使弹簧预加负载和自由长度能得以精确实现,从而达到设计启动的压力条件。可以在工作范围内调节,降低压差,在不同的泵速下都能提供设计流量。

根据计算得出的系统中的水流量,采用动态平衡阀,就可以保证系统内精确和动态的平衡。这意味着所有的部件都将处于设定值运行,即使系统进行修改或添加后,末端单元的流量也不会超过设计值。

本文就已安装静态平衡阀的空调系统中,如何解决水力动态不平衡达到节能运行进行探讨。

2 水力动态不平衡的问题

2.1 工程概况

广州国际轻纺城工程空调设计只要求夏季供冷,不考虑冬季采暖。总空调面积为12万m2,总冷负荷为21837 kW,平均冷负荷指标为181 W/m2。轻纺城商铺内空调的末端装置均采用单冷型分体式水/空气式水源热泵机组。

整栋商业城建筑划分为C、D、E、F四区,各区设置一个集中冷却水系统,除E区设有两支供回水立干管之外,其它的D、E、F三区均各设一支供回水立管;C、D、E、F分区分别各由5组、3组、8组和3组的闭式冷却塔+冷却水循环泵所构成的冷却水系统,向本分区内的WSHP机组与新风机组供应冷却水;配置情况见表1。

表1 C～F区各个冷却水环的闭式冷却塔与水泵配置情况

C、D、E、F分区的所有冷却水的总干管、总立管、各层干管、支管、分支管完全采用异程式配管来输配;该工程冷却水系统选用了静态平衡阀进行系统平衡,阀门规格从DN20～DN200中选取安装,共计2150个左右。

经过五年多的运行和商户的多次空调改造,空调系统内的设备存在个别制冷效果差、用户投诉多等的情况。经过技术人员对各区的设备调查和对系统中的主要环路静态平衡阀及冷却塔温差进行全面检测,汇总见表2。

表2 CDEF区空调系统全面检测统计表

2.2 冷却水不平衡的原因分析

经过分析由表2可见,该工程空调系统的冷却水不平衡率较高,冷却塔进出水温差偏小。其主要原因是:

1)各环路中存在部分商用空调暂停使用,以及该空调系统管网改造后,没有对原管网作水力平衡计算和相应的调节;

2)相关的物管工程技工对水力平衡的了解不足,技术水平较低,随意调节静态平衡阀,简单处理用户投诉空调制冷不良问题,破坏了系统内的水力平衡。经分析研究,其主要原因有两个:

一是部分冷却水环路中的静态平衡阀流量偏差大,通过静态平衡阀的压差变化大,大于0.6MPa。现举一例检查时发现普遍存在的情况作说明。

在C区负一层的某一冷却水环路中,我们检查了两支路的静态平衡阀的现状,经过测试发现:

DN125平衡阀设计流量:97.69 m3/h,调试前流量:84 m3/h,只有设计值的86%;

DN250平衡阀设计流量:122.65m3/h,调试前流量:167 m3/h,是设计值的136%。

DN125平衡阀通过阀体的压差:0.63MPa。这种压差的迭加作用,将影响水泵的工作效率,需增加水泵的开启台数来抵消所增加的压头损失,浪费能源。

二是末端空调设备管路中的Y型过滤器堵塞严重,造成管路中压头偏大,制冷效果差的同时又使水泵处于不节能状态下运行。

3)随意调整冷却水泵的开启台数,使冷却塔的水流量偏大,冷却塔进出水温差偏小,设计值为:4～5℃。

3 处理对策

3.1 设备问题的对策

a)对末端空调设备管路中的Y型过滤器进行清洗;

b)及时对有故障的空调设备进行维修及更换;

c)对改造中增加的管路增加动态平衡阀;

d)对用水量较大的空调设备增加动态平衡阀。

3.2 水力平衡问题的对策

a)对整个空调冷却水系统重新进行水力平衡计算;

b)依据计算结果,对整个空调冷却水系统重新进行水力平衡调试;

c)依据计算结果,提供满足空调系统节能运行投入的冷却水泵和冷却塔数量。

4 小结

依据计算结果和处理对策,经过对该空调冷却水系统重新进行水力平衡调试,使之能在节能状态中运行;冷却水泵的投入台数减少了,经济效益得到明显提高,同时,商户关于空调效果差的投诉少了。具体数据如下:

C区冷却水泵总流量:1100 m3/h;D区冷却水泵总流量:800 m3/h;E区冷却水泵总流量:2500 m3/h;F区冷却水泵总流量:800 m3/h。根据广州国际轻纺城营业时间的实际情况考虑,每天空调系统按工作11小时计算,电费每小时大概节省三百多元,一天就可节省大概约四千元。冷却塔进出水温差增大了,达到3.5～4.6℃,提高了冷却塔的效率。空调系统达到水力平衡运行,对于节能和提高经济效益是十分必要的。

为了保证空调系统的节能效果,为此,笔者提出如下建议:

(1)建议加强对相关技术人员的水力平衡节能运行技术培训教育。

(2)建议经调试后的静态平衡阀一般情况下尽量不要随意自调,不是随意转动静态平衡阀的调试手轮就可,须配合通过阀体的压差来调试才能达到设计的流量;应由专业人员配合专业仪器来完成。

(3)建议定期对管道上的相关过滤器进行检查排堵。

(4)空调系统的改造应充分考虑水力平衡问题,避免破坏原系统的水力平衡。

[1]暖通通风与空调设计规范GBJ19-87(2001年版)[S]