自力式压差控制阀在空调系统中的应用.pdf

文章编号 100225855 2008 0120038203 作者简介焦良珍1969 - ,女,讲师,从事供热通风与空气调节方面的教学与科研工作。 自力式压差控制阀在空调系统中的应用 焦良珍1,符永正1,崔笑千2 1 1 武汉科技大学,湖北 武汉430070; 21 河北平衡阀门制造有限公司,河北 献县062250 摘要 结合中央空调系统的调节特点及电动二通调节阀的工作特性,采用自力式压差控制阀 配合电动二通调节阀使用,发挥了电动二通调节阀的调节优势,实现空调水系统根据用户需求变 流量,从而达到舒适和节能的目的。 关键词 自力式压差控制阀;电动调节阀;变水量系统 中图分类号 TH134 文献标识码 B Application of differential pressure controller in air conditioning J IAO Liang2zhen1, FU Yong2zheng1, CUI xiao2qian2 1 1Wuhan University of Science and Technology , Wuhan 430070 , China ; 2.Hebei Balance Valve Manufacture Limited Company , Xianxian 062250 , China Abstract combination the regulation character of a central air2condition system and the working prop2 erty of electric two2way valve , the author believe that only differential pressure controller be used to match up electric two2way valve , the advantage of electric two2way valve can be brought into full play , a varied water system according to the demand of consumer can be achieved , thus the purpose of a comfortable and saving energy air conditioning system can be realized. Key words differential pressure controller ; electric two - way valve ; varied water system 1 概述 随着科学技术的发展和人民生活水平的提高, 人们对中央空调工程的效果和系统节能的要求也越 来越高。通过应用自力式压差控制阀配合电动二通 调节阀,改善了末端调节装置和系统控制的状况, 实现了空调工程舒适性和节能性的统一。 2 空调系统末端的调节方式 211 风量调节 当室外负荷降低时,减少供入房间的冷量是依靠 减少送入房间的风量而保持冷冻水量不变,故这种定 水量的调节方式不仅舒适性降低,而且不节能。 212 水量调节 对热湿比要求高的系统,通常采用的方法是利 用三通调节阀维持前端表冷器的效果。这种调 节方式由于风机风量和系统水量不变,房间空调效 果达到了,能耗却更高。 多数的空调系统是采用电动二通调节阀进行调 节。它是通过调节器的输出信号控制电动执行机 构,故流量达到设定的效果会有时间上的滞后。应 用不当会导致空调过凉过热 , 恶化了舒适性, 并造成不必要的高能耗。 3 阀门在空调水系统中的作用 311 自力式压差控制阀 自力式压差控制阀简称压差控制阀能自动 恒定被控环路的压差且不需外力作用 〔1〕。对具有 多个支路的环路装设压差控制阀,不但可以吸收外 网的压力波动,隔离被控环路以外的干扰对其影 响,而且可以减弱被控环路内部各支路负载间的相 互影响,提高环路的水力稳定性。 312 电动二通调节阀 图1所示的某高层建筑空调冷冻水系统是一个 带有多个并联环路,每个环路又包含若干个并联支 路的二级空调水系统。其一次泵定流量,二次泵变 流量。系统的末端是多台空调器和风机盘管,均采 用电动二通调节阀调节水量以满足末端负载的需 求。这种应用电动二通调节阀调节水量以实现末端 负荷需求的变流量系统,其作用于电动二通调节阀 上的压差是变化的,某些工况下,这种变化可能会 83 阀 门 2008年第1期 引起电动二通调节阀的控制失灵,对整个系统造成 不利的影响,从而达不到调节目的。 图1 空调工程冷冻水系统 因为阀门特性随阀开度按比例偏离理想特性, 阀开度越小,阀门特性的偏离越大。当阀门在较小 阀开度下工作时,如果负荷变化使阀门进行调节 时,会产生较大的偏离。例如,当图1中b - b支 路控制某台风机盘管的电动二通调节阀的传感器检 测到室温降低时,电动二通调节阀在传输信号作用 下关小,此时,水泵扬程近似不变。由于系统流量 减小,在其他管道阀门没有调节的情况下,消耗在 这些管件上的压降减小,导致电动阀两端的压差增 高。由于阀门特性随阀开度按比例地偏离,再结合 换热器的静特性上凸型曲线特性 , 则换热量随 开度的偏离也越大例如直线流量特性的调节阀, 当阀开度低于013时,其工作流量特性曲线严重偏 离理想流量特性,近似快开特性。此时实际的流 量会高于理论流量,导致电动调节阀在该开度下的 冷量高于预期值 〔2〕。即使阀门再关小 ,但因压差 进一步增高,散热量仍将高于需要量,电动二通调 节阀只有继续关小,直至关闭。电动二通调节阀关 闭后,房间温度很快就会上升,传感器检测到室温 升高时,电动二通调节阀在传输信号的作用下就会 全部打开。当房间负荷减小时,电动调二通节阀又 会出现调节现象。其结果使在较低负荷运行的阀门 以开/关模式运行,导致振荡现象。 当建筑中局部区域如图1中a - a支路阀 门关小时,系统总流量减小,引起其他末端装置上 的压差升高,使并未处于低负荷运行的电动控制阀 也承受较高的压差值。连锁反应是通过阀的流量加 大 → 散热量增大 → 导致空调过凉。之后,信号传递 → 电动阀动作,其结果是,电动二通调节阀在空调 送风温度降低时才开始关小,即电动二通调节阀表 现出滞后性。这不仅恶化了空调的舒适性,并且造 成不必要的高能耗。 313 配合应用 由于电动二通调节阀在使用中可能发生低负荷 时的振荡现象和其他支路的调节干扰,因此采用在 电动二通调节阀前串联一个压差控制阀的方法,改 善了电动二通调节阀的调节效果图2 ,供水型。 压差控制阀具有恒定被控部分压差的功能,因而串 联压差控制阀可以维持电动调节阀上的压差恒定, 使电动二通调节阀始终在阀开度接近110的情况下 工作,避免阀开度过小,从而避免出现调节振荡。 图2 压差控制阀恒定电动二通阀两端压差的连接 由于压差控制阀可以吸收外网的压力波动,隔 离被控环路以外的干扰对其影响,所以这种配合还 可以避免其他支路调节对电动二通阀产生干扰,使 电动二通阀工作稳定,控制精确,避免出现电动二 通调节阀早动作或动作滞后的现象。 图3 压差控制阀恒定电动二通阀和末端压差的连接 图3的连接也可以保证电动二通调节阀的调节 不受外网或其他支路调节的影响,但是,这种连接 不能保证电动二通调节阀的阀开度近似110 ,即不 能保证电动二通调节阀的工作特性与理想特性一 致,导致其工作流量特性较理想流量特性有所偏 离。从电动二通调节阀工作时的调节特性讲,建议 采用图2的连接形式。 4 控制压差的确定 压差控制阀主要是依据厂家的资料,根据压差 控制阀的流通能力KV的最大和最小值选择。在适 用范围内,若多个口径的压差控制阀均符合要求, 则尽量选择口径与管径相同的压差控制阀。 对压差控制阀与电动二通调节阀配合使用时, 控制压差值设置过大,会增大系统阻力,导致运行 能耗增加。压差值设置得过小,可能导致电动调节 阀即使全开也达不到末端流量的要求。对图2中压 差阀控制配合电动二通调节阀的情况,要确定压差 控制阀的控制阀压差必须先选择电动二通调节阀。 由于电动二通调节阀主要是用来调节流量的, 串联压差控制阀又可以使其阀开度接近110 ,保证 其调节特性,所以电动二通调节阀可以直接按照同 932008年第1期 阀 门 管径选择。则电动二通调节阀上的压差ΔPd为 ΔPd 316w c 2 ρs1 式中 c 设计流量时,电动二通调节阀的流通 能力 w 末端的设计流量, m3/ h ρs 水的密度, g/ cm3 ΔPd 电动二通调节阀上的压差, Pa 压差控制阀的控制压差值ΔP就等于电动调节 阀两端的压差ΔPd。 5 空调变水量的实现 采用压差控制阀配合电动二通调节阀进行末端 控制的系统,若冷源侧仍采用定水量系统,虽然房 间舒适性要求满足了,但仅仅依靠阀门节流产生的 节能效果是有限的。对图1的二级泵系统,一次侧 可采用传统的负荷控制法,由冷机分阶段调节流 量,各阶段内为定流量。二次侧可以压差为信号控 制二次泵变频调速实现系统节能。由于任何支路或 主干路的调节都对其他支路产生影响,所以,可以 监控最不利环路的末端压差或选取的几个有代表性 的末端的压差监控点设置在压差控制阀前 , 并 以最不利环路的压差或者选取的几个末端的总压差 为信号,控制二次泵的变频调速图 4 。 由于设计工况满足系统最大负荷的要求,则设 计工况下流量最大,系统出现调节时流量低于设计 值,故水泵变频时流量满足各末端流量总和要求即 可。 图4 末端压差控制装置连接 以最不利环路末端压差作为监控信号,设置压 差控制器,假设图1中b - b环路的1 - 1支路为最 不利环路,则压差控制装置将根据环路的压差变化 趋势控制水泵的转速。若最不利末端压差相对设定 值偏高,表明系统对流量的需求有减小的趋势,于 是,压差信号控制水泵减速,以减小水量。反之, 水泵加速,增大水量。 当图1的1 - 1支路以外的a - a环路阀门开大 时,系统总阻力数减小,干管流量增大。由于干管 的阻力数没变,所以干管上压降增加,导致1 - 1 支路A - A两点间的压差图 5 由Δp减小为 Δp′,于是压差信号控制水泵加速以增大系统流 量。 图5 被控支路以外有调节时,压差控制点的压差变化 当1 - 1支路负荷减小时,电动阀关小。其他 支路不调节时,压差控制阀会关小以恒定电动阀两 端的压差。由于总流量减小,而1 - 1支路点A、 A前干管阻力数不变,所以, 1 - 1支路前干管上 的压降减小,从而使1 - 1支路的压差有增大的趋 势。于是水泵减速以减小水量。 当1 - 1支路关小后,若负荷又变大,水流量 又需增加,则1 - 1支路的电动调节阀开大,此时 水泵扬程近似不变,系统总流量增大,则1 - 1支 路前的干管压降增大, 1 - 1支路的压差会减小, 有降低的趋势,于是水泵加速以增大流量。 反之,当1 - 1支路关小后,若负荷继续减小, 则压差控制阀前的压力会有继续增加的趋势,水泵 继续减速,以减小水量。 由于压差控制阀是通过改变自身压差来恒定被 控部分的压差的,所以在末端主动调节时,相对于 设置其他阀门而言,设置压差控制阀时采集到的压 差信号值大些,即压差控制阀具有放大压差信号的 作用,能使二次泵的变频调速更精确。 变频泵的最低频率,可以由水系统特性和调节 幅度决定。在满足压差控制阀的最小工作压差的情 况下,确定系统可能出现的最小阻力和流量,从而 确定水泵的最低频率。多台水泵并联运行时,宜采 用同步变频的调节方式。 6 结语 在电动二通调节阀前串联压差控制阀,当电动 二通调节阀根据末端负荷变化改变流量时,其调节 不受外界调节的干扰,从而保证了调节性能。压差 信号控制二次泵变频调速,能节省系统运行能耗。 总之,压差控制阀在空调水系统中的应用既可以满 足各用户的流量要求,达到末端主动变流量的目 的,又可以降低系统能耗,使空调的舒适性和系统 节能同时实现。 参考文献 〔1〕 郎四维等译.水力管网全面平衡技术 〔M〕.北京中国建 筑工业出版社, 1991. 〔2〕 施俊良著.调节阀的选择 〔M〕.北京中国建筑工业出版 社, 1986. 收稿日期 20071091 12 04 阀 门 2008年第1期