变流量二次泵系统管网特性研究
2008年第38卷第6期 ・138・专业论坛 暖通空调HV &A C
变流量二次泵系统管网特性研究
现代建筑设计集团上海建筑设计研究院有限公司 杨 伟☆
现代建筑设计集团华东建筑设计研究院有限公司 陆琼文 苏 夺同济大学 刘传聚
大连正信土木工程建设监理有限公司 林俣辰
摘要 计算分析了目前常用的供回水管压差控制、末端压差控制方式下二次泵变流量系
统管网特性的变化, 发现用户部分负荷时, 采用供回水管压差控制的系统中, 末端一般处于过流状态; 采用末端压差控制的系统, 末端一般处于欠流状态。建议在设计时可适当增大末端用户干管的管径, 以减小沿程阻力损失, 提高系统的稳定性。
关键词 变流量 管网 压差控制 节能
Re s e a r c h o n p i p i n g n e t w ork c h a c t e c n d a ry
p u m p v a ri a bl e w a t s ys t e B y Yan g W ei
★
, L u en , , u an d L i n Yuchen
Abst r a ct networ k characteristics of t he systems under p ressure diff erence n main pip es a nd ter minal loop p ressure diff ere nce cont rol. Concludes t hat in t he ter minal erating under p art load overflow would occur if t he syste m is cont rolled by t he f or mer met hod , while underflow if t he syste m is cont rolled by t he latter met hod. Suggests t hat t he dia meters of main pip es of ter minal users shall be e nlarged in design t o reduce t he f rictional resistance a nd increase t he stability of t he syste m.
Keywor ds V WV , piping networ k , p ressure diff ere nce cont rol , e nergy saving
★Shanghai Institute of Architectural Design &Res earch Co. Ltd. , Shanghai , China
析。
1 水泵变流量系统控制方式
与压差旁通控制相比, 水泵变流量控制能更好地适应系统的变化。目前常用的水泵变流量控制有以下三种方式[1]:
1) 温差控制法———保持供回水干管水温差恒
) ; 定(Δt =5℃
2) 压差控制法———保持供回水干管压差(H 1) 恒定;
3) 末端压差控制法———保持最不利环路压差(H 2) 恒定。
在区域供冷系统中, 由于建筑类型多样, 负荷
变化较大, 水力失调现象普遍存在。为解决这一问题, 设计时会在系统的机组、管路及末端用户处增加控制阀门。由于控制调节阀的使用, 管网特性发生了一些变化。风机盘管加新风系统是目前我国高层民用建筑空调中采用最为普遍的一种系统方式, 具有投资少, 使用灵活等特点。风机盘管水系统一般采用双位电动阀通断控制, 本文主要对末端电动阀通断控制的变水量系统的管网特性进行分
①☆
杨伟, 男,1982年9月生, 硕士研究生
200041上海市石门二路258号现代设计大厦16楼(021) [1**********]620
E 2mail :[email protected]. cn 收稿日期:2008-04-01修回日期:2008-04-21
暖通空调HV &AC 2008年第38卷第6期 专业论坛・139・
图1为不同控制方式下水泵的运行工况。图中O 点为系统的设计工况点, 当负荷减小时, 流量
由Q 0变为Q 1, 采用压差控制方式的系统中水泵运行工况点变化到1点, 采用末端压差控制方式的系统中水泵运行工况点变化到2点, 采用温差控制方式的系统中水泵运行工况点变化到3点。三点对应的水泵转速分别为n 1, n 2, n 3。达到相同的流量, 压差控制方式的水泵转速最高, 节能性最小; 温差控制方式下水泵转速最低, 对应的水泵的扬程最小, 水泵的效率最高。所以就节能效果而言, 温差控制方式>末端压差控制方式>供回水管压差控制方式。末端定压值越小, 节能性越好。但由于温差控制方式对于末端负荷使用时间不一致的系统同样会出现流量分配不均的现象, 因此系统采用哪一种控制方式合适需要经过仔细的分析。本文主要分析压差控制方式和末端压差控制方式下系统的管网特性。
以一个6支路的变水量系统为例分析压差控制方式下的二次泵系统管网变化特性。
为了分析方便, 假设末端各支路的设计流量相同(50t/h ) , 末端用户的双位电动阀在全开时的阻力系数为常数。系统设计见图2
。
图2 末端用户通断控制的系统算例示意图
最不利环路的静态平衡阀压降取为能保持流
量精确测量的3kPa , 末端支路压差设计值为103k Pa , 支路间管段阻力为5kPa 。当末端用户双位
图1 不同控制方式下水泵的运行工况
2 压差控制方式下系统管网变化特性
电动阀关闭时, 支路间相互干扰, 造成了一定程度
的水力失调。由于风机盘管开闭的随机性, 相同负荷情况下, 可能集中开启近端的盘管, 也可能集中开启远端的盘管, 也可能是分散开启盘管。负荷大小不同, 负荷分布区域不同, 每个用户的水力失调程度不同, 管网特性也不同。采用压差控制方式时系统水力失调计算结果见表1～3[2]。
表1 压差控制方式下不同负荷率时系统最大过流率
负荷率/%最大流量/(t/h )
8367503317
257. 8210. 4160. 6109. 556. 2A 56. 212. 40
B 56. 212. 40
C 55. 310. 60
风机盘管支路一般设置双位电动阀, 此阀只有
开和关两种工作状态。由于双位电动阀的通断特性, 负荷发生变化时, 管网特性会发生变化。即使在同一负荷率下, 由于负荷分布区域的不确定性也会造成管网特性不同。通断控制下系统部分负荷时管网特性是变化的。对于压差旁通控制系统, 当末端负荷发生变化时, 供回水管之间的压差增大, 旁通管打开, 多余的流量经过旁通管流回冷水机组。机组保持定水量, 水泵基本保持在设计工况运行, 部分负荷时不节能。对于使用变速泵的二次泵系统, 负荷变化时管网特性也发生了变化, 二次泵的功率和流量之间并不能满足三次幂关系。同样, 对于用户而言, 支路间也会相互影响, 存在流量分配不均的现象。
设计流量/(t/h )
[1**********]050
D 54. 38. 60
最大过流率/%
3. 125. 207. 069. 5012. 40E 53. 26. 40
F 52. 24. 40
表2 压差控制方式下单个用户的最大过流率
用户最大流量/
(t/h )
最大过流率/%
2008年第38卷第6期 ・140・专业论坛 暖通空调HV &A C
表3 压差控制方式下83%负荷率时各用户的过流率
工况
流量/
123456
52. 952. 051. 451. 050. 7
5. 84. 02. 82. 01. 4
52. 051. 451. 050. 7
4. 02. 82. 01. 4
51. 451. 050. 7
2. 82. 01. 4
51. 050. 7
2. 01. 4
50. 7
1. 4
A
B
C
D
E
F
过流率/
流量/
52. 9
过流率/
流量/
52. 052. 0
过流率/
流量/
51. 451. 451. 4
过流率/
流量/
50. 950. 951. 051. 0
过流率/
流量/
50. 650. 650. 650. 650. 7
过流率/
5. 84. 04. 0
2. 82. 82. 8
1. 81. 82. 02. 0
1. 21. 21. 21. 21. 4
由于计算的数据表格较多, 其他变化情况和83%负荷率时变化情况相似, 因此本例中只列出了83%负荷率时系统中单个用户的过流情况(以下算例同) 。由表1～3可知:
1) 供回水管压差控制方式下系统部分负荷时用户一般处于过流状态运行, 并且最有可能发生过流的就是系统的末端用户; 同一负荷下, 末端用户的过流量相对较大。
2) 被关闭用户的上游用户呈现不等比例失调, 越靠近末端的用户过流程度越严重。工况
流量/
(t/h )
123456
51. 451. 150. 950. 750. 6
2. 82. 21. 81. 41. 2
51. 150. 950. 750. 6
2. 21. 81. 4
1. 2
50. 950. 750. 6
1. 81. 41. 2
A
C
流量相同。
3) 对各个用户而言, 过流最严重的情况发生在其他用户关闭、只有该用户单独使用时。对于整个系统, 最大过流率出现在只有最不利环路用户单独使用时, 为12. 4%。
考虑到盘管的冷量与水流量的非线性关系, 流量换算到冷量时, 、相对流120kPa , 支路2kPa 时, 计算结果见表4。
由表3和表4可知, 减小支路间管段的阻力,
D
E
F
、83%负荷率时各用户的过流率
/
%
流量/
(t/h ) 51. 4
过流率/
%
流量/
(t/h ) 51. 151. 1
过流率/
%
流量/
(t/h ) 50. 850. 850. 950. 750. 6
过流率/
%
流量/
(t/h ) 50. 750. 750. 750. 7
过流率/
%
流量/
(t/h ) 50. 550. 550. 550. 550. 5
过流率/
%
2. 82. 22. 2
1. 61. 61. 81. 41. 2
1. 41. 41. 41. 41. 2
1. 01. 01. 01. 01. 0
50. 6
有助于限制各个用户的过流状态。
3 末端压差控制系统管网变化特性
由上面的算例可知, 在供回水管压差控制方式下, 系统中部分负荷下用户一般处于过流状态, 存在一定的水力失调现象。末端定压方式由于压差设定值较小, 相对较为节能。为了使其具有共同性, 以图2的算例进行计算, 供回水压差控制改为末端支路压差控制(见图3) , 末端支路的压力设定值为103kPa , 其他条件同供回水压差控制算例, 计算末端压差控制下系统的管网变化特性。
末端压差控制系统计算结果见表5～7[2]。由上面的计算可知:
1) 采用末端压差控制的系统中最有可能发生欠流的就是最前端用户, 同一负荷下, 上游用户的欠流量相对较大。
图3 末端定压系统算例示意图
暖通空调HV &AC 2008年第38卷第6期 专业论坛・141・
表5 末端定压方式下不同负荷率时系统最大欠流率
负荷率/%最大流量/(t/h )
83
675033238. 0186. 1137. 690. 7表6 末端定压方式下系统中单个用户的最大欠流率
用户
最大流量/
(t/h )
A
500
B 48. 82. 4
C 47. 74. 6
D 46. 76. 6
E 45. 88. 4
F 44. 910. 2
设计流量/(t/h )
[1**********]0最大欠流率/%
4. 806. 958. 279. 30最大欠流率/%
C
D
表7 末端定压方式下83%负荷率时单个用户最大欠流率
工况
流量/
()
123456
5050505050
00000
50505050
0000
505050
000
5050
00
50
A
B
E
F
欠流率/
流量/
() 48. 8
欠流率/
流量/
() 48. 049. 2
欠流率/
流量/
() 47. 548. 649. 4
欠流率/
流量/
() 47. 048. 249. 049. 6
欠流率/
流量/
() 46. 747. 948. 649. 249. 6
欠流率/
2. 44. 01. 6
5. 02. 81. 2
6. 03. 62. 00. 8
6. 64. 22. 81. 60. 8
2) 被关闭用户的上游用户呈现不等比例失调, 越靠近上游的用户欠流程度越严重。被关闭用户的下游用户不受影响, 仍在设计工况下运行。
3) 对各个用户而言, 欠流最严重的情况发生在该用户下游用户全部关闭时。, 工况
流量/
[1**********]50A
C
大欠流率出现在只有最前端环路用户单独使用时, 为10. 2%。
123kPa , , 8。
定压值由103kPa 增大到123
D
E
F
49. 0505050/
流量/
48. 349. 35050欠流率/
流量/
47. 848. 849. 550欠流率/
流量/
47. 548. 449. 149. 6欠流率/
流量/
47. 248. 248. 849. 349. 7
欠流率/
2. 000000003. 41. 4004. 42. 41. 005. 03. 21. 80. 85. 63. 62. 41. 40. 6
kPa 后, 用户的最大欠流率由10. 2%减小到8. 84%, 而且不同负荷下用户的欠流率均有所减
一步减弱。对于末端压差控制系统而言, 由于部分负荷下支路的关闭造成了总流量的减小, 被关闭支路的上游各用户的支路资用压差有不同程度的减小, 被关闭用户的上游各个支路在低于设计流量下运行。而在被关闭用户的下游各个支路仍可维持设计流量运行。
4. 3 末端压差控制方式下, 压差设定值越小越节
小。
末端压差设定值由103kPa 增大到118kPa , 同时支路间的管段阻力由5k Pa 减小到2kPa , 变化趋势类似供回水压差控制方式算例, 经计算, 用户的最大欠流率由10. 2%减小到3. 99%, 不同负荷下用户的欠流量均有较大幅度的减小。4 结论4. 1 对于压差控制系统而言, 部分负荷下末端用户一般处于过流状态。增加末端支路的压差, 减小支路间管段的阻力, 各用户的过流程度有所减弱。4. 2 对于末端压差控制系统, 最不利环路的局部阻力与沿程阻力比例增大以后, 用户的欠流程度有所减弱。增加末端压差设定值也可达到减弱用户间相互干扰的效果。但这种措施无疑会增加水泵的扬程, 调节品质好但不节能。增大末端支路压差设定值, 减小沿程阻力的比例, 用户的欠流程度进
能, 但水力稳定性差, 水力失调程度较大。虽然末端压差设定值增大后, 水泵的节能性相对较差, 但系统水力稳定性好, 水力失调程度大大降低。设计过程中, 可以考虑增大末端用户干管的管径, 减小沿程阻力损失, 提高系统的稳定性。参考文献:
[1] 孙一坚, 潘尤贵. 空调水系统变流量节能控制(续2) :
变频调速水泵的合理应用[J].暖通空调, 2005, 35
(10) :90-92,113
[2] 杨伟. 区域供冷水系统节能运行研究[D ].上海:同济
大学,2007