平衡之重
在多年的实践及研究当中,我们发现,造成系统“冷热不均”及房间温度振荡频繁的元凶,就是中央空调系统的水系统的水流不平衡。
中央空调系统的目的是以最低的能耗代价满足人体舒适和工艺要求,按照大的结构可分为水系统、风系统和控制系统。水系统位于整个中央空调系统架构的底层,担负着把动力中心生产的冷热量向末端设备有效输送的重任。水系统运行效率的高低,不仅影响温、湿度控制的效果,而且直接影响系统的输送能效比和系统能耗状况。因此关注水系统运行效果和效率,成为空调系统节能的关键。
随着技术的改进,主机的能效比、水泵的效率、末端设备的换热效率在不断提高,但空调系统的整体能耗仍然没有改善,其关键问题是系统的输送能效比无法有效提高。
在制冷及供暖系统中,由于种种原因,管路上末端装置所需要的流量与支管间的管路阻力不匹配,水流量未能合理地分配到整个水循环系统的支路中,并联支路存在水流不平衡的问题,出现近端的设备“过流”,远端的设备“欠流”,从而导致舒适度不足。因此,有效实现平衡,成为提升系统舒适度、增大节能率的先决条件。
舒适变频
为了解决因管路阻力不均而造成的水流不平衡的问题,人们不断提出了多种的改进方法,其中包括了“同程输配”、“压差平衡”,力图在某种程度上减轻因水流失衡而带来的不舒适性。
但是在实践当中,传统的平衡调节技术存在着一定的不足之处:
1. 调试工作相对复杂,调试结果不能一劳永逸。
众所周知,中央空调系统的运行工况每时每刻均处于变化当中,并不是每个末端设备都可保持调试时的压力状况;当运行工况发生变化,原有调试所需的工作范围可能无法满足,原调试结果失效,需要再次调试。
2. 传统平衡调节是被动的、反应速度低。
传统的调节技术主要通过检测末端设备压差的变化,进而调节阀门的开度以控制水流的大小,因此,这种检测及调节并不是最直接,最快速的方法,当水系统功能复杂、要求对需求变化响应时间较短时,传统调节技术不能满足实际需求的,其中最重要的原因是:缺乏对水系统流量的总量主动控制及末端流量的自动调配。
流量平衡新技术之“控”与“调”
1. “控”
在大中型系统的区域支管上进行流量平衡,利用最大流量设定阀门的开度,进行流量限制,自动消除系统的压差波动,无论入口压力如何变化,控制区域阀门保持区域流量不变,达到定量供给的效果,解决近端压差大,远端压差小的矛盾,克服系统冷热不均现象,提高供热(供冷)质量,减少系统循环水量,降低系统阻力。使区域流量与压力趋于稳定,达到“控”的目的。
在限制最大流量的情况下,还可根据负荷要求的换热量,设置回水水温,从而调节区域水量以满足负荷需求。
2. “调”
在单元末端设备的回水管上进行回水温度与水量的自动控制,实现对末端换热设备能量输出的调节,按设计或实际要求设定末端回水温度,调节阀门的开度,无论是单个单元末端负荷或多个单元末端负荷需求如何动态变化,都使末端换热设备进回水温差达到设计要求值,保证换热器换热效率最高,同时恰好满足负荷需求,还可以实现能量供需转移。
在负荷不变时,还可根据用户设定的室内温控器调设的温度,对阀门进行微调,实现对房间温度的精准控制,满足用户对舒适度的要求,达到“调”的作用。
提升舒适度下的安全变频
众所周知,建筑物的中央空调系统大多数是按照建筑物是最大负荷或新风交换量需求选定的,且留有充足的余量,而在实际运行中,达到最大负荷的天数只占全年运行天数的极少比例,中央空调系统大多是在部分负荷状态下运行的,因此设计余量一般偏大,为节电节能提供了极大的空间;商业建筑的各个区域使用功能不一致,对运行工况的要求也不一致,整个水循环的流量在各个时段也不一致。
通过区域和单元的平衡调节装置对水系统进行调控,简单可靠地解决水系统中因静态和动态变化所导致的不平衡和舒适性差的问题,从整体上降低系统需要的最大水量,为最大限度的安全节能提供了可能,通过变频控制从而实现系统节能。
另一方面,对于冷水机组来说,冷冻水流量的减小是相当危险的。系统总会设定一定的回水压差值,引导压差旁通阀适时开启,以保障通过冷水机组的水流量是恒定的(或较小范围的波动)。
但是,系统的负荷总是处于一个不断变化的过程中,水泵的运转频率亦是不断变化的。当负荷减小,末端阀门关小,变频器变频输出使得水泵转速降低,水泵压力亦随之降低,供回水压差将减小而低于原设定的回水压差范围,压差旁通阀不能适时开启,使得回流冷水机组的冷冻水量减小,流速降低,极易产生冻结的情况,从而对冷水机组造成破坏。
如何确保变频后冷水机组的最小水流量,成为了水系统变频改造的安全基础——对旁通装置进行最低温度限制设定,同时兼用压差控制——“双重保险”保证的变频控制的安全可靠。