空调水系统调节

空调系统水力平衡调节
摘要：在建筑物暖通空调水系统中，水力失调是最常见的问题。

由于水力失调导致系统流量分配不合理，热量不合理，从而引起能量的浪费，或者为解决这个问题，提高水泵扬程，但仍会产生热（冷）不均及更大的电能浪费。

本文阐述了暖通空调水系统中选用水力平衡阀的原因，并介绍了水力平衡阀的特性，以及应用水力平衡阀对水系统进行水力平衡调节的步骤、方法，系统联调的要求、过程和评价。

关键词：空调，水力平衡，调节
空调水系统作为空调系统的重要组成部分，其设计的合理性不仅决定了整个空调系统是否能能够做到高效节能，同时还决定着空调系统能否正常、稳定的运行。

空调水系统经过近百年的发展总体理论发展较完备，但在其可调性和平衡性方面的研究较少。

在实际工程中常常会产生水系统调节不好和水力失衡的现象。

一、水力平衡常用方法
要保证空调冷冻水系统的良好运行，首先应该满足系统的水力平衡。

目前随着系统的规模的扩大和系统复杂性的增加，水力平衡越来越重要。

现在已经有众多的团体和学者就水力平衡问题进行了大量的研究。

1.1定流量系统的水力平衡
定流量水系统是中央空调中常见的水力系统，系统中不含任何动态阀门，系统在调试完成后阀门开度一般不再做任何变动，在运行过程中系统各个分支环路的流量基本保持不变。

定流量系统主要用于末端设备无需通过流量来进行调节的系统，如带三通调节阀的末端设备、采用三速开关调节的风机盘管和采用变风量空气处理机组的空调系统。

定流量系统只存在静态水力失调，不存在动态水力失调，因此只需在相应位置安装静态水力平衡设备即可。

定流量系统常用的水力平衡设备是节流孔板，手动调节阀和静态平衡阀，动态流量平衡阀等调节元件。

当末端设备水量不发生变化时，可在各个环路的回水管上安装节流孔板，手动调节阀和静态平衡阀，动态流量平衡阀。

1.2变流量系统的水力平衡
为了节约能源，变流量水系统在空调工程中的应用越来越多。

在变流量系统的运行过程中，各分支环路的流量是随着负荷的变化而变化。

由于空调系统一年中的大部分时间都在部分负荷工况下运行，系统水流量大部分时间都低于设计流量，因此，变流量系统是高效的、节能的。

但是变流量水系统有一个很大的缺点是并联环路之间的祸合性强，水力会造成相互影响存在动态水力失调。

要实现动态水力平衡，必须满足水系统中各个末端设备的流量达到实际瞬时负荷要求流量的同时，其流量的变化只受设备负荷变化的影响，而不受系统压力波动的干扰。

变流量系统的动态水力平衡目的是保证系统供给和需求水量瞬时一致性(这个功能是由各类调节阀门来实现的)，避免了各末端设备流量变化的相互干扰，从而保证系统高效稳定地流量准确地输送给各个末端设备。

空调水系统常见问题及其处理
1前言
随着社会的进步,高层建筑不断涌现,大中型中央空调系统的设计和管理已成为十分重要的研究课题。

一个空调系统运行效果的好坏与系统的设计，系统的维护和管理有着直接关系,因此,对中央空调系统的正确维护和管理也就日益引起人们的关注和重视。

中央空调系统中,水系统是最主要也是最关键的环节,其中出现的问题比较常见,如果不及时正确的处理,就会
影响系统的正常工作。

关键词：冷冻水,冷却水,冷水机组水泵,冷凝水
2中央空调水系统常见问题及其处理
2.1空调水系统水泵工作点发生偏离的问题
空调水系统中,常常会出现水泵实际工作点与设计工作点发生偏离的情况。

最近,笔者在一个空调水系统调试中就发生了这样的问题。

冷冻机房内两台容量为1000冷吨的YORK离心式冷水机组,配置三台冷冻水泵(其中一台备用),在夜间调试时,两台冷冻水泵同时运转,未
见异常情况。

由于处于夏季,白天只有40%电力到位。

在供电不足的情况下,单台冷水机组和单台冷冻水泵工作,运转时发现冷冻水泵工作电流超载。

即使排除了上午供电高峰时电压偏低这一因素,水泵工作电流仍有超载。

但为什么两台水泵工作时反倒正常了呢?分析其原因,是由于单台水泵工作时系统阻力减小,流量增大,使水泵工作点发生偏离。

所以要使单台水泵正常工作,应该适当增加系统阻力,从而减小流量。

在调整冷冻机房内冷水机组、冷冻水泵及集水器、分水器上的阀门的开启度之后,冷冻水泵的工作电流恢复了正常。

2.2水泵的选择问题
在空调水系统中,水泵的选择是很重要的。

尤其在当前,水泵生产厂家越来越多,一些厂家生产的水泵实际性能达不到铭牌参数标准,也会引起系统不能正常工作。

最近了解到某商场空调机房:机房共有两台制冷机组和两台水泵。

但在同一时间内,整个系统只能一台机组和一台水泵工作,如果启动两台冷水机组和两台水泵,稍远的一台机组就会自动停机,如果启动一
台冷水机组,那么任何一台机组都能正常工作。

由于只有一半的冷水机组投入运转,空调效果自然很差。

经判断是机房的水泵实际性能达不到铭牌参数,两台机组工作时,流量不足,流量保护装置使冷水机组停机,而一台机组工作时,系统阻力减小,不存在流量不足的现象。

故建议业主更换水泵,业主在更换水泵以后,两台冷水机组就能同时正常工作了。

实际工作中,我们在进行水泵选型时,应同时满足实用性和经济性两个方面的要求。

第一,在选水泵类型时,应弄清被输送液体的性质,以便选择不同类型的水泵(如清水泵、污水泵、锅炉给水泵、氨水泵等)。

第二,根据系统所需要的最大流量QMAX和最高扬程HMAX分别加10%～20%的安全量(考虑计算和管路损耗等)作为选择水泵流量和扬程的依据,即Q=1.1QMAX,H=1.1～1.2HMAX。

第三,当水泵的类型选定后,要根流量和扬程,查阅样本和手册,选定其大小(型号)和转数。

一般可利用综合“选择曲线图”进行初选,水泵工作点应落在最高机器效率区域(Η线峰值左右各10%)内,并在Q-H曲线最高点右侧的下降段上,以保证工作的稳定性和经济性。

对于正在运行的水系统来说,有的需要解决水泵选择过大问题,可以采用两种方法:一是在水泵维修时
更换合适的水泵,另外就是给水泵加装变频调速器,利用变频器降低水泵的转速,使水泵始终
运行在高效区内,节约运行能耗。

3结论
在空调水系统的设计和管理工作中,一定要注意一些问题，通过实践，常常会有一些问题暴露,有些问题还很棘手。

这往往需要我们细致地研究问题,并从工作中得到经验和教训,
并认真地加以总结,将理论和实践紧紧的结合，以便设计出更好的作品。

空调水系统设计中如何避免控制阀的气蚀现象
1、概述
气蚀是材料在液体的压力和温度达到临界值时产生破坏的一种形式。

通常气蚀通过噪音来表现自己，噪音量直接与气蚀程度有关。

气蚀易发生在泵、热交换器和其它器件。

用在空调系统中的控制阀大都是调节水流量的，满足水系统流量不同的要求。

控制阀在流量调节过程中不可避免的会引起气蚀现象，使阀门过早损坏。

本文针对空调水系统中的冷却水系统和冷冻水系统，定性分析如何在设计中避免气蚀的产生。

2、气蚀产生的原因及解决方法
当流体通过管道时，由于大的截面积而使流速相对较低，当流体经过节流器件，流速增大，动压升高，引起静压损失。

静压转化成动压，应用伯奴利方程来说明：
△（P+pV2／2+pgZ）=0
当流体通过节流元件时，由于流道面积变小，导致流速迅速增大，产生了速度和压头之间的转换，节流元件处流体压力Pvc下降，若降低到低于流体蒸发压力Pv，蒸汽则变成气泡。

而后，管道断面变得开阔，流体流速降低，静压升高，下游静压一般应高于流体的蒸发压力。

因此蒸汽气泡或气穴在管内破裂，见图（1）。

当气泡在管内破裂，能量积聚在一个很小的面积里。

在这个很小的面积里发生产生极大的压力，猛击阀内零件。

气泡重复在一个很小表面积上破裂，也能引起金属疲劳和磨损，从而减少阀门寿命。

阀门和阀的下游管路也会受到影响，距阀20倍直径的下游管路也受到影响。

闪蒸现象在HVAC中很少出现，偶尔可能在冷冻水闭式系统中出现。

3、解决方法
空调水系统分为冷冻水和冷却水，通常的情况下，冷冻水是闭式的，系统问题较少，容易解决，冷却水由于水压问题而比较复杂。

下面分别针对两种常规的空调水系统进行分析。

3.1 冷冻水系统
冷冻水系统一般采用开式膨胀水箱定压，定压点设在循环水泵的吸入段。

冷冻水系统中所选用的阀门应充分考虑阀门流量特性和工作压差。

阀门最大允许关阀压差在保证阀门控制能力的前提下必须尽量低，为了达到这个目的，进口压力必须提高。

因此，开式膨胀水箱必须安装在足够高处以提供所需的出口压力。

阀门安装在建筑物的顶部很容易产生气蚀，这是因为此时阀门上部再也没有水柱产生压头，从而出口压力较低。

当采用开式膨胀水箱有困难时，可设置闭式隔膜膨胀水罐或补水泵变频补水方式，定压点不变。

应用闭式隔膜膨胀水罐，阀门出口压力会随着膨胀水罐中的充气压力增加而增加。

膨胀水箱中的水应控制在半满状。

在忽略充气压力的情况下，膨胀水完全膨胀时不会对系统产生任何压力，此时整个系统的压力都很低，上部阀门的出口压力也很低。

如果闭式隔膜膨胀水罐装水量合适，而气蚀仍有发生，则可通过增加膨胀水罐的预充气压力而提高系统的压力[1]，当然这种增加不能超过系统中设备的允许工作压力。

一个充气压力足够高并能正常运转的膨胀水箱可以解决许多和气蚀有关的问题。

另外，在选用控制阀时，应选用阀体和阀瓣材料具有抗冲蚀能力的阀门，并限制阀门出口流速。

3.2 冷却水系统
冷却水系统，一般都是多台冷却塔并联使用，进出水管均设电动两通阀，或集水盘下设连通管。

气蚀易发生在冷却塔的旁通阀，其中水流速度过高是产生气蚀的源头。

可以采用限制阀门的开度来减少流量，从而减少流速。

此时阀门的复原系数（Ka）同样会变大。

如果旁通阀只是略低于冷却塔的集水盘，这样阀门的出口压力会很低，有发生气蚀的可能性。

因此，可以改变旁通阀安装位置，来提高旁通阀出口压力，比如把旁通管设在冷水机组出口和冷却水泵（冷却水压入机组）的吸入口。

此时的集水盘就象冷冻水系统中的膨胀水箱一样起到提高控制阀出口压力的作用了。

冷却水泵提供的压头（沿程阻力、局部阻力、冷却塔集水盘水位到布水器的高差和布水器所须阻力之和）的富裕系数选取1.05左右，不能太大。

保持泵压较低可以减少控制阀的压降。

在旁通阀的管路上应安装一个平衡阀来保证旁通管中的水流量，平衡阀很重要，没有它，旁通管中的水压会小于竖水管中的水压。

3、结论
通过以上定性分析可以得出以下结论：
（1）冷冻水系统设计中，应尽可能提高开式膨胀水箱的安装高度、闭式隔膜膨胀水罐的充气压力。

（2）选用各种控制阀时，应综合考虑其流量特性、工作压差和流通能力。

（3）控制水系统压差的旁通阀应设于总供、回水管中压力相对稳定的位置，尽可能安装在系统较低处。

总之，无论是冷冻水还是冷却水，提高阀门的出口压力可以解决控制阀的气蚀问题。