水力平衡调节

供热管网水力平衡调节方法的研究

2004-2-17

河北建筑工程学院马仲元张志红陈忠海

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摘要：分析了我国目前供热管网水力平衡调节方法中存在的一些优缺点，以计算机与单台流量计的计算及测量为手段，提出了一种从理论到实际可操作的室外管网的水力平衡综合调节方法。并编制了供热管网水力平衡调节的应用程序，使得供热管网的水力平衡调节实用，经济、快捷、方便。

引言目前供热管网（主要为二次供热管网）的热力平衡措施，主要有装设孔板，普通截止阀、平衡阀及自力式平衡阀几种，因为平衡阀及自力式平衡阀造价较高，并且也需要一定的人工调节，所以采用较少，孔板平衡措施由于管网实际安装与计算工况很难相同，所以会有一定的误差，在实际使用中有一定的困难。而装设具有一定调节能力的截止阀进行管网的水力平衡调节，由于其成本低，且管网具有可调性，而得到了广泛的应用。目前，供热管网建成后，在实际运行中，往往存在水力失调问题，这主要是由以下原因造成的：（1）工程设计是根据水力学理论进行计算而选取相应的数据，而实际管材的数值与标准是有差别的；（2）由于施工条件的限制，使管路的实际情况与设计情况有很大不同，供热管网在实际运行中不能达到平衡；（3）管网建成后的新用户增加，使原有的水力平衡遭到破坏；（4）管网维护不当，使管网水力平衡受到影响。针对供热管网水力失调问题，本文就热用户引入口装设普通截止阀的水力平衡措施的供热管网系统水力平衡调节方法进行了研究，提出了一种"综合调节法"，它有别于现行的调节方法，具有这用而且简单易行，对目前解决供热管网水力平衡调节问题，具有很大的应

用价值。一、国内管网水力平衡调节的方法近年来，国内一些单位为能解决系统的水力平衡调节问题进行一些探索工作，取得了一些成果，主要调节方法有：1．温差法此法是利用在用户引入口安装压力表温度计，对系统进行初调节。首先使整个系统达以热力稳定。为提高系统初调节的效果，可使网路供水温度保持60℃以上的某个温度不变化，若热源的总回水温度不再变化。就可以认为整个系统已达到热力稳定。此时记录下热源的总供水及回水温度和所有热用户处、回水压力和供、回水温度。先调节供回水温差小于热源总供回水温差的热用户，并按照用户的规模大小和温差的偏离程度大小，确定初调节次序。先对规模较大且温差的偏离也较大的热用户进行调节。根据经验对其用户引入口装置中的供水或回水阀门进行节流。待第一轮次调节完毕系统稳定运行几小时后，现重新记录总供水温差及各用户入口处供回水压力及温度进行下一轮的调节。该调节方法调节周期时间长，需要反复进行，它适用于保温较好的网络。如果网路保温较差，网路供水的沿途温降较大，则对于供水温度较低的热用户，或室内供暖系统水力不平衡的用户将较差，可能出现新的水力失调。但此调节方法属于粗调，调节效果不准确。2．比例法此法是利用两台便携工超声波流量计，或可测得流量的阀门（如平衡阀新型入口装置）及步话机（用于调节时人员之间的联系）来完成的，比例法的基本原理为如果两条并联管路中的水流量以某比例流动（例如1：2），那么当总流量在+30%范围内变化时，它们之间的流量比仍然保持不变（1：2）。但用比例法调节时相互间不易协调，对操作人员素质要求较高，并需要两台相同的流量计，初投入较大。3．CCR法CCR法是在严格的对全系统刊物阻力分析计算的基础上，对全系统实行一次调整的新方法，它由采集数据，计算机计算和现场调整三步构成。CCR法的基本思路是先测出被测管网现状的各管段阻力数S值，再根据所要求的各支路流量计算出各调节阀所相应的开度，最后根据计算结果一次将各调节阀调节到所计算的开度，使系统这到所要求的分配流量，此方法相应的初投资较大，而且测量各管段实际阻力数S值不易。但降低了运行费用，是未来发展的方向。二、综合调节法研究

法和CCR法的一些特点，因此称这综合调节法。综合调节法有两种调节形式，一种为在管网的设计阶段通过计算为使支管线及各热用户水力平衡选取适当管径的截止阀（截止阀与管径相同或小几号）及相应的开启度管网投入运行后，按计算结果将截止阀一次调节完成。可实现管网的初平衡。在管网精细调节时，需要在热用户入口处或支管线上装设流量测孔，并配备一台便携式水力平衡测试仪（该仪表可测流量与温度）通过流量测试、计算、再调节，从而实现管网的最终水力平衡。此方法先将管网的设计参数及管网安装竣工后的管网有关数据输入计算机，计算出各管段设计阻力数S值，根据各支路所设计的流量、阀门阻力特性数S与阀门开启高度Y的拟合方程式，（据大量截止阀的实验研究出的s=f(G·Y)关系）通过计算机程序计算并调节，最后使系统达到所要求的流量分配。由于管网在水力平衡状态下，相邻的管路的压差是平衡的（图1为管路原理图）三、综合水力平衡调节方法的实施综合调节法的实施步骤是（以图1为例）1．将整个管网的设计参数按要求输入计算机；2．将管网中所有需要调节的截止阀开到最大；3．运行程序，按照计算机的提示用仪表测量参考用户1（最不利用户）的流量，输入计算机。4．按照计算机的提示用仪表测量用户1上游处用户2的流量，输入计算机。计算机程序将以用户的设计阻力数代替实际阻力数，计算出安装在用户2入口处的截止阀的开起高度和调节平衡后相应管段阻力数S值的变化，调节此截止阀到相应的开度。使用户1的实际流量与设计流量比等于用户2的实际流量与设计流量比达到相等。如等比误差较大应重新输入相关数据并调节。直至用户1、2达到等比。5．用仪表测量用户1及用户2的实际流量并检验是否等比，并输入计算机。6．按照计算机的提示用仪表测量用户2上游处用户3的流量。输入计算机。计算机程序将以用户1、2的设计阻力数代替实际阻力数，计算出安装在用户3入口处的截止阀的开起高度和调节平衡后相应管用户的流量。并进行调节，此后不在测量用户1的流量。7．以后的步骤同6。8．调节完后，计算机自动保存和输出各用户的相关数据。四、结论这种调节方法需要干

我们认为综合调节法较适合中国国情，与其它方法比较而言，这种方法管路系统投资较少，比较容易操作，这样通过计算机程序计算各管段达到平衡时所需相应的阻力、流量，通过测得的流量进行计算调节，由实验获得的阀门开启度和流量的关系，找出普遍的规律，通过单机的测量管段流量，调节阀门开启高度。达到所需调节效果，综合调节法的外网水力平衡调节方法在计算机基础上的一种新思路，适应于现阶段我国正逐步完善的小规模集中供热系统。五、参考文献贺平孙刚《供热工程》（新一版）1993 马个元等《河北建筑工程学院学报》2002 第三期

利用新风系统消除内区余热的设计探讨

作者：unknown 文章来源：互联网点击数：255 更新时间：2006-3-10 10:21:12

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将风机盘管加新风系统的设计做出部分调整，使其冬季或过渡季在室外空气为冷源，对建筑物的内区或其它需供冷区域进行供冷，达到节约能源的目的。

关键词：新风系统内区余热

0 引言

随着生活水平的提高，人们对室内热环境舒适度的要求也越来越高。然而对于建筑物的内区所产生的余热，在设计中较难处理或处理失当，造成冬季供热后内区室内温度不能满足要求。也有些房间虽没有外扰负荷，但产生大量的余热、余湿（此问题在餐厅包间尤其突出）。这些房间在冬季即使停止供暖，温度仍然偏高，需要供冷才能达到较满意的

舒适度。由于风机盘管加新风系统是我国较普遍采用的一种空调系统方式，本文将重点论述这类系统在过渡季或冬季运用新风系统对有余热区进行供冷，达到室内要求温度节约能源的设计思路。

1 冬季供冷方式的比较

冬季供冷就冷源来划分有许多种方式，应结合工程实际，初投资和运行费用的比较来选择。

1.1 内区单设制冷机的方式：

在一些工程设计中，冷水系统是按内、外区划分的，根据内区冷负荷单独选择一台冷水机组，在过渡季及冬季可以独立启动这台机组对内区供冷。这种方式的特点是：能够较充分的满足内区所需的冷量，达到舒适要求；在夏季该制冷机仍可以与其它冷水机组并联运行，所以对初投资影响不大；但在非夏季仍需运行冷水机组、水泵、冷却塔、冷却塔加热防冻等用电设备，增大了运行费用。这种系统是目前国内应用最普遍的方式。

与该系统相类似的是四管制的风机盘管水系统，可对各房间或区域供冷（热），温度调节更加灵活，可以满足房间个性化的舒适度要求，但工程量增加了，初投资及运行费用均较高，国内采用的较少。

1.2 利用冷却塔换热供冷:

冷水系统内、外区分开设置。在过渡季或冬季时利用冷却塔循环水与外界冷空气进行热交换实现供冷。此方法容易使污物进入冷水循环系统，故一般加设热交换器或采用闭式

热，室内管路不需增加，节省空间；但同时需要增加换热器、闭式冷却塔及相应循环泵等初投资，另外增加了循环水泵及冷却塔风机的用电；在比较寒冷的地区，冬天的室外管路需要电辅助伴热来防冻。

1.3 直接利用室外冷空气供冷：

即把室外的冷空气（新风）作为冷源，通过风机引入内区以消除余热。带有双风机的全空气系统虽然可以实现新风与回风的任意比例调节（在过渡季节常实现全新风）。这种系统只适用于大空间或区域负荷特征较简单的场合，且仍应按内、外区划分系统。

国内最常用的空调系统是风机盘管加新风系统。可以通过增大新风量的方法，对内区直接实现供冷。此系统有以下优点：

（1）初投资增加较小。仅需要适当放大新风机组型号和新风管尺寸，不需要额外购买其它设备，节省和投资机房空间。

（2）节省运行费用。充分利用天然冷源，没有增加制冷用电及其附属设备的用电，仅需适当增加通风机的功率。

（3）新风量增加，提高了室内空气品质，减小传染病的传播。

（4）保留了风机盘管加新风系统控制灵活的特点，适用于功能复杂，使用时间变化大及负荷特征复杂的房间；条件受限制情况下，水路系统可以不按内、外区划分，适合房间功能有重大改变的改造工程以及已竣工但运行不理想的工程。

以上是过渡季节与冬季利用新风管道送冷与其他冷源方式送冷的一些比较。同时，在设计中还需注意与普通新风系统相比较需特殊的地方。

2 设计注意事项

2.1 系统的划分原则

我们通过对各房间的冷热负荷特性的分析及计算，划分出内区需要供冷的区域，内区的新风系统应该单独设置。同时空调水系统也最好按内、外区分区设置，有利于日常运行的管理和节能，方便对房间温度的调节。对于有些建筑物的内区房间过于分散或数量较少，则可考虑不按内、外区划分空调循环水系统。

对于空调改造的工程，由于受空间限制及投资的影响，可考虑内、外区合用新风系统，但应对现有设备进行校核计算并进行相应的改造。通过冷负荷计算确定新风系统所增加的风量，校核新风机组的风机是否满足风量及风压的要求。此外，需计算现有新风管道及内区房间的新风风口是否满足增加送风量的要求，并做出相应修改。对于发热量较大的房间，所需送风量增加过多，受空间的限制，新风管道的尺寸可能很难满足要求，应考虑其它供冷方式联合使用。对于建筑物内其它有外围结构耗热需供暖的房间，由于送风温度低于室内温度（新风风量保持不变），这部分新风负荷须由房间内的风机盘管承担，所以需校核风机盘管加热能力是否满足要求，

2.2 内区房间送风量的确定

新风送风量的确定应按以下计算方法取最大值：

（2）满足建筑物微正压所需的新风量；

（3）满足房间消除余热所需的新风量；

一般情况下，按第（3）条所计算的新风量较大，所需的风量是通过计算房间冷负荷而确定的。冷负荷主要包括人员、灯光、机械设备、食物和加热装置及其它外负荷等所产生的潜热及显热。

室外新风温度的选取直接影响新风量的计算，从消除余热创造舒适的室内热环境考虑，最不利的时期是过渡期，但新风太大，不仅增加投资，有时受建筑安装空间的限制（尤其改建工程）而无法实现，这时可采用提前送冷冻水（增加运行费）的方法来解决。因此应根据工程特点进行技术经济比较选取最优化的室外新风计算参数。

2.3 设计中应注意的问题

2.3.1 应注意控制送风温度不能过低，并应做好焓-湿图分析，防止风口处及空气射流过程中出现结露现象。新风应避免直接吹在人员活动范围内，应使新风与室内空气充分混合后再进入空调区域，以免有吹冷风的感觉。通过实践表明，新风直接引入风机盘管，末端水管设置电动阀（由室内温度控制）的系统运行较好，易于调节。

2.3.2 内区房间相对比较封闭，应注意采取相应的排风泄压措施。如果排风量不够，房间内压力偏高，将影响新风送入房间，运行效果较差，且门扇开启困难。对于所需送风量较大或封闭性比较强的房间，建议增加机械排风等措施，以保持房间正常压力。

2.3.3 冬季室外温度较低的地区，新风机组仍需要对新风进行预热，以控制送风温度。由于新风的送风温度较低，表冷器的换热能力可能远大于冬季所需换热量，可在机组的空调循环水管上设电动阀来进行调节。条件允许情况下可单设换热器专门用于冬季加热新风，同时应注意换热器的防冻问题。

3 结语

风机盘管加新风系统的集中空调方式应用十分普遍，而一些大型宾馆、写字楼和公用建筑等都存在大量的内区，由于其特殊的位置条件，造成空气流通差，散热困难，即使在冬季也存在室内余热，需要供冷冻水，才能创造舒适的热环境。本文提出了利用新风系统送入室外新鲜空气供冷的方法，实现既消除余热，满足室内温度要求，又提高了室内空气质量，节约了能源，文章还通过对比的方式讨论了这一方法的优点及存在问题，并结合在设计实践中遇到的问题提出了一些观点及设计中应注意的事项。

参考文献

浅谈空调水系统的设计与施工

作者：兰英波文章来源：互联网点击数：1293 更新时间：2006-8-29 9:44:51

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摘要：本文结合工程施工实际，对设备间面积及层高与管路布置，空调水系统的水泵设

计与选型，冷冻水系统，冷却水系统和冷凝水系统设计做了简要的阐述。对中央空调水系统设计与施工有一定的参考价值。

关键字：设备布置水泵冷却塔流量流速

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近年来，本人相继参加了台积电，德州仪器及龙腾光电几个大型电子厂房空调水系统的二次设计及施工。我总结了一些空调水系统施工和设计的切身体会，或是经验或是教训，还有一些是自己想到的和看到的，一起列在这里，请大家指正。

一．设备间面积及层高与管路布置原则

随着智能建筑及建筑功能的发展，设备布置所需的空间越来越受限制了。设备间的管路管线只有认真合理的进行空间管理，才能节省空间，并避免不必要的返工。

设备层布置原则：20层以内的高层建筑：宜在上部或下部设一个设备层

30层以内的高层建筑：宜在上部和下部设两个设备层

30层以上超高层建筑：宜在上、中、下分别设设备层

生产厂房宜在其周边辅房内设空调设备，冷水机组及锅炉房等设备宜设在独立的建筑内。

设备层内管道布置原则：离地h≤2.0 m 布置空调设备，水泵等

h=2.5~3.0 m 布置冷、热水管道

h=3.6~4.6 m 布置空调通风管道

h 〉4.6 m 布置电线电缆

设备层层高概略：

建筑面积（m2）设备层层高（m）建筑面积（m2）设备层层高（m）

1000 4.0 15000 5.5

3000 4.5 20000 6.0

5000 4.5 25000 6.0

10000 5.0 30000 6.5

在实际施工中往往因为机房空间不够或管线布置不合理，导致没有空调水阀组的安装位置，阀门装设过高，不便操作。

二．水泵选择与安装

在设计空调水系统时应进行必要的水力计算，根据设计流量计算出在该流量下管路的阻力，以确保选用水泵的扬程合理。在对流量和扬程乘以一定的安全裕量后，进行水泵的选择。有些设计人员未进行设计计算，认为扬程大一些保险，导致所选择的水泵不能满足要求，或者造成运行费用增加，甚至水泵不能正常工作。

至需要5台以上的冷水机组并联工作。制冷站内的主机与水泵的匹配一般来说是一机对一泵，以保证冷水机组的水流量及正常运行，因此，目前我国空调水系统大多为有2台或2台以上水泵并联的定流量系统或一次泵变流量系统。空调设计时，都是按最大负荷情况来进行设备选择以保证最不利情况时的需要。在循环水泵采用并联运行方式时，选择水泵一定要按管路特性与水泵并联特性曲线进行选型计算。选型时，除应注意水泵在设计工况时的性能参数外，还应关注水泵的特性曲线，尽量选择特性曲线陡的水泵并联工作。运行人员应注意工况转换时对阀门的调节。

很多空调设计都是冬夏两用的，即随着季节的变化，为盘管供应冷水或热水。冬季热负荷一般比夏季冷负荷小，且空调水系统供回水温差夏季一般取5℃，冬季取10℃，根据空调水系统循环流量计算公式G=0.86Q/ΔT（式中Q为空调负荷KW，ΔT为水系统温差℃，G为水系统循环流量m3/h），则夏季空调循环水流量将是冬季的2-3倍。所以水泵应根据夏季工况参数选型。

水泵安装时，其进出水口均应安装金属软接或橡胶软接，以减小振动对管路的影响，并保护水泵。重量大于300kg的水泵应安装惯性基础和减震器。惯性基础一般用型钢框架内填混凝土（C30）制作。惯性基础的重量一般为水泵自重的1.5—2倍。减震器应根据惯性基础重量和水泵重量并考虑水泵的动载荷选取。此外还应在水泵惯性基础上安装水平限位装置。

水泵出口声响异常，一般是系统阻力太大，导致系统缺水来引起的。

解决方法：1. 再开启一台水泵。运行两台水泵时，异响消失。

3．泵前过滤器太脏，吸不上水，拆洗过滤器。

4．系统排气，减小系统阻力。

三．冷冻水系统设计与施工

1．系统冷冻水（或盐水）流量估算0.14~0.20L/S (0.25~0.40L/S)/冷吨。1RT=3516.91W。2．冷冻水系统的补水量（膨胀水箱）

水箱容积计算: Vb=a△tVs m3

Vb—膨胀水箱有效容积（即从信号管到溢流管之间高差内的容积）m3

a —水的体积膨胀系数，a=0.0006 L/℃

△t—最大的水温变化值℃

Vs—系统内的水容量m3，即系统中管道和设备内总容水量

3．冷冻水系统流速规定

DN100及以上管道：2.0m/s~3.0m/s

DN80~DN100管道：1.0m/s~2.0m/s

DN40以下管道： 1.0m/s以下

无论如何，冷冻水系统管路的流速不应大于3.0m/s。

系统运行时或刚开机时，水中不可避免混有空气，所以系统管路上应根据管径安装自动放气阀。特别要注意立管顶端最易积聚空气，阻碍冷冻水正常流动，必须安装自动放气阀。为便于维修，在过滤器及控制阀处应设置旁通管，在水泵的进出口处，系统最低点和局部低点应设排水阀。

生产厂房内冷冻水系统如果系统较大，末端设备较多时，建议采用同程式系统。既可以避免安装多级平衡阀，节约成本，又容易达到水力平衡。

冷冻水系统管路多采用焊接，焊渣等杂物非常容易掉到管道内，堵塞过滤器或盘管。所以安装完成后，应进行管路清洗，清洗时应敲打管路，除去附着在管内壁的焊渣等杂物。系统初次运行一周后应清洗过滤器。空调水管路焊接应该用氩弧焊打底，电焊盖面。因为氩弧焊打底不会出现焊渣，且焊缝致密，不易渗漏。

冷冻水系统初次运行时，应先打开供水阀，待系统充满水后，再打开回水阀，以利于去除管路的杂质，防止进入盘管。

四．冷却水系统设计与施工

制冷机冷却水量估算表

活塞式制冷机(t/kw) 0.215

离心式制冷机(t/kw) 0.258

吸收式制冷机(t/kw) 0.3

螺杆式制冷机(t/kw) 0.193~0.322

冷却塔的选择：

1. 现在一般中央空调工程使用较多的是低噪声或超低噪声型玻璃钢逆流式冷却塔，其国产品的代号一般为DBNL-水量数（m3/h）。如DBNL3-100型表示水量为100 m3/h，第三次改型设计的超低噪声玻璃钢逆流式冷却塔。即：水量数（m3/h）=（主机制冷量+压缩机输入功率）÷3.165

2. 初先的冷却塔的名义流量应满足冷水机组要求的冷却水量，同时塔的进水和出水温度应分别与冷水机组冷凝器的出水和进水温度相一致。再根据设计地室外空气的湿球温度，查产品样本给出的塔热工性能曲线或说明，校核塔的实际流量是否仍不小于冷水机要求的冷却水量。

3. 校核所选塔的结构尺寸、运行重量是否适合现场安装条件

4. 简要经验值计算公式：

设备总冷量（KW）×856（大卡）÷3000×(1.2～1.3)=冷却塔水流量

冷却水系统的补水量包括：1 蒸发损失2 漂水损失3 排污损失 4 泄水损失

建议冷却水系统的补水量取为循环水量的1—1.6%,电制冷、水质好时，取小值，溴化锂吸收式制冷、水质差时，取大值。冷却水系统设计应注意的问题

1．多台冷却塔并联时，冷却塔进水管路应设置平衡阀或电动控制阀，平衡管路阻力。

2．冷却水系统水质较差时，应设计旁滤系统，过滤冷却水。

3．在有结冻危险的地区，冷却塔间歇运行时，为防止冷却塔水池结冰，应设加热管线。室外冷却水管应保温。

冷却塔漂水过大是施工调试中经常遇到的问题。其主要原因是冷却水量超过额定流量。调节冷凝器进出水阀门，观察出水压力表，把压差控制在额定范围内（一般压差为0.08MPa左右），一般就可以解决问题。如果不行，再去查看布水器喷口喷射角度是否过于朝下，调节冷却塔布水器的喷射角度，使其稍有倾斜（15度）。

五．冷凝水系统设计与施工

通常，可以根据机组的冷负荷Q（KW）按下列数据近似选定冷凝水管的公称直径。Q≤7kW DN＝20mm

Q＝7.1～17.6kW DN＝25mm

Q＝177～598kW DN＝50mm

Q＝599～1055kW DN＝80mm

Q＝1056～1512kW DN＝100mm

Q＝1513～12462kW DN＝125mm

Q>12462kW DN＝150mm

注：1. DN＝15mm的管道，不推荐使用。2. 立管的公称直径，就与水平干管的直径相同。3. 冷凝水管的公称直径DN（mm），应根据通过冷凝水的流量计算确定

风机盘管机组、整体式空调器、组合式空调机组等运行过程中产生的冷凝水，必须及时予以排走。排放冷凝水管道的设计，应注意以下事项：

1. 沿水流方向，水平管道应保持不小于千分之一的坡度；且不允许有积水部位。

2. 当冷凝水盘位于机组负压区段时，凝水盘的出水口处必须设置水封，水封的高度应比凝水盘处的负压（相当于水柱高度）大50％左右。水封的出口，应与大气相通。为了防止冷凝水管道表面产生结露，必须进行防结露验算。

3. 冷凝水立管的顶部，应设计通向大气的透气管。

的设施。

5. 大型电子厂房的MAU机组,AHU机组因冷凝水量大，应考虑回收。回水的冷凝水可以做为冷却塔的补水。

冷凝水施工中，管道安装一定注意不能倒坡。很多情况都是因为倒坡使冷凝水不能正常排放，导致凝水盘处溢水。安装时存水弯的高度应符合设计要求，否则冷凝水不能排出。

冷凝水管在吊顶上敷设时，应认真保温，防止结露。