空調(diào)冷凍水系統(tǒng)變流量時壓差變化的實測分析

褚方嶺 龔延風(fēng) 李世彥 歐陽軍

南京工業(yè)大學(xué)城市建設(shè)與安全工程學(xué)院

空調(diào)冷凍水系統(tǒng)變流量時壓差變化的實測分析

褚方嶺 龔延風(fēng) 李世彥 歐陽軍

南京工業(yè)大學(xué)城市建設(shè)與安全工程學(xué)院

本文研究了實際運行時二次泵系統(tǒng)流量發(fā)生變化時，頂層最不利環(huán)路末端壓差與頂層供回水管壓差以及與整個供回水管壓差的變化情況，結(jié)果表明：三處壓差變化與系統(tǒng)流量變化均不存在一對一的關(guān)系，壓差變化相同時，系統(tǒng)流量變化情況不同。實際檢測結(jié)果說明了最不利環(huán)路末端定壓差控制和供回水管壓差控制都不能精確反映系統(tǒng)水流量的變化情況。

壓差控制 末端壓差 供回水管壓差 流量變化

0 引言

隨著建筑節(jié)能與綠色建筑的推進(jìn)，空調(diào)水系統(tǒng)變流量運行作為空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能的重要手段應(yīng)用得越來越多[1]，在綠色建筑中幾乎成為普遍要求。

在控制系統(tǒng)中，總是希望被控參數(shù)與被控量之間存在確定的函數(shù)關(guān)系或確定的規(guī)律[2]。溫差變化是換熱量的直接代表，如果把空調(diào)水系統(tǒng)作為一個整體看待，供回水總管溫差的變化與建筑物供暖空調(diào)負(fù)荷的變化呈現(xiàn)線性關(guān)系，溫差屬于比較理想的被控參數(shù)，反映的是系統(tǒng)整體狀態(tài)，可能存在水系統(tǒng)內(nèi)部水力失調(diào)的現(xiàn)象[3]。正是顧慮到水力失調(diào)，工程中多采取了定壓差控制，一般是控制最不利回路的壓差為定值，希望保持最不利末端具有足夠的流量，使得其余回路的流量均能夠滿足要求[4]。但是空調(diào)水系統(tǒng)中某部位壓差的變化是由于管路的阻力系數(shù)變化引起的，與供暖空調(diào)負(fù)荷之間為間接關(guān)聯(lián)，同時壓差會受到管網(wǎng)各支路的相互干擾，加之管網(wǎng)屬于非線性流體網(wǎng)絡(luò)，壓差的變化能否與供暖空調(diào)負(fù)荷的變化保持確定的關(guān)系？

本文通過實際測試驗證壓差變化與負(fù)荷是否存在確定關(guān)系，調(diào)節(jié)測試大樓21層的單個或幾個末端，來驗證系統(tǒng)負(fù)荷變化較小時各測試點壓差變化；調(diào)節(jié)某幾層的所有末端來驗證系統(tǒng)負(fù)荷變化較大時各測試點的壓差變化。結(jié)果表明：壓差的變化與系統(tǒng)負(fù)荷變化不存在確定的對應(yīng)關(guān)系，同一個壓差變化值對應(yīng)著多個負(fù)荷變化情況。

1 被測對象及測試方案

1.1 建筑概況

測試項目是一幢辦公建筑，位于江蘇省泰州市市區(qū)。大樓共21層，高度88.1m，大樓空調(diào)水系統(tǒng)為二級泵系統(tǒng)。各樓層水平水系統(tǒng)為異程，垂直水系統(tǒng)為同程，如圖1。室內(nèi)水系統(tǒng)采用典型的系統(tǒng)形式，具有較好的代表性。

圖1 測試大樓系統(tǒng)圖

室內(nèi)末端主要采用風(fēng)機盤管，風(fēng)機盤管帶有溫控閥，運行時通過風(fēng)機風(fēng)量調(diào)節(jié)供暖空調(diào)負(fù)荷，水系統(tǒng)壓力不發(fā)生變化；風(fēng)機盤管開機停機時與溫控閥聯(lián)鎖的水閥啟閉，水系統(tǒng)壓力發(fā)生變化。實驗階段以風(fēng)機盤管的啟停來代替系統(tǒng)負(fù)荷的變化。

1.2 測試方案

選取3個地點的壓差進(jìn)行測試，分別位于21層最遠(yuǎn)端的用戶支路A點和21層的供回水總管B點，以及總供回水管C點，所有點的位置見圖1，表1為各點壓差測試儀表選用情況。當(dāng)所有末端全部開啟運行時，A點壓差ΔP1為9.5kPa，B點壓差ΔP2為45kPa，C點壓差ΔP3為100kPa。

表1 壓差測試儀表選用情況

為反映出水系統(tǒng)流量變化時某位置壓差的變化情況，二次泵保持定頻運行，頻率為50Hz。通過啟閉同一樓層內(nèi)不同數(shù)量的風(fēng)機盤管、啟閉不同樓層的風(fēng)機盤管來模擬供暖空調(diào)負(fù)荷的變化。

2 實驗結(jié)果及其分析

2.1 第21層內(nèi)負(fù)荷變化與壓差變化

2.1.1 單一用戶調(diào)節(jié)

表2為單一用戶調(diào)節(jié)的各種工況。

表2 單一用戶調(diào)節(jié)工況

從圖2可見，關(guān)閉21層某一個房間的末端時，測試點A也就是21層最不利環(huán)路壓差變化明顯，調(diào)節(jié)房間1，A點壓差變化值為2.5kPa，調(diào)節(jié)房間8，壓差變化值為0.1kPa，由于測試的房間負(fù)荷相差不大，也就是說A點壓差主要隨著調(diào)節(jié)房間的遠(yuǎn)近發(fā)生變化。房間7的負(fù)荷大于房間6，所以曲線在工況6和工況7之間有個上升的過程。觀察B點壓差變化曲線，可以看出，在調(diào)節(jié)離測試點B最近的房間5的情況下，B點壓差變化明顯，變化值為1.2kPa。B點壓差變化規(guī)律不明顯，看不出與負(fù)荷或者距離存在著對應(yīng)關(guān)系。觀察C點壓差變化，發(fā)現(xiàn)在調(diào)節(jié)單個末端時，C點壓差變化不明顯，壓差表讀數(shù)基本不發(fā)生變化。

圖2 調(diào)節(jié)21層單個末端時各測試點壓差變化

2.1.2 兩個用戶同時調(diào)節(jié)

表3為兩個用戶調(diào)節(jié)的各種工況。

表3 兩個用戶同時調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)工況

從圖3可見，關(guān)閉21層的某兩個房間末端時，A、B點壓差變化相對于關(guān)閉21層一個房間末端時變化明顯，壓差變化的數(shù)值明顯增大。觀察A點變化曲線，可以發(fā)現(xiàn)A點的壓差變化值主要是隨著調(diào)節(jié)末端位置的增大而減小的，最小值出現(xiàn)在關(guān)閉房間5、房間6的情況下，而不是在關(guān)閉房間7、房間8的情況下，這是因為房間5和房間6的負(fù)荷偏小。觀察B點壓差變化曲線可以發(fā)現(xiàn)，B點壓差變化總體比A點壓差變化平穩(wěn)，壓差變化值主要集中在1～2kPa之間。關(guān)閉房間2、房間7的末端，壓差變化出現(xiàn)最小值0.3kPa，這是因為兩個房間都距離測試點B較遠(yuǎn)，且房間的負(fù)荷較小。觀察C點壓差變化，發(fā)現(xiàn)在調(diào)節(jié)兩個房間的末端時，C點壓差變化不明顯。

圖3 調(diào)節(jié)21層某兩個房間末端時各測試點壓差變化

2.1.3 三個用戶同時調(diào)節(jié)

表4為三個用戶調(diào)節(jié)的各種工況。

表4 三個用戶同時調(diào)節(jié)工況

從圖4可見，關(guān)閉21層某三個房間末端的情況下，A點壓差變化值較大，在工況5和工況6之間有明顯的下降，這是因為工況5調(diào)節(jié)的主要是靠近測試點的幾個末端，而工況6測試的幾個房間都離測試點A較遠(yuǎn)?？梢钥闯觯谡{(diào)節(jié)房間1、2、6；1、2、7；1、2、8時，A點壓差變化平緩，此時A點壓差的變化主要是受離A點近的幾個末端影響。在調(diào)節(jié)最遠(yuǎn)端的幾個末端時，壓差變化明顯小于調(diào)節(jié)靠近的幾個末端時壓差變化，但是壓差變化的整體數(shù)值都在2kPa以上。觀察B點壓差變化曲線，B點壓差變化趨勢比較平緩，調(diào)節(jié)中間區(qū)域的某三個房間或者中間偏后的三個房間，B點壓差變化集中在1.1～2.1kPa之間。關(guān)閉房間1、2、3和關(guān)閉房間1、2、7時，B點壓差變化數(shù)值較大，主要是由于房間3和房間7的負(fù)荷較大。觀察C點壓差變化，發(fā)現(xiàn)在調(diào)節(jié)兩個房間的末端時，C點壓差變化仍然不明顯。

圖4 調(diào)節(jié)21層某三個房間末端時各測試點壓差變化

比較圖2~圖4可見，最不利環(huán)路末端壓差也就是A點壓差與負(fù)荷的變化不存在對應(yīng)關(guān)系。房間1和房間8，房間2和房間4具有相同的末端，關(guān)閉房間2和房間4，系統(tǒng)內(nèi)部流量變化相同，但A、B點之間壓差變化區(qū)別較大，同時可以看出A點壓差變化隨著調(diào)節(jié)位置離A點距離地增大而減小，壓差的變化與負(fù)荷的變化不存在確定的關(guān)系。21層供回水管壓差也就是B點壓差與負(fù)荷變化也不存在確定的關(guān)系。B點壓差在關(guān)閉某一個房間末端時變化幅度較大，關(guān)閉某兩個房間或者三個房間末端時，壓差變化相對平穩(wěn)。但是也存在負(fù)荷變化相同時，壓差變化差別較大的情況，說明此時B點壓差與負(fù)荷不存在一一對應(yīng)關(guān)系。

2.2 不同樓層負(fù)荷調(diào)節(jié)對測試點壓差的影響

2.2.1 單一樓層調(diào)節(jié)

表5為單一樓層調(diào)節(jié)的各種工況。

表5 單一樓層調(diào)節(jié)工況

圖5 調(diào)節(jié)某一層各測試點壓差變化

從圖5可見，A點壓差變化和B點壓差變化都隨著樓層數(shù)的減小而減小，由于各樓層負(fù)荷基本相同，說明此時A、B點的壓差不是與負(fù)荷存在著對應(yīng)關(guān)系，而是跟調(diào)節(jié)樓層離測試點的距離有關(guān)。觀察C點壓差變化曲線，C點壓差變化值較大，變化幅度平穩(wěn)，一般在10kPa，說明此時C點的壓差變化規(guī)律與系統(tǒng)的負(fù)荷變化規(guī)律比較接近。

2.2.2 某幾層同時調(diào)節(jié)

表6為某幾層調(diào)節(jié)的各種工況。

表6 某幾層同時調(diào)節(jié)工況

從圖6可見，調(diào)節(jié)某幾層的末端時，A點壓差變化值偏小，而B點及C點壓差變化值明顯，且隨著調(diào)節(jié)層數(shù)的增加，B點及C點的壓差變化值在增大。但由于實際影響測試點壓差的因素比較多，找不出負(fù)荷與B點及C點壓差之間的對應(yīng)關(guān)系。

圖6 調(diào)節(jié)某幾層各測試點壓差變化

圖5、圖6可見，在流量變化基本相同時，B點和C點壓差變化幅度不大。說明在不同樓層負(fù)荷發(fā)生變化時，末端定壓差效果不如供回水管定壓差效果明顯，因為此時最不利環(huán)路末端定壓差不能反映出系統(tǒng)流量的變化。

2.3 壓差變化值相差不大時負(fù)荷的變化情況

表7為壓差變化值相差不大時用戶調(diào)節(jié)工況。

表7 壓差變化值相差不大時用戶調(diào)節(jié)工況

從圖7可見，測試點A在壓差變化2～2.2kPa的情況下，負(fù)荷變化情況相差較大，關(guān)閉某一個房間的末端與關(guān)閉四層所有的末端，A點壓差變化值相同，可以看出，A點壓差變化與負(fù)荷不存在確定的關(guān)系。

圖7 測試點A壓差變化不大時負(fù)荷變化

3 結(jié)論

本次實驗是為了觀察最不利環(huán)路末端壓差和供回水管壓差在實際運行過程中的變化情況，通過此次實驗，可以得出以下結(jié)論：

1）末端壓差變化有較好的瞬時性，一般系統(tǒng)流量發(fā)生變化時，末端壓差總會在比較短的時間內(nèi)發(fā)生變化，一般在20～30s之間。

2）當(dāng)流量發(fā)生變化的位置離壓差控制位置較近時，壓差變化比較明顯，距離較遠(yuǎn)時，壓差變化較小，壓差變化與系統(tǒng)流量變化不存在線性關(guān)系。

3）在系統(tǒng)不同樓層的整體流量發(fā)生變化時，最不利環(huán)路末端壓差的變化值沒有21層流量發(fā)生變化時壓差的變化值大，實際控制時應(yīng)在不同位置安裝壓差表，以此來判斷系統(tǒng)負(fù)荷發(fā)生變化的位置。水泵的頻率應(yīng)由負(fù)荷發(fā)生變化的位置和壓差表的讀數(shù)變化共同決定。

4）由于壓差控制點用戶的啟停會對控制系統(tǒng)產(chǎn)生較大的影響，因此最好將末端壓差控制點設(shè)置在房間負(fù)荷變化比較小或者基本不變的房間。

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Measurement of Chilled Water Air Conditioning System with Variable Flow Pressure Changes

CHU Fang-ling,GONG Yan-feng,LI Shi-yan,OUYANG Jun
College of Urban Construction and Safety Engineering,Nanjing University of Technology

This paper studies the change of pressure difference between the most negative terminal loop and the return pipe and the return pipe pressure difference when the flow of secondary pump system changes in operation.The result shows that there is no one-to-one relationship for the change between pressure difference and the flow of the system and the return pipe pressure difference.When the change of pressure difference is the same,the change of the flow of the system is different.The test result shows that the constant pressure difference of the most negative terminal loop and the return pipe cannot accurately reflect the change of the flow of the system.

pressure control,pressure difference of extremity,return pipe pressure difference,flow changes

1003-0344（2015）04-055-4

2014-3-26

褚方嶺（1988～），男，碩士研究生；南京市中山北路200號南京工業(yè)大學(xué)（210000）；E-mail:691952390@qq.com