動(dòng)態(tài)平衡型電動(dòng)閥在卷煙廠空調(diào)水系統(tǒng)中的應(yīng)用
1 概述
隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，我國建筑能耗已占總能耗的30%，空調(diào)能耗則是商業(yè)建筑能耗的主要部分，一般占到建筑能耗的40~60%，在我國冷凍水系統(tǒng)的能耗更大，國內(nèi)多數(shù)的冷凍水系統(tǒng)由于存在各種各樣的設(shè)計(jì)和運(yùn)行問題，使得冷凍泵的全年電耗往往達(dá)到冷機(jī)全年電耗的40%，甚至50%。
因此在空調(diào)系統(tǒng)各部分能耗中，負(fù)責(zé)將冷量由冷源輸送到末端去的冷凍水系統(tǒng)的能耗占相當(dāng)可觀的比例，且最具節(jié)能潛力，而空調(diào)水系統(tǒng)平衡就是降低空調(diào)水輸配能耗的一個(gè)重要手段。
在暖通空調(diào)水系統(tǒng)中，變流量水力系統(tǒng)因其自身的節(jié)能性已被廣泛的認(rèn)可和接受，在變水量運(yùn)行中由于流量的調(diào)節(jié)，不但管路的水壓時(shí)時(shí)發(fā)生變化，而且各末端裝置的供回水管之間的壓差也每時(shí)每刻地發(fā)生變化。不但系統(tǒng)總供水量發(fā)生變化時(shí)要變化，其他一些末端裝置或其他一些環(huán)路供水量發(fā)生變化時(shí)也要變化，因此變流量系統(tǒng)的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)和動(dòng)態(tài)平衡是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)節(jié)能的關(guān)鍵。動(dòng)態(tài)平衡功能是指當(dāng)任何末端設(shè)備負(fù)荷變化要求電動(dòng)調(diào)節(jié)閥動(dòng)作時(shí)，不論系統(tǒng)壓力如何變化，各調(diào)節(jié)閥門都能夠很有效地進(jìn)行水量的調(diào)節(jié)從而實(shí)現(xiàn)精確的溫度，互不干擾，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)地系統(tǒng)平衡，使系統(tǒng)的負(fù)荷在輸出和需求上始終保持最佳的匹配，處于最經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行狀態(tài)。動(dòng)態(tài)平衡電動(dòng)調(diào)節(jié)閥能有效地解決以上問題，此閥門不受管網(wǎng)壓力波動(dòng)的影響，在工作壓差范圍內(nèi)始終保持設(shè)定的水量。
2 卷煙廠空調(diào)水系統(tǒng)的現(xiàn)狀
現(xiàn)有的空調(diào)系統(tǒng)中，導(dǎo)致能耗高的一個(gè)主要原因之一就是水力系統(tǒng)不平衡，引起房間溫度不能達(dá)到設(shè)計(jì)溫度，并出現(xiàn)制冷機(jī)等設(shè)備大馬拉小車，各個(gè)房間明顯冷熱不均等現(xiàn)象。與常規(guī)水系統(tǒng)相比，卷煙廠空調(diào)水系統(tǒng)也存在著嚴(yán)重水力失調(diào)的問題，圖1是筆者對龍巖卷煙廠冷凍站集水器各支路回水溫度的測試數(shù)據(jù)，一個(gè)水力平衡的水系統(tǒng)，其各支路之間的回水溫度應(yīng)該基本一致，但是從圖1可以看出，龍巖卷煙廠集水器上各支路回水溫度明顯不一致。回水溫度最低的支路，供回水溫差最小，說明該支路供水量偏多，而其它支路供水量則明顯偏少，偏多的水流量實(shí)際上就是浪費(fèi)，偏得越多，水泵電耗浪費(fèi)得就越多。
在卷煙廠變水量系統(tǒng)的末端設(shè)備中，使用不受管網(wǎng)壓力波動(dòng)的流量控制閥即動(dòng)態(tài)平衡型電動(dòng)閥來控制水量，是解決變水量系統(tǒng)動(dòng)態(tài)失調(diào)，真正節(jié)能、穩(wěn)定運(yùn)行的最佳方案。
3 動(dòng)態(tài)平衡電動(dòng)閥的性能分析
經(jīng)過閥門的流量可按下式計(jì)算：
式中：Q——流經(jīng)閥門的流量，m3/s；
Kv——閥門的流通能力，與閥門的開度相對應(yīng)；
△P——閥前后的壓差，bar。
由公式得經(jīng)過閥門的流量大小與閥門的開啟度及閥前后的壓差有關(guān)，而控制系統(tǒng)則根據(jù)負(fù)荷變化向閥門輸出相應(yīng)信號(hào)調(diào)節(jié)閥門的開度，從而達(dá)到相應(yīng)的流量。因此只要能恒定調(diào)節(jié)閥前后的壓差△P，就可以保證流量的變化完全由閥門開度而決定，即與負(fù)荷變化相對應(yīng)，而不受其它閥門開關(guān)影響產(chǎn)生的系統(tǒng)壓力波動(dòng)的影響，從而達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡的效果。任何一個(gè)環(huán)路的調(diào)節(jié)都不會(huì)對其他環(huán)路產(chǎn)生干擾，同時(shí)任何一個(gè)環(huán)路都不會(huì)受到其它環(huán)路調(diào)節(jié)的影響。
在暖通空調(diào)應(yīng)用中，由于盤管靜特性為指數(shù)特性，因此為了達(dá)到良好的受控效果，最佳的調(diào)節(jié)閥的特性應(yīng)是等百分比特性，也稱對數(shù)特性，此曲線也稱閥門的理想特性曲線。一個(gè)空調(diào)系統(tǒng)如果不能夠保持調(diào)節(jié)閥開度和散熱設(shè)備散熱量之間的良好線性關(guān)系，則會(huì)造成受控房間溫度波動(dòng)頻繁，系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)間過長。
動(dòng)態(tài)平衡電動(dòng)調(diào)節(jié)閥區(qū)別于傳統(tǒng)的電動(dòng)閥，是動(dòng)態(tài)平衡與電動(dòng)調(diào)節(jié)一體化的產(chǎn)品，動(dòng)態(tài)壓差平衡閥直接恒定電動(dòng)調(diào)節(jié)閥兩端的壓差，可實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)閥兩端的壓差在整個(gè)調(diào)節(jié)過程恒定，即閥權(quán)度始終為1，可實(shí)現(xiàn)其理想特性曲線，從而實(shí)現(xiàn)理想的溫控效果。動(dòng)態(tài)平衡電動(dòng)閥在不同開度時(shí)的流量與閥門兩邊壓差的關(guān)系曲線見圖2，從圖中可以看出要想達(dá)到所需的流量需要滿足最小的工作壓差，當(dāng)調(diào)節(jié)閥芯開度一定時(shí)，整個(gè)閥兩端的實(shí)際壓差小于最小工作壓差時(shí)，流量隨閥門兩端的壓差的增加而增加，當(dāng)達(dá)到閥門最小工作壓差后，經(jīng)過閥門的流量將保持恒定不變，不再隨閥門兩端的壓差的增加而變化。只有當(dāng)調(diào)節(jié)閥芯的開度發(fā)生變化時(shí)，流量才發(fā)生變化。
4 實(shí)例分析
目前卷煙廠空調(diào)水系統(tǒng)在末端一般都采用了二通控制閥，從表面上看這樣的系統(tǒng)無需再平衡，因?yàn)楦鶕?jù)設(shè)計(jì)是可用控制閥來調(diào)節(jié)流量，來達(dá)到要求的流量。因此應(yīng)當(dāng)能夠自動(dòng)達(dá)到水力平衡，但是目前大部分控制閥尺寸偏大，在許多情況下不得不將控制閥完全打開，在這種情況下一些回路中將會(huì)發(fā)生過流，進(jìn)而造成其他回路中的流量不足。使用動(dòng)態(tài)平衡電動(dòng)閥可以保證任何一個(gè)環(huán)路的調(diào)節(jié)不會(huì)影響到其他環(huán)路。
針對本文提出的龍巖卷煙廠空調(diào)水系統(tǒng)水力失調(diào)的問題，每個(gè)環(huán)路可以通過動(dòng)態(tài)平衡電動(dòng)閥來調(diào)節(jié)目標(biāo)區(qū)域的回風(fēng)溫度，對于變流量系統(tǒng)的管路應(yīng)在末端安裝動(dòng)態(tài)壓差平衡閥，不需逐級(jí)，如圖3所示，K1~K3是卷包車間空調(diào)，形成環(huán)路1；K4~K6是儲(chǔ)絲車間空調(diào)，形成環(huán)路2。
在龍巖卷煙廠空調(diào)中各個(gè)車間因功能不同所要求的溫度也不同，例如卷包車間要求室內(nèi)溫度為26℃，儲(chǔ)絲車間為28℃，按照設(shè)定溫度的要求和實(shí)際測量的回風(fēng)溫度變化，動(dòng)態(tài)平衡電動(dòng)閥實(shí)時(shí)地進(jìn)行流量調(diào)節(jié)，當(dāng)達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，該環(huán)路1的動(dòng)態(tài)平衡閥的開度維持在某一位置保持不變以輸出一個(gè)恒定的流量。此時(shí)如果環(huán)路2的回風(fēng)溫度低于設(shè)定溫度，則輸出信號(hào)將環(huán)路2的動(dòng)態(tài)平衡電動(dòng)閥關(guān)小以減少流過儲(chǔ)絲車間空調(diào)機(jī)組的冷水量，使制冷量減少，回風(fēng)溫度升高，達(dá)到設(shè)定溫度，同時(shí)供回水管之間的壓差會(huì)增大，由于動(dòng)態(tài)平衡閥芯的定壓差作用，使得環(huán)路1的流量不發(fā)生變化，制冷量不變，卷包車間仍處于平衡狀態(tài)，不受系統(tǒng)壓差變化的干擾。
5 結(jié)論
（1）動(dòng)態(tài)平衡電動(dòng)調(diào)節(jié)閥安裝在空調(diào)末端設(shè)備的回水管上，在卷煙廠變水量調(diào)節(jié)中，既可實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)水量，又可實(shí)時(shí)保證所調(diào)水量恒定，避免了由于閥門調(diào)節(jié)帶來的壓差變化產(chǎn)生的相互干擾等動(dòng)態(tài)失調(diào)現(xiàn)象，為卷煙廠的節(jié)能改造提供前提條件。
（2）動(dòng)態(tài)平衡電動(dòng)調(diào)節(jié)閥提供良好的閥權(quán)度，確保線性散熱受控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，保證系統(tǒng)的迅速穩(wěn)定。
（3）動(dòng)態(tài)平衡電動(dòng)調(diào)節(jié)閥調(diào)試工作量非常小，加速安裝周期，系統(tǒng)改造、擴(kuò)建時(shí)可以免調(diào)試，同時(shí)能方便的修正實(shí)際和設(shè)計(jì)工況之間的差異。
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