分析了集中空調系統水力失調的原因和解決措施，通過比較末端恒壓差控制系統和應用電動可調式動態流量平衡閥的控制系統的控制原理以及變流量條件下的能耗高低，研究了這兩個控制系統對管網中調節閥流量特性曲線的影響，具體分析了設備效率對系統性能的影響。

引言

　　在全球化節能減排的大環境下，集中空調系統能耗的有效降低，將會為整個社會的節能減排作出一定的貢獻。然而空調系統的節能應該在滿足負荷要求的條件下進行，并在此基礎上力求系統管網的全面水力平衡和設備的高效率運行，這樣才能保證系統運行的經濟性。為此，本文著重從水系統的全面水力平衡和控制兩方面分析其對系統性能的影響。

1、集中空調系統水力失調原因以及解決措施

　　如果集中空調系統失去水力平衡，會使某些區域的冷量或熱量達不到設計要求，造成某些區域太冷或太熱，甚至造成制冷機、換熱器等設備出現故障。對于某些區域的水流量達不到設計流量的問題，常采用加大水泵功率的解決方法，使最不利環路達到設計流量，但會導致最有利環路的流量遠遠超過設計流量，水泵能耗大大增加，不利于實現集中空調系統低能耗運行。為實現空調水系統的水力平衡，常用的措施有：在供、回水主管上設置旁通平衡管路;區域管路上采用同程水力系統，增大主管管徑，減小支管管徑;使用靜態平衡閥等。這些解決方法沒有抓住水力失衡的癥結，相反有的方法通過增大能耗來滿足末端的要求，掩蓋了水力失衡的存在。例如末端流量不夠并不一定是水泵流量和揚程不夠，而有可能是沒有合理匹配，盲目提高水泵設計揚程和流量，不僅增加水泵初投資，而且增加運行成本;增大供回水溫差并非因為制冷主機出力不夠，而是沒有把能量有效地輸配到末端設備，而增大供回水溫差對主機要求較高，不僅使主機初投資增大，而且會讓主機工作在低效工況下，增加主機的運行成本，還會導致夏季末端送風溫度過低，送風管道易結露，如果沒有良好的氣流組織保障，容易導致空調病的產生等。同程管路和靜態平衡閥都是適應定流量系統的比較簡單的平衡方式。隨著變流量水系統的廣泛應用，同程系統暴露出不穩定的缺點，即動態失衡突出，靜態平衡閥不僅不能消除變流量系統中壓力擾動導致的失衡現象和控制閥的失調現象，對于各個回路阻力本身可調的變流量系統，還增加了局部阻力，會相應地增加水泵的揚程，反而不利于系統能耗的降低。

　　隨著水力平衡技術的不斷提升，為實現系統的變流量運行，保持系統動態平衡，電動可調式動態流量平衡閥的應用逐漸增多。與傳統的平衡調控方式相比，采用電動調節閥的控制系統，由于其變換系統復雜，控制精度、響應速度、穩定性都會受到影響，執行機構一直處于調節狀態。而電動可調式動態流量平衡閥，采用了單參數簡單函數控制邏輯，省略了壓差測量環節和測試設備，只要根據流量指令選擇開度就可以實現精確控制，因而控制系統非常簡單，具有響應快、控制精度高、穩定性好的特點，其控制原理如圖1所示：通過接收上位機反饋的電信號值的大小來改變閥門的開度，調整設定流量，以滿足末端用戶變負荷的要求。

圖1 電動可調式動態流量平衡閥的流量-壓差-開度關系

2、電動可調式動態流量平衡閥以及末端電動調節定壓差閥在流量變化前后對管網系統和水泵運行工況點的影響與能耗分析

2.1、電動可調式動態流量平衡閥對系統的控制

　　電動可調式動態流量平衡閥的控制原理如圖2(圖中曲線Ⅰ，Ⅱ分別為支路阻力特性曲線，Ⅲ為管網總的阻力特性曲線)所示，Ⅳ為支路以外管路的阻力特性曲線。當系統的最有利環路達到設計流量Q1時，最不利環路的流量為Q2，則系統的總流量Q4=Q1+Q2，此時最有利環路的動態流量平衡閥剛好到達其工作的起始壓差狀態點，該支路的阻抗值隨著系統總流量的增加而變大，然而最不利支路的動態流量平衡閥的流通面積為設計流量Q3對應開度下的最大值，阻抗值S保持恒定不變，壓差隨流量變大以二次冪的關系增大，直到最不利支路流量達到設計流量Q3，此時，系統總設計流量Q5=Q1+Q3。理想的平衡狀態是最不利支路的動態流量平衡閥剛好處于其工作壓差的起始點，而最有利支路的動態流量平衡閥處在其正常工作范圍內。狀態點A，D之間的壓差Δp就是兩個支路的阻力差，動態流量平衡閥就是依靠自動改變閥體的流通面積平衡這一部分阻力差來維持管網系統的平衡。

圖2　電動可調式動態流量平衡閥控制原理

2.2、兩個系統流量變化后能耗大小的比較分析

　　在全負荷運行的條件下電動可調式動態流量平衡閥控制系統中的末端支路壓差Δp1與末端用戶恒壓差控制系統中末端控制壓差Δp2(當流量發生變化后，電動可調式動態流量平衡閥控制系統中的末端支路壓差變為Δp'1，而末端用戶恒壓差控制系統中末端控制壓差恒定為Δp2)之間的關系以及運行過程中系統最不利環路阻力的變化與系統能耗有很大的關系。

　　1、當Δp1<Δp2時，在兩個系統的各末端用戶負荷變化相同的情況下，無論流量如何發生變化，Δp1始終小于Δp2，系統運行工況點如圖3所示，L1，L2，L3，L4分別為不同頻率下水泵的特性曲線，R1，R3分別為電動可調式動態流量平衡閥控制系統流量變化前后管網系統的控制曲線，R2為末端恒壓差系統的控制曲線。從圖3中可以看出，電動可調式動態流量平衡閥控制系統管網阻力較小，能耗較低。

圖3 電動可調式動態流量平衡閥控制系統末端支路壓差

　　小于末端恒壓差系統的控制壓差時的系統運行工況點

　　2、當Δp1=Δp2時，在兩個系統的末端用戶負荷變化相同的情況下，流量變化后各系統能耗情況為：

　　①電動可調式動態流量平衡閥控制系統中最不利支路的壓差Δp'1保持不變時，系統運行工況點如圖4a所示，L1，L3，L5，L6分別為不同頻率下水泵的特性曲線，R4，R5分別為電動可調式動態流量平衡閥控制系統流量變化前后管網系統的控制曲線，R2為末端恒壓差系統的控制曲線。從圖中可以看出兩個控制系統的管網阻力壓差和流量都相同，所以這兩個系統的能耗相同。

　　②當電動可調式動態流量平衡閥控制系統中最不利支路的壓差Δp'1變小時，系統運行工況點如圖4b所示，L1，L3分別為不同頻率下水泵的特性曲線，R6，R7分別為電動可調式動態流量平衡閥控制系統流量變化前后管網系統的控制曲線，R2為末端恒壓差系統的控制曲線。從圖中可以看出電動可調式動態流量平衡閥控制系統的管網阻力壓差較小，故電動可調式動態流量平衡閥控制系統能耗較低。

圖4　電動可調式動態流量平衡閥控制系統末端支路壓差

　　等于末端恒壓差系統的控制壓差時的系統運行工況點

　　3、當Δp1>Δp2時，在兩個系統各末端用戶負荷變化相同的情況下，流量變化后各系統的能耗情況為：

　　①流量變化后，電動可調式動態流量平衡閥控制系統中最不利支路的壓差Δp'1保持不變時，或者Δp'1減小，但仍然比Δp2大時，系統運行工況點如圖5a所示，L1，L3，L7，L8分別為不同頻率下水泵的特性曲線，R8，R9分別為電動可調式動態流量平衡閥控制系統流量變化前后管網系統的控制曲線，R2為末端恒壓差系統的控制曲線。從圖中可以看出末端恒壓差控制系統的管網阻力較小，故此時末端恒壓差控制系統能耗相對較低。

圖5 電動可調式動態流量平衡閥控制系統末端支路壓差