摘要：随着我国国民经济的高速发展，城市的建筑档次越来越高，人们对室内环境的要求也越来越高，暖通空调系统的应用就是体现之一。但由于能源的紧缺，保证暖通空调系统使用的节能是暖通专业关注的重要问题。其中水力失调的解决就是保证节能的重要措施之一。文章首先概述了相关内容，分析了产生水力失调的原因及解决方法，并提出了暖通空调水系统效率优化的策略，望对相关工作的开展有所裨益。
关键词：暖通空调；水系统；水力失调现象；解决方法
1、前言
无论在空调还是采暖工程中，由于条件的制约，不可能完全采用同程系统。而异程系统在实际应用中，为了保证系统最不利环路的资用压头，所有其他空调采暖设备末端的资用压头往往大于设计工况的需要值，特别是在规模大、建筑功能复杂的工程中，异程管线长，末端设备的阻力差异大及空调末端启停差异大的系统，在靠近冷热源位置的资用压头余量过大，往往出现流量分配偏离设计状态，导致水力失调。流量的偏差会产生冷热源近端的空调太凉或采暖太热的现象。这不但不能保证使用的功能，还造成了能源上的浪费。为此，我们必须解决系统的水力失调问题。
2、暖通空调中水力失调分类和解决途径
1）水力失调分为静态水力失调和动态水力失调两种。2）由于设计、施工、设备材料等原因导致的系统管道特性阻力数与设计要求管道特性阻力数比值不一致，从而使系统各用户的实际流量与设计流量不一致，引起系统的水力失调，叫做静态水力失调。该失调是稳态的、根本性的、是系统本身所固有的，是暖通空调水系统中水力失调的主要因素。通过在管道系统中加设静态水力平衡阀，在暖通空调水系统初调试时对系统管道特性阻力数比值进行调节，使其与设计要求管道特性阻力数比值一致，此时当系统总流量达到设计流量时，各末端设备流量均同时达到设计流量，从而消除了静态水力失调。因此通过静态水力平衡阀的使用可平衡各环路阻力，使各环路流量达到或接近设计流量，消除冷热不均现象；不需要因为照顾最不利环路而加大流量运行，从而不但达到设计要求，而且可节能，还可节省运行费。3）系统在实际运行过程中当某些用户阀门开度变化引起水流量改变时，系统的压力产生波动，其他用户的流量也随之发生改变，偏离系统设计流量，从而导致的水力失调，叫做动态水力失调。该失调是动态的、变化的，它不是系统本身固有的，是系统运行过程中产生的。通过在管道系统中增设动态水力平衡阀，当其他用户阀门开度发生变化时，通过动态水力平衡阀的作用，使自身的流量并不随之发生变化，末端设备流量不互相干扰。因此，选择合理的动态水力平衡阀，可以消除系统运行过程中的动态水力失调。所以解决了动态水力失调现象，就能节能，运行能稳定。
3、暖通空调水系统效率优化的策略
3.1变水量空调系统循环泵优化研究
通过分析冷冻水管路特性随空调负荷变化的特点，就可以得出计算空调冷冻水泵变频调速运行总能耗的一般关系式，还有的专家提出在DDC网络控制下，将传统二次泵系统改进为全变速一次/加压泵系统，取消一二次环路间的旁通管，使得节能效果更加明显。针对常规空调变流量一次/二次泵分布式冷水系统存在的小温差和低效率的问题及原因进行理论分析，提出改进设计方案即全变速一次/加压泵分布式冷水系统，并阐明改进后系统的技术可行性及其优点。二次泵主要用来克服管道的摩擦阻力，过滤网、用户侧控制阀及平衡阀形成的管网系统的阻力。
随着变频调速技术的发展，通过变频调节改变水泵的转速，改变了传统的模式，节能的效果大大的增加。循环水系统二次泵高效区可以通过限制流量范围。水泵调速运行时，不宜在额定转速以上运行。
3.2变水量空调系统冷水机组优化研究
冷水机组是建筑空调系统中耗能量最大的部分，因此，降低其能耗对于整体的节能来说是非常重要的。大型建筑一般采用多台冷水机组并联运行。通过切换机组运行台数，呈阶梯状的提供能量来满足不同的要求。近年来，学者对冷水机组负荷的最优配置问题进行了深入的研究，尤其是对模型求解算法上，但模型中并未包括机组的启停状态。实际情况是，现有建筑空调系统冷水机组多采用多台机组联合运行。这样机组能耗就与其负荷分配和机组的启停状态有关。优化各冷水机组负荷分配及启停状态，以此达到节能的目的应该成为我们关注的重点问题。评价冷水机组运行效率的一个有效的指标就是机组运行系统COP，COP值越大，机组运行效率越高，相应的就越节能。另外，对于单台冷水机组而言，其最大COP值出现在机组满负荷下，可以将制冷剂的COP值作为目标函数，使用拉格朗日法求解最优制冷机负荷，这种方法与传统方法相比能耗低且精确度高。不过随着计算机等相关技术的发展，研究人员开始使用遗传算法求解OCL问题，克服了拉格朗日法在低需求时系统可能不收敛的缺点。而这些并不是唯一的将COP值作为目标函数的方法，使用B&B方法求解最优制冷机启停次序问题。
3.3暖通空调系统“两低一高”现象的控制
在冷、热源设备的节能方面，对冷、热源设备进行优选及优化配置。所谓设备的优选和优化配置，是指相对于工程所在地区能源结构、系统负荷特性等具体条件下，最适合机组的选型和配置，设备选型及配置的优化主要依靠冷水机组或热泵机组的性能系统。在水系统输送节能方面，降低水系统输送能耗主要依靠优选水泵，提高水泵运行效率。
4、水力平衡阀在暖通空调水系统中水力平衡的应用举例
某工程建筑面积约为9万m2，框架剪力墙结构，地上8层，地下3层，由1号、2号、3号、4号楼组成；主要功能为办公、服务中心及招待所等；地下1号～4号楼连为一体，地上1号～4号为独立建筑，檐高32m。其中整个2号～4号楼采用一个采暖系统供暖，为水平并联双管式系统，采暖热源由2号楼地下3层热力站供应，各楼均从地下2层的采暖干管上引分支供应，散热器下进下出，水平管道敷设在下层吊顶内。由于2号～4号楼地面布局为“凹”形，长×宽=148m×80m，供暖区域为地下1层～8层，因此该系统较大、复杂且管路较长，实际上散热器离热源最近的为20m左右，最远的有360m左右，见图1。
.png)
综上可见，该系统最容易产生水力失调现象，但由于该采暖系统为定流量系统，因此只存在静态水力失调现象，为此只要在水管、各家分支回水管、垂直立管回水管和水平管回水管上设置静态平衡阀即可。经过供暖期的整体调试，主要是依据最远端到最近端的原则测量管道的流量，并与设计流量比较，有差异就调节平衡阀开度，使各管道达到设计流量，最后该系统供暖参数达到设计要求。
5、结语
通过对暖通空调水系统中水力失调问题的研究，我们可以发现，该项工作良好实践效果的取得，有赖于对其多项影响因素与关键环节的充分展开，有关人员应该从暖通空调应用的客观实际出发，研究制定最为符合实际的应对实施措施。
参考文献：
[1]张建利，朱焕茹.大温差变流量暖通空调水系统水力平衡调试技术[J].暖通空调.2017（01）：115-116.
[2]毕崇宁.暖通空调水系统效率优化策略研究[D].山东大学.2017（11）：60-62.
[3]于秀国.暖通空调水系统水力平衡阀应用与调节[J].黑龙江科技信息.2016（21）：88-89.
论文作者:刘振涛
论文发表刊物:《基层建设》2019年第32期
论文发表时间:2020/4/8
标签：水力论文; 系统论文; 流量论文; 暖通论文; 机组论文; 节能论文; 管道论文; 《基层建设》2019年第32期论文;