冷凍水系統(tǒng)水力失調(diào)問題探討

呂曉鵬

【摘 要】由于設(shè)計或施工的缺失，在水力管網(wǎng)系統(tǒng)中，經(jīng)常會產(chǎn)生水力失調(diào)現(xiàn)象，即當(dāng)某些環(huán)路存在剩余壓頭時，這些環(huán)路的實際流量就將超過設(shè)計流量，致使其它環(huán)路的實際流量達(dá)不到設(shè)計流量。這種水力失調(diào)是管網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行中，特別供冷面積較大或管路較長時常遇到的問題。如不采取有效改善措施，將帶來大量的能源浪費，并使供冷品質(zhì)低下。本文結(jié)合某公司冷凍水系統(tǒng)運(yùn)行狀況，說明采用平衡閥對水力失調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行改造，將產(chǎn)生的節(jié)能效益。

【關(guān)鍵詞】水力失調(diào)；平衡閥；實例分析；節(jié)能效益；投資回收期

1.某公司冷凍水管網(wǎng)的概況

某公司的中央空調(diào)系統(tǒng)中，冷水機(jī)組共計6臺，規(guī)劃至冷水機(jī)房，累計制冷量為4700RT，冷凍水通過集水頭經(jīng)送水泵浦分別輸送至LCM1、2、3廠，然后再送至末端設(shè)備空調(diào)箱。對于一個按照設(shè)計要求理想運(yùn)行空調(diào)系統(tǒng)，每臺空調(diào)能夠獲得設(shè)計水流量，滿足室內(nèi)溫度的舒適性和系統(tǒng)運(yùn)行的節(jié)能性要求。這樣的系統(tǒng)就是實現(xiàn)了水力平衡的系統(tǒng)，否則，就是水力不平衡或稱水力失調(diào)的系統(tǒng)。

1.1水力失調(diào)系統(tǒng)水泵運(yùn)行的特征

主要特征是“大流量，低揚(yáng)程”，根據(jù)水泵的特性曲線特性，水泵在大流量，低揚(yáng)程的運(yùn)行工況下，水泵效率下降，消耗功率增大，不但造成能源的浪費，而且使供冷品質(zhì)下降。

1.2水力失調(diào)產(chǎn)生的原因

在空調(diào)冷凍水系統(tǒng)設(shè)計中，水泵的揚(yáng)程是按照系統(tǒng)最不利環(huán)路獲得所需流量來選定的，而距水泵較近的環(huán)路必然具有超大的壓頭。若不采取措施彌補(bǔ)這一差異，則有利環(huán)路的流量將大大高于設(shè)計流量值，造成水泵流量偏大、揚(yáng)程降低。不利環(huán)路壓頭仍然不足，得不到所需流量。系統(tǒng)水量分配處于不平衡狀態(tài)，能耗浪費、設(shè)備效率低。

1.3冷凍水系統(tǒng)水力失調(diào)分析

某公司冷凍水系統(tǒng)在設(shè)計時沒有考慮在集中空調(diào)水系統(tǒng)中設(shè)置水力平衡設(shè)備，因此普遍存在水力失調(diào)現(xiàn)象，隨著公司的發(fā)展，集中空調(diào)面積越來越大，目前的中央空調(diào)供冷面積已達(dá)到12萬平米，其中最遠(yuǎn)端LCM3廠距冷水機(jī)房為500m，最近端LCM2廠距冰水機(jī)房僅為60m，因各廠沒有安裝流量計，我們無法通過流量來判定各廠的流量分配狀況，但我們可以通過各廠冰水供回水溫差、理論計算公式以及泵浦進(jìn)出口壓力、電流、功率及水泵的特性曲線等綜合分析來判定某公司的冷凍水水供水系統(tǒng)存在的水利失調(diào)現(xiàn)象。

（1）以2011年7～10月各廠的MAU空調(diào)運(yùn)行報表分析，三個廠冷凍水進(jìn)出水溫差ΔT分別為：

LCM1廠為4℃、LCM2廠為2℃、LCM3廠為10℃，而設(shè)計進(jìn)出水溫差為5℃。根據(jù)冷凍水量公式Q=4.187VΔT（其中Q-冷負(fù)荷KW；V-冷凍水量l/s；ΔT-冷凍水進(jìn)出口溫差℃）?？梢钥闯觯寒?dāng)冷負(fù)荷一定，溫差ΔT增大，水量減少，設(shè)計溫差為5℃而LCM3廠溫差為10℃；LCM2廠溫差為2℃；LCM1廠溫差為4℃。經(jīng)計算LCM3廠流量僅是設(shè)計值的一半； LCM2廠流量是設(shè)計值的2.5倍；LCM1廠是設(shè)計值1.25倍。以上分析說明某公司冷凍水系統(tǒng)存在非常嚴(yán)重的水力失調(diào)現(xiàn)象。

（2）某公司冷凍水供水泵及冷凍水主機(jī)流量一覽表：

（3）現(xiàn)以1#冷凍水主機(jī)100%負(fù)荷運(yùn)行測量各送水泵運(yùn)行參數(shù)。

從上表可以看出：運(yùn)行1#冰水機(jī)，其流量為3060PLM，須配置1#～3#泵其中一臺即可，下面是對供水泵的測試記錄：

以上說明：若運(yùn)行2#泵供回水無壓差，為加大送水泵的進(jìn)出口壓差（即增大水泵揚(yáng)程），使冷凍水能夠送至最不利環(huán)路LCM3廠，必須增大泵浦或增加泵浦臺數(shù)，這樣會多消耗許多電能。如運(yùn)行1#冰水機(jī)，實際與其匹配為6#水泵，按45HZ運(yùn)行，系統(tǒng)揚(yáng)程為到5m，此時比2#送水泵單獨運(yùn)行每小時多消耗28度電，多耗電比例為71.8%，而且水利失調(diào)現(xiàn)象仍沒有根本消除。

（4）對整個冷凍水系統(tǒng)全年耗能分析。

因冷凍水系統(tǒng)的水利失調(diào)導(dǎo)致每年多耗電量為475296KWH，每KWH按0.552元計，每年至少造成RMB26.2萬元的能源浪費，同時水泵在大流量，低揚(yáng)程工況下長期運(yùn)行容易形成氣蝕現(xiàn)象，會縮短設(shè)備的使用壽命。綜上分析，因冷凍水系統(tǒng)存在嚴(yán)重的水力失調(diào)現(xiàn)象導(dǎo)致：（1）供水泵與冷凍水主機(jī)搭配不合理；（2）水泵始終在“低揚(yáng)程，大流量“的狀況下運(yùn)行，造成能源的浪費；（3）影響現(xiàn)場的供冷品質(zhì)；（4）容易形成氣蝕現(xiàn)象，會縮短水泵的使用壽命。

2.系統(tǒng)改善方案

冷凍水系統(tǒng)的水利失調(diào)現(xiàn)象是因設(shè)計及施工導(dǎo)致的先天性的、根本性的缺失，如不采取措施進(jìn)行改善，將造成能源的浪費及影響水泵的壽命。目前解決水力失調(diào)現(xiàn)象最有效的辦法是加裝平衡閥。平衡閥的作用是針對系統(tǒng)阻力，能將新的水量按設(shè)計比例平衡分配，各支路的流量一同增減，仍然滿足當(dāng)前氣候條件下的流量需要。在局部用戶關(guān)閉的情況下，系統(tǒng)可自動對多余流量均勻分配，達(dá)到平衡的目的，在一次調(diào)節(jié)完成后，除非管網(wǎng)有變化，使用中不需再次調(diào)節(jié)。改善措施如下：

（1）分別在LCM1、LCM2、LCM3冷凍水管路進(jìn)口處安裝平衡閥。

（2）在各廠的分支管路上安裝平衡閥。

（3）進(jìn)行全面系統(tǒng)的水力平衡調(diào)試，使安裝了平衡閥的各個環(huán)路的流量基本都能達(dá)到設(shè)計流量。

（4）本次討論的是針對目前三個廠的流量平衡，后續(xù)若建新廠或增加新的環(huán)路，安裝平衡閥后再對整個系統(tǒng)重新調(diào)節(jié)。

（5）改善所需資金RMB226，200元。

（6）投資回收期為：226200÷262000≈0.9（年）。

3.結(jié)語

由于目前該公司各項費用都在節(jié)省，空調(diào)冷卻水系統(tǒng)的水力失調(diào)現(xiàn)場短期內(nèi)無法改善。待后續(xù)公司經(jīng)營狀況改善后，適時投入資金進(jìn)行改造，在應(yīng)該安裝平衡閥的部位全部安裝平衡閥，就能夠徹底改變系統(tǒng)的水力失調(diào)現(xiàn)象，提高節(jié)能效益。 [科]

【參考文獻(xiàn)】

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