廖　滟　常文成　牛利敏　蔡祖明（.中國建筑科學(xué)研究院建筑環(huán)境與節(jié)能研究院　北京　0003；.北京電力經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院　北京　00055）

?

中央空調(diào)冷凍水系統(tǒng)問題分析及研究現(xiàn)狀

廖滟1常文成1牛利敏1蔡祖明2
（1.中國建筑科學(xué)研究院建筑環(huán)境與節(jié)能研究院北京100013；2.北京電力經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院北京100055）

【摘要】系統(tǒng)的介紹了目前我國中央空調(diào)冷凍水系統(tǒng)存在的一系列問題，以及針對這些問題開展的冷凍水水力熱力特性研究現(xiàn)狀。這些研究說明造成這些問題的主要原因是水力調(diào)節(jié)問題。目前的理論水力調(diào)節(jié)方法過于復(fù)雜，造成工程中真正使用的項目很少，介紹了一種新的更加便捷的調(diào)節(jié)方法的可行性——空調(diào)冷凍水模擬和實測結(jié)合的調(diào)節(jié)方法。

【關(guān)鍵詞】空調(diào)冷凍水系統(tǒng)；調(diào)節(jié)；水力平衡；模擬

作者（通訊作者）簡介：廖滟（1986-），女，碩士，工程師，E-mail：liaoy@cabr-cecc.com

0　引言

圖1　某飯店各設(shè)備耗能比例Fig.1 Equipment energy consumption ratio of a hotel

由于經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，許多規(guī)模龐大的中央空調(diào)系統(tǒng)作為必要的設(shè)施配備在大型公共建筑中。查看我國各項調(diào)查研究的統(tǒng)計數(shù)據(jù)[1-3]，大型公共建筑所消耗的各類能源中的30～80%都是由空調(diào)消耗的。某典型飯店常見的機(jī)電系統(tǒng)的能耗比例見圖1，不難發(fā)現(xiàn)空調(diào)能耗占了全部機(jī)電系統(tǒng)43%的比例，可見空調(diào)能耗之巨大。其中，作為中央空調(diào)系統(tǒng)的主要耗能設(shè)備，制冷機(jī)房的能耗占到整個空調(diào)系統(tǒng)能耗的比例約40～70%[2,3]。

中央空調(diào)系統(tǒng)由制冷機(jī)房內(nèi)的制冷機(jī)組，水泵、冷卻塔等和空調(diào)機(jī)組、新風(fēng)機(jī)組、風(fēng)機(jī)盤管等多種規(guī)格的換熱設(shè)備。冷凍水系統(tǒng)是一個龐大的輸配系統(tǒng)，它用各類規(guī)格的水管將近端的制冷機(jī)組、水泵和遠(yuǎn)端的換熱設(shè)備，即風(fēng)機(jī)盤管、空調(diào)機(jī)組、新風(fēng)機(jī)組等連接起來。冷凍水系統(tǒng)的職責(zé)是將近端生產(chǎn)的制冷量按需分配到遠(yuǎn)端的每個區(qū)域。冷凍水系統(tǒng)運行是否正常不僅關(guān)系著近端的制冷機(jī)房，而且關(guān)系著遠(yuǎn)端建筑的室內(nèi)溫濕度。而系統(tǒng)是否水力失調(diào)則會影響整個空調(diào)的運行。

1　冷凍水系統(tǒng)的常見問題

當(dāng)末端每個用戶獲得的冷凍水流量與實際需求流量相同時，冷凍水系統(tǒng)即達(dá)到水力平衡。為達(dá)到水力平衡，設(shè)計師在設(shè)計管道時選擇不同的直徑?？墒?，目前的管道都是按規(guī)定的公稱直徑鑄造的標(biāo)準(zhǔn)管，不能隨意選擇直徑，因此，只用這一種方法來實現(xiàn)平衡是有限的。當(dāng)水系統(tǒng)沒有調(diào)節(jié)時就會發(fā)生以下這些現(xiàn)象：有利的末端（一般靠近制冷機(jī)房）的水量大于需求量，區(qū)域較冷；不利的末端（一般遠(yuǎn)離制冷機(jī)房）的水量小于需求量，區(qū)域較熱。為滿足不利末端的舒適度，只能增大水泵頻率或者加開水泵，使得原本就有利的末端通過的流量增加量加劇，并消耗了更多的水泵電量?？偟膩碚f，水力失調(diào)產(chǎn)生的后果有以下幾點。

1.1“大流量小溫差”現(xiàn)象

“大流量小溫差”是水力失調(diào)的一個典型并且直觀的現(xiàn)象。它主要表現(xiàn)在，流過系統(tǒng)或者設(shè)備的流量比設(shè)計或者需求的流量大造成供、回水溫差達(dá)不到設(shè)計要求的溫差。這類問題造成的最直接的能源浪費是冷凍水泵消耗的電量。從冷凍水總流量是否變化將“大流量小溫差”分為兩類。

一類是系統(tǒng)的總流量基本不變。有兩種末端控制系統(tǒng)是保持總流量基本不變的。一種是不調(diào)節(jié)進(jìn)入末端換熱盤管的冷凍水流量的系統(tǒng)；另一種是只能通斷控制末端換熱盤管的冷凍水流量的系統(tǒng)，這種系統(tǒng)一般是末端配備通斷控制閥門的風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)。

不調(diào)節(jié)進(jìn)入末端換熱盤管的冷凍水流量的系統(tǒng)多存在于早期的一些建筑中，目前并不多見。當(dāng)制冷站的設(shè)備和閥門控制不變時，分集水器的壓力不變，這類系統(tǒng)由于末端不調(diào)節(jié)，則水量不變化。此時回水溫度只和室內(nèi)冷負(fù)荷有關(guān)。由于設(shè)計流量是按最大負(fù)荷下計算的，一般室內(nèi)負(fù)荷都達(dá)不到設(shè)計的最大值，因此實際的水流量往往大于需求流量，回水溫度也高于設(shè)計值，不可避免的產(chǎn)生了“大流量小溫差”。

圖2所測的是只能通斷控制末端換熱盤管的冷凍水流量的系統(tǒng)，從測試結(jié)果可知，系統(tǒng)和上一種系統(tǒng)一樣，流量也無明顯變化。不同于上一種系統(tǒng)，這種系統(tǒng)連接末端盤管的閥門會隨著負(fù)荷的增大而開啟也會隨著負(fù)荷的減小而關(guān)閉。而從測試結(jié)果可看出，總流量卻沒有受到末端閥門的啟閉而有明顯變化。對此，朱偉峰[4]的研究解釋了此類現(xiàn)象產(chǎn)生的原因。雖然系統(tǒng)末端閥門啟閉有變化，但是制冷機(jī)房內(nèi)的設(shè)備啟停和管路閥門的控制策略并沒有改變，造成閥門開啟的盤管流經(jīng)的水流量高于需求量，緩沖了部門閥門關(guān)閉對系統(tǒng)總水量的影響。如室內(nèi)負(fù)荷達(dá)不到設(shè)計值，則出現(xiàn)“大流量小溫差”，系統(tǒng)絕大部分時間都處于這種運行工況。這類情況在國內(nèi)不是個例，要解決這類問題需要針對系統(tǒng)的實際運行情況改變制冷站的控制策略，并重新進(jìn)行水力平衡調(diào)試。

圖2　測試日一天內(nèi)的冷凍水流量變化Fig.2 Chilled water flow variation in one day

除了總流量基本不變的這類現(xiàn)象，“大流量小溫差”還有另一類現(xiàn)象，即末端閥門的調(diào)控引起了冷凍水的總流量的改變，但是供、回水溫差并沒有達(dá)到設(shè)計要求。圖3[5]是兩棟香港的建筑的冷凍水相對流量與相對冷量的關(guān)系。相對值是指測試結(jié)果和設(shè)計要求之間的比值。如測試結(jié)果與設(shè)計要求相等，則測試點將和對角線重合。如測試的流量大于設(shè)計值，實際供冷量小于設(shè)計冷量，則測試點位于對角線的下方。從圖中兩棟建筑可知，系統(tǒng)的流量大多數(shù)情況大于設(shè)計值，而實際供冷量小于設(shè)計值，說明供、回水溫差也小于設(shè)計值。通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)末端的閥門有隨著負(fù)荷變化而改變開度，但是制冷站的控制卻沒有改變，因此，造成了“大流量小溫差”。

圖3　冷凍水相對流量與相對冷量關(guān)系圖Fig.3 Relational diagram between relative flow andcooling capacity of Chilled water

不過，值得注意的是，并不能一味的追求大溫差，應(yīng)對溫差有所限制，文獻(xiàn)[6]的研究表明：空調(diào)冷凍水系統(tǒng)大溫差不宜超過9℃。

1.2水泵能耗高

一般的中央空調(diào)系統(tǒng)中，制冷機(jī)組雖然數(shù)量少但是額定功率卻是其他設(shè)備的十幾倍，因此是最耗能的設(shè)備；空調(diào)末端的單臺機(jī)組額定功率不大，但是數(shù)量最多，因此能耗的總和也非常大。水泵的額定功率遠(yuǎn)不如制冷機(jī)組，數(shù)量也遠(yuǎn)少于空調(diào)末端，可能耗和前兩類設(shè)備相比卻也不容小覷，占整個空調(diào)系統(tǒng)的能耗也很高。國內(nèi)外均對空調(diào)系統(tǒng)各部分的能耗比重進(jìn)行了研究。圖4（a）是學(xué)者Eppelheimer[7]在美國的一個典型制冷機(jī)房的監(jiān)測結(jié)果，從圖可知水泵能耗占了制冷機(jī)房總的能耗的30%，說明水泵能耗高在美國也是普遍現(xiàn)象。圖4 （b）為學(xué)者對北京某典型酒店的制冷機(jī)房的全年能耗監(jiān)測，該酒店的水泵能耗也占了制冷機(jī)房的28%。圖5是北京十一棟商業(yè)建筑的全年冷凍泵能耗與制冷機(jī)組的能耗的占比[9]。結(jié)果顯示，這些建筑的比值都在25%～55%。從國內(nèi)外的測試結(jié)果可知，水泵的能耗高是空調(diào)系統(tǒng)中的普遍現(xiàn)象。

目前國內(nèi)外常用“水輸送系數(shù)”來判斷空調(diào)系統(tǒng)中水泵的能耗高低，它是系統(tǒng)承載的冷量和水泵的耗電量之間的比值。水輸送系數(shù)越高，說明相同冷量下水泵的能耗越低。開式和閉式系統(tǒng)的判斷標(biāo)準(zhǔn)不同，開式約為20，閉式約為35。多個制冷機(jī)房的測試結(jié)果表明，大部分建筑都達(dá)不到此標(biāo)準(zhǔn)，冷凍泵的耗電量較高。冷凍泵的耗電量高的一個主要因素是系統(tǒng)的水力平衡失調(diào)，只能增大系統(tǒng)供冷量來滿足不利用戶的舒適度，使系統(tǒng)在“大流量小溫差”下運行?？芍芯坷鋬鏊到y(tǒng)的調(diào)節(jié)方法對節(jié)約空調(diào)能源有重要意義。

圖4　制冷機(jī)房設(shè)備通常的電耗比例Fig.4 Equipment energy consumption average ratio in chiller stations

圖5若干商業(yè)建筑冷凍泵與冷機(jī)的全年電耗之比Fig.5 Annual power consumption ratio between chilled pumps and chillers of some commercial buildings

1.3制冷機(jī)房設(shè)備選型過大及搭配問題

設(shè)備的選型過大是目前空調(diào)系統(tǒng)中常見的現(xiàn)象，這主要是由于設(shè)計時過多的擔(dān)心安全。設(shè)備選型過大往往增加了投資成本，并且造成制冷機(jī)長期在低負(fù)荷狀態(tài)下工作，設(shè)備和系統(tǒng)的COP偏低。因為無法準(zhǔn)確計算系統(tǒng)經(jīng)過水力平衡調(diào)節(jié)后增加的阻力，因此設(shè)計時選擇的水泵型號容易過大，特別是揚程容易偏大。如果在設(shè)計時能夠準(zhǔn)確計算水力調(diào)節(jié)后的冷凍水系統(tǒng)的壓降，則可以選擇更適合系統(tǒng)的冷凍水泵。

1.4系統(tǒng)水量分配不均

系統(tǒng)水量分配不均是水力失調(diào)的直觀現(xiàn)象，表現(xiàn)在同一個系統(tǒng)同一個工況下一些末端流量超過了需求量，而一些末端流量達(dá)不到需求量。造成這類現(xiàn)象的一個重要原因是在系統(tǒng)正式投入使用前，試運行時的水力調(diào)節(jié)比較粗糙，并沒有將末端調(diào)節(jié)到設(shè)計流量。系統(tǒng)在投入使用后，流量不夠的區(qū)域容易過熱。為了降低這些區(qū)域的溫度，只能通過降低制冷機(jī)組的供水設(shè)定溫度，而這一措施使得制冷機(jī)的COP下降，增加了整個空調(diào)系統(tǒng)的能耗。

2　冷凍水系統(tǒng)特性研究現(xiàn)狀

對冷凍水系統(tǒng)的研究主要分為三類：設(shè)備性能研究、系統(tǒng)設(shè)計研究和系統(tǒng)運行研究。

2.1設(shè)備性能研究

最初，學(xué)者主要研究的是制冷機(jī)房內(nèi)的相關(guān)設(shè)備和末端換熱設(shè)備的性能。例如，國內(nèi)的陸亞俊、殷平、潘云鋼和馬樹連、馬最良，國外的Hewett，Chuah Y K等對制冷機(jī)、水泵、空調(diào)機(jī)組、風(fēng)機(jī)盤管的設(shè)備性能進(jìn)行了深入的研究。這些研究對冷凍水系統(tǒng)、甚至整個中央空調(diào)系統(tǒng)的整體研究的基礎(chǔ)，具有重要的意義。

2.2系統(tǒng)設(shè)計研究

在設(shè)備性能研究的基礎(chǔ)上，隨著中央空調(diào)的技術(shù)發(fā)展，冷凍水系統(tǒng)的設(shè)計研究也逐漸引起了關(guān)注。

平衡閥的設(shè)置是最先引起關(guān)注的。在以往的設(shè)計中冷凍水系統(tǒng)為定流量系統(tǒng)，系統(tǒng)中經(jīng)常使用平衡閥來保證環(huán)路的平衡。但是隨著系統(tǒng)的發(fā)展，目前的冷凍水大部分都變成了變流量系統(tǒng)，因此平衡閥的使用也引起了業(yè)界的積極討論。最終達(dá)成共識的一點是對于末端采用兩通調(diào)節(jié)閥的變流量系統(tǒng)傾向于不再安裝平衡閥。

水泵的變頻技術(shù)的發(fā)展以及變頻器價格的降低帶動了另一種冷凍水系統(tǒng)的形式的產(chǎn)生－即分布式變頻泵系統(tǒng)。分布式變頻泵系統(tǒng)是在水系統(tǒng)末端用小的變頻泵代替閥門進(jìn)行調(diào)節(jié)，變頻泵代替了調(diào)節(jié)閥，通過調(diào)節(jié)頻率來實現(xiàn)系統(tǒng)的流量調(diào)節(jié)，減少了閥門消耗的壓降，減小了運行能耗。但是由于這類系統(tǒng)的設(shè)計較為復(fù)雜，目前還沒有得到大力推廣。

制冷機(jī)組可變流量運行也給冷凍水變流量系統(tǒng)的設(shè)計帶來了新的革新。以往的變流量系統(tǒng)都是通過二次泵系統(tǒng)來實現(xiàn)了，一次泵并不是實現(xiàn)變頻，這是為了保證制冷機(jī)組的冷凍水流量恒定。但是，當(dāng)制冷機(jī)組可以實現(xiàn)變流量后，則不需要使用兩級泵，只需要一級泵就能實現(xiàn)變流量。這也是目前冷凍水系統(tǒng)設(shè)計的一個趨勢。

2.3系統(tǒng)運行研究

當(dāng)冷凍水系統(tǒng)的形式變得多樣化后，對系統(tǒng)的實際運行研究也顯得尤為必要。因為，通過以往的測試，人們紛紛發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)的運行并不如設(shè)計的那么理想，并且許多運行問題造成了能源的巨大浪費，例如，“大流量小溫差”。

針對這類問題，冷凍水系統(tǒng)的綜合特性，即水力特性和熱力特性，引起了學(xué)者的廣泛關(guān)注，如朱偉峰[4]、張曉亮[8]、蔡宏武[5]等。

圖6　制冷機(jī)房模擬計算模型Fig.6 Simulation model of chiller station

朱偉峰主要研究了通斷控制的風(fēng)機(jī)盤管冷凍水水系統(tǒng)的運行，并結(jié)合了制冷機(jī)房的運行特性進(jìn)行分析，認(rèn)為這類系統(tǒng)雖然末端存在調(diào)節(jié)，但是制冷機(jī)房的運行策略不變造成了在整個運行過程當(dāng)中冷凍水的總流量基本不變。張曉亮則補充了另外兩種末端控制方式冷凍水系統(tǒng)特性，即采用回風(fēng)溫度控制水閥開度的定風(fēng)量系統(tǒng)和串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)及變風(fēng)量系統(tǒng)的水力及熱力特性。在研究這兩類系統(tǒng)時，他建立了冷凍水系統(tǒng)的熱力和水利模型，用來模擬系統(tǒng)的全年運行情況，見圖6。由于他的研究重點在于制冷機(jī)房內(nèi)的耗能設(shè)備的運行而不是具體每個末端設(shè)備的流量分布，因此，他的模型是“細(xì)致”的制冷機(jī)房設(shè)備模型和“簡化”的末端設(shè)備模型。簡化的末端設(shè)備模型作為一個整體主要用來給制冷機(jī)房模型提供邊界條件。這樣就可以通過模型分析制冷機(jī)房在全年不同的控制策略下的能耗。

前面兩位學(xué)者主要以系統(tǒng)節(jié)能為目標(biāo)研究制冷機(jī)房內(nèi)的設(shè)備的特性，因此對末端用戶側(cè)的流量分布進(jìn)行簡化。不過，末端用戶側(cè)的水力平衡不光會影響用戶的舒適度，也會影響整個系統(tǒng)的能耗。

因此，蔡宏武專門對末端設(shè)備的特性進(jìn)行了分析。他通過模擬分析結(jié)合大量的現(xiàn)場實測，以末端設(shè)備的角度分析了冷凍水系統(tǒng)產(chǎn)生“大流量小溫差”的原因，并將這些原因分為“天災(zāi)”和“人禍”?！疤鞛?zāi)”是指，在系統(tǒng)設(shè)計施工完成后，無法再改變的原因，即末端換熱器的阻力和管道的管徑及布置造成的；“人禍”是指，后期運行出現(xiàn)的一些原則上可以解決，但是實際運行中常常出現(xiàn)的問題，譬如盤管風(fēng)側(cè)的問題影響了水側(cè)的換熱、閥門沒有根據(jù)負(fù)荷及時調(diào)節(jié)等，這些運行問題加劇了這類現(xiàn)象的產(chǎn)生。

3　冷凍水系統(tǒng)的靜態(tài)調(diào)節(jié)方法

目前冷凍水系統(tǒng)的靜態(tài)調(diào)節(jié)方法主要有比例調(diào)節(jié)法、補償法、回水溫度調(diào)節(jié)法等，系統(tǒng)正式運行前一般使用比例調(diào)節(jié)法和補償調(diào)節(jié)法，正式運行具有一定負(fù)荷后使用回水溫度調(diào)節(jié)法。除此之外，筆者也在研究將模擬和實測結(jié)合進(jìn)行工程調(diào)節(jié)的簡便方法。

3.1比例調(diào)節(jié)法

比例調(diào)節(jié)法的調(diào)節(jié)原理是依據(jù)兩個用戶之間的流量比僅取決于上游用戶（按供水流動方向）之后管段的阻抗，而不受上游用戶和制冷機(jī)房之間的阻抗影響。這就說明，無論上游用戶還是制冷機(jī)房的控制如何改變，下游用戶之間的流量比都不變。那么，當(dāng)總流量在一定范圍內(nèi)變化時，各支路之間的流量比保持不用。調(diào)節(jié)前需要先測試各調(diào)節(jié)支路的流量，計算各支路的水力失調(diào)度，并按從大到小進(jìn)行排序，此排序即為調(diào)節(jié)時的順序。首先保持排序最小的支路的閥門不變，按調(diào)節(jié)順序依次將別的支路的流量比調(diào)節(jié)到該支路的流量比的95%，支路調(diào)節(jié)完后再調(diào)節(jié)這些支路所在的干管的閥門使即可。

比例調(diào)節(jié)閥需要兩組人使用流量計和步話機(jī)來同步完成，如果有耦合性較強的支路時，還需要反復(fù)調(diào)節(jié)。當(dāng)系統(tǒng)沒有安裝平衡閥或者調(diào)節(jié)前總流量達(dá)不到設(shè)計流量時，這種方法則不適用。

3.2補償調(diào)節(jié)法

補償調(diào)節(jié)法同比例調(diào)節(jié)法，也是根據(jù)一致性等比失調(diào)原理，上游用戶的調(diào)節(jié)造成下游用戶之間發(fā)生一致性等比失調(diào)。首先選擇任意待調(diào)的支線。確定待調(diào)支線的末端用戶平衡閥在設(shè)計流量下的壓降，即基準(zhǔn)閥壓降值。根據(jù)平衡閥樣本計算閥門開度。然后使用平衡閥調(diào)節(jié)儀表將調(diào)節(jié)支線的分支平衡閥（即合作閥）使得基準(zhǔn)閥的壓降達(dá)到計算值，然后調(diào)節(jié)該支線的其他用戶，該支線調(diào)節(jié)完畢后使用相同方法調(diào)節(jié)其他支線。支線之間的調(diào)節(jié)方法也和支線內(nèi)的調(diào)節(jié)方法相同。這種通過合作閥再調(diào)節(jié)來保持基準(zhǔn)用戶水力失調(diào)度一直維持在某一數(shù)值的調(diào)節(jié)方法稱為補償法。

這種調(diào)節(jié)方法也要求系統(tǒng)各調(diào)節(jié)管路安裝平衡閥，并要有多組人同時進(jìn)行測試。

3.3回水溫度調(diào)節(jié)法

當(dāng)管網(wǎng)的末端用戶沒有安裝平衡閥；或當(dāng)入口安裝有普通調(diào)節(jié)閥但沒有調(diào)節(jié)閥兩端的壓力表；或管網(wǎng)入口有普通閥門時，可以采用回水溫度調(diào)節(jié)法來進(jìn)行調(diào)節(jié)。它的調(diào)節(jié)原理是，當(dāng)建筑達(dá)到設(shè)計負(fù)荷時，當(dāng)實際流量大于設(shè)計流量時，供回水溫差減小，回水溫度低于設(shè)計值；當(dāng)實際流量小于設(shè)計流量時，供回水溫差增大，回水溫度高于設(shè)計值。因此，只需要將各用戶的回水溫度調(diào)節(jié)到相等，就可以達(dá)到調(diào)節(jié)目的。由于系統(tǒng)運行時不一定與設(shè)計工況相同，因此實際調(diào)節(jié)時的回水溫度還需要針對不同的工況來確定。

這種調(diào)節(jié)方法不光與冷凍水系統(tǒng)的水力特性有關(guān)，還和熱力特性有關(guān)，由于每調(diào)節(jié)一個閥門都需要等末端換熱完全后才能進(jìn)行下一步，因此花費的時間非常長。

3.4模擬和實測結(jié)合的調(diào)節(jié)方法

由于以上三種理論調(diào)節(jié)方法需要大量的人力、儀器和時間來完成，非常繁瑣，在實際的空調(diào)冷凍水調(diào)節(jié)時很少有人使用。目前，現(xiàn)場調(diào)節(jié)的工作人員都是通過以往的項目經(jīng)驗調(diào)節(jié)水系統(tǒng)，并且只調(diào)節(jié)分集水器的各個供回水干路，將干路的水量調(diào)節(jié)到干路的所有末端的設(shè)計流量之和。這種調(diào)節(jié)方法在系統(tǒng)耦合性不強時，可以通過簡單的幾次調(diào)節(jié)粗略的達(dá)到設(shè)計水量，但是在耦合性較強的情況下，想要通過一兩次的調(diào)節(jié)很難調(diào)到設(shè)計水量，如果不知道系統(tǒng)的耦合特性的話甚至反復(fù)調(diào)節(jié)也無法將某些管路調(diào)節(jié)出來，特別是冷凍水系統(tǒng)的干管調(diào)節(jié)。由于干管的流量較大，距離又較近，因此耦合性都很強，粗略的調(diào)節(jié)很難實現(xiàn)各個干管的水力平衡，干管達(dá)不到水力平衡，則相對應(yīng)的支管也無法平衡。

為簡化調(diào)節(jié)方法，筆者嘗試研究一種新的更加便捷的靜態(tài)調(diào)節(jié)方法－使用空調(diào)冷凍水模擬和實測結(jié)合的調(diào)節(jié)方法[10]?；诹黧w力學(xué)基本方程，建立冷凍水系統(tǒng)的水力模型并模擬計算系統(tǒng)的各項水力參數(shù)，根據(jù)計算結(jié)果指導(dǎo)冷凍水系統(tǒng)的靜態(tài)調(diào)節(jié)。這種調(diào)節(jié)方法在調(diào)節(jié)前就先計算出需要調(diào)節(jié)的流量，在進(jìn)行調(diào)節(jié)時按計算流量調(diào)節(jié)即可，不需要反復(fù)調(diào)節(jié)相比起原有的工程調(diào)節(jié)方法具有簡便和精確的優(yōu)點。主要方法如下：

（1）建立冷凍水系統(tǒng)水力分布模型。根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)備、管網(wǎng)和閥門等阻力部件參數(shù)在水力仿真軟件HACNet平臺建立需要調(diào)節(jié)的空調(diào)冷凍水系統(tǒng)模型。通過現(xiàn)場實測獲得各項參數(shù)，使得建立的模型符合系統(tǒng)實際運行情況。然后通過模擬計算得知系統(tǒng)調(diào)節(jié)前的水量分布及壓力分布。

（2）通過模擬計算分析和流體力學(xué)基本方程，計算出各調(diào)節(jié)支路在目前的工況下為達(dá)到設(shè)計流量需要改變的阻力特性系數(shù)，然后使用模型驗證當(dāng)調(diào)節(jié)支路按照計算結(jié)果改變阻力特性系數(shù)后，各支路的流量是否達(dá)到設(shè)計流量。通過筆者的研究證明了此結(jié)果正確。

（3）使用模擬結(jié)果指導(dǎo)系統(tǒng)的水力調(diào)節(jié)，有兩種方法，適用于不同情況。第一種方法是直接調(diào)閥法，這種方法要求閥門調(diào)節(jié)精度高，并且有閥門的調(diào)節(jié)性能參數(shù)，這樣就可以根據(jù)模型計算出的每個調(diào)節(jié)支路需要增加的阻力特性系數(shù)計算出每個調(diào)節(jié)閥門的開度，在調(diào)節(jié)時無需測量流量和壓力，只需要將每個閥門調(diào)節(jié)到計算出的開度即可，這種調(diào)節(jié)方法在安裝高精度閥門，特別是平衡閥時操作簡單。當(dāng)沒有安裝這類閥門時，可以使用第二種方法。第二種方法是監(jiān)測流量調(diào)閥法，這種方法不需要知道閥門的調(diào)節(jié)性能參數(shù)，而是通過監(jiān)測流量的方法來調(diào)節(jié)閥門。具體步驟是在模型上模擬計算每根管路的阻力特性系數(shù)變化后這根管路的流量，注意，這個流量并不是設(shè)計流量，而是只調(diào)節(jié)這根管路而別的管路不調(diào)節(jié)或已調(diào)節(jié)完時的過渡流量。例如，有A、B、C三根管路要調(diào)節(jié)，首先模擬調(diào)節(jié)A而B、C不調(diào)節(jié)時A的流量，A調(diào)節(jié)完后，模擬調(diào)節(jié)B而C不調(diào)節(jié)時的流量，最后A、B調(diào)節(jié)完后調(diào)節(jié)C的流量。實際調(diào)節(jié)時也按此順序，一邊監(jiān)測所調(diào)管路的流量一邊調(diào)節(jié)閥門即可。這種方法相比起以往的調(diào)節(jié)方法只需要監(jiān)測一根管路即可，簡單快捷。

4　冷凍水系統(tǒng)的動態(tài)調(diào)節(jié)方法

動態(tài)平衡調(diào)節(jié)是以靜態(tài)平衡為前提的。動態(tài)水力平衡即在系統(tǒng)運行過程中，各個末端設(shè)備的流量均能達(dá)到隨瞬時負(fù)荷改變的瞬時要求流量；而且各個末端設(shè)備的流量只隨設(shè)備負(fù)荷的變化而變化，而不受系統(tǒng)壓力波動的影響。動態(tài)水力平衡調(diào)節(jié)主要使用動態(tài)平衡閥進(jìn)行調(diào)節(jié)。動態(tài)平衡閥主要有自動流量平衡閥、自動流量平衡閥、自力式壓差平衡閥和多功能平衡閥。平衡閥在使用前必須進(jìn)行設(shè)定，才能在系統(tǒng)運行時滿足使用要求。

5　結(jié)論

本文主要介紹了目前冷凍水系統(tǒng)運行存在的問題、冷凍水系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀以及冷凍水系統(tǒng)的水力調(diào)節(jié)。筆者認(rèn)為水力失調(diào)是冷凍水系統(tǒng)存在問題的一個重要原因，因此水力平衡調(diào)節(jié)非常重要。為解決目前水力平衡調(diào)節(jié)繁瑣復(fù)雜的問題，筆者提出了一種新的模擬和實測結(jié)合的空調(diào)冷凍水調(diào)節(jié)方法的可行性。這種調(diào)節(jié)方法結(jié)合數(shù)值模擬計算和實際工程應(yīng)用，可將空調(diào)冷凍水系統(tǒng)末端調(diào)節(jié)到需要的水流量，相比起原有的工程調(diào)節(jié)方法具有簡便和精確的優(yōu)點。

參考文獻(xiàn)：

[1]江億,薛志峰.北京市建筑用能現(xiàn)狀與節(jié)能途徑分析[J].暖通空調(diào),2004,34(10):13-16.

[2]龍惟定.上海的建筑節(jié)能與空調(diào)冷熱源[J].暖通空調(diào),1996,(4):23-28.

[3]王遠(yuǎn),魏慶芃,薛志峰,江億.大型公共建筑能耗調(diào)查分析[J].建設(shè)科技,2007,(2):17-19.

[4]朱偉峰.空調(diào)冷凍水系統(tǒng)特性研究[D].北京:清華大學(xué)建筑學(xué)院,2002.

[5]蔡宏武.實際空調(diào)水系統(tǒng)整體特性研究[D].北京:清華大學(xué),2009.

[6]王懋琪,汪璽.蒲雋/空調(diào)冷水大溫差系統(tǒng)設(shè)計方法研究[J].制冷與空調(diào),2014,(3):321-326.

[7] Eppelheimer D M. Variable flowthe quest for system energy efficiency[J]. ASHRAE Transactions, 1996, 102(1):673-678.

[8]張曉亮.空調(diào)制冷機(jī)房及冷凍水系統(tǒng)模擬計算方法的研究[D].北京:清華大學(xué),2009.

[9]朱偉峰,王福林,燕達(dá),等.北京寶辰飯店空調(diào)系統(tǒng)能耗分析報告[R].北京:清華大學(xué)建筑技術(shù)科學(xué)系,2000.

[10]廖滟.中央空調(diào)冷凍水系統(tǒng)的調(diào)節(jié)方法研究[D].北京:清華大學(xué),2011.

Analysis and Review of Research on the Issue of Chilled Water System of Central Air Conditioning

Liao Yan1Chang Wencheng1Niu Limin1Cai Zuming2
( 1.Institute of Building Environment and Energy Efficiency, China Academy of Building Research, Beijing, 100013;
2.Beijing Electric Power Economic Research Institute, Beijing, 100055 )

【Abstract】This paper describes a series of issue of Chilled Water System of Central Air Conditioning in China, and research outcome of chilled water system hydraulic and thermodynamic characteristics on these issue. These research explain that hydraulic regulation problem is the main reason. Theoretical hydraulic regulation method is so complicated that few projects use at present. This paper introduces a new regulate method -- combine simulation and measurement --which is more convenient.

【Keywords】Chilled water system; Regulation; Hydraulic balance; Simulation

中圖分類號TU831.3+1

文獻(xiàn)標(biāo)識碼A

文章編號：1671-6612（2016）01-036-06

基金項目：中國建筑科學(xué)研究院青年科研基金課題（編號：20130109331030062）

收稿日期：2015-01-27