空调冷冻水系统变流量时压差变化的实测分析

褚方岭 龚延风 李世彦 欧阳军

南京工业大学城市建设与安全工程学院

空调冷冻水系统变流量时压差变化的实测分析

褚方岭 龚延风 李世彦 欧阳军

南京工业大学城市建设与安全工程学院

本文研究了实际运行时二次泵系统流量发生变化时，顶层最不利环路末端压差与顶层供回水管压差以及与整个供回水管压差的变化情况，结果表明：三处压差变化与系统流量变化均不存在一对一的关系，压差变化相同时，系统流量变化情况不同。实际检测结果说明了最不利环路末端定压差控制和供回水管压差控制都不能精确反映系统水流量的变化情况。

压差控制 末端压差 供回水管压差 流量变化

0 引言

随着建筑节能与绿色建筑的推进，空调水系统变流量运行作为空调系统节能的重要手段应用得越来越多[1]，在绿色建筑中几乎成为普遍要求。

在控制系统中，总是希望被控参数与被控量之间存在确定的函数关系或确定的规律[2]。温差变化是换热量的直接代表，如果把空调水系统作为一个整体看待，供回水总管温差的变化与建筑物供暖空调负荷的变化呈现线性关系，温差属于比较理想的被控参数，反映的是系统整体状态，可能存在水系统内部水力失调的现象[3]。正是顾虑到水力失调，工程中多采取了定压差控制，一般是控制最不利回路的压差为定值，希望保持最不利末端具有足够的流量，使得其余回路的流量均能够满足要求[4]。但是空调水系统中某部位压差的变化是由于管路的阻力系数变化引起的，与供暖空调负荷之间为间接关联，同时压差会受到管网各支路的相互干扰，加之管网属于非线性流体网络，压差的变化能否与供暖空调负荷的变化保持确定的关系？

本文通过实际测试验证压差变化与负荷是否存在确定关系，调节测试大楼21层的单个或几个末端，来验证系统负荷变化较小时各测试点压差变化；调节某几层的所有末端来验证系统负荷变化较大时各测试点的压差变化。结果表明：压差的变化与系统负荷变化不存在确定的对应关系，同一个压差变化值对应着多个负荷变化情况。

1 被测对象及测试方案

1.1 建筑概况

测试项目是一幢办公建筑，位于江苏省泰州市市区。大楼共21层，高度88.1m，大楼空调水系统为二级泵系统。各楼层水平水系统为异程，垂直水系统为同程，如图1。室内水系统采用典型的系统形式，具有较好的代表性。

图1 测试大楼系统图

室内末端主要采用风机盘管，风机盘管带有温控阀，运行时通过风机风量调节供暖空调负荷，水系统压力不发生变化；风机盘管开机停机时与温控阀联锁的水阀启闭，水系统压力发生变化。实验阶段以风机盘管的启停来代替系统负荷的变化。

1.2 测试方案

选取3个地点的压差进行测试，分别位于21层最远端的用户支路A点和21层的供回水总管B点，以及总供回水管C点，所有点的位置见图1，表1为各点压差测试仪表选用情况。当所有末端全部开启运行时，A点压差ΔP1为9.5kPa，B点压差ΔP2为45kPa，C点压差ΔP3为100kPa。

表1 压差测试仪表选用情况

为反映出水系统流量变化时某位置压差的变化情况，二次泵保持定频运行，频率为50Hz。通过启闭同一楼层内不同数量的风机盘管、启闭不同楼层的风机盘管来模拟供暖空调负荷的变化。

2 实验结果及其分析

2.1 第21层内负荷变化与压差变化

2.1.1 单一用户调节

表2为单一用户调节的各种工况。

表2 单一用户调节工况

从图2可见，关闭21层某一个房间的末端时，测试点A也就是21层最不利环路压差变化明显，调节房间1，A点压差变化值为2.5kPa，调节房间8，压差变化值为0.1kPa，由于测试的房间负荷相差不大，也就是说A点压差主要随着调节房间的远近发生变化。房间7的负荷大于房间6，所以曲线在工况6和工况7之间有个上升的过程。观察B点压差变化曲线，可以看出，在调节离测试点B最近的房间5的情况下，B点压差变化明显，变化值为1.2kPa。B点压差变化规律不明显，看不出与负荷或者距离存在着对应关系。观察C点压差变化，发现在调节单个末端时，C点压差变化不明显，压差表读数基本不发生变化。

图2 调节21层单个末端时各测试点压差变化

2.1.2 两个用户同时调节

表3为两个用户调节的各种工况。

表3 两个用户同时调节调节工况

从图3可见，关闭21层的某两个房间末端时，A、B点压差变化相对于关闭21层一个房间末端时变化明显，压差变化的数值明显增大。观察A点变化曲线，可以发现A点的压差变化值主要是随着调节末端位置的增大而减小的，最小值出现在关闭房间5、房间6的情况下，而不是在关闭房间7、房间8的情况下，这是因为房间5和房间6的负荷偏小。观察B点压差变化曲线可以发现，B点压差变化总体比A点压差变化平稳，压差变化值主要集中在1～2kPa之间。关闭房间2、房间7的末端，压差变化出现最小值0.3kPa，这是因为两个房间都距离测试点B较远，且房间的负荷较小。观察C点压差变化，发现在调节两个房间的末端时，C点压差变化不明显。

图3 调节21层某两个房间末端时各测试点压差变化

2.1.3 三个用户同时调节

表4为三个用户调节的各种工况。

表4 三个用户同时调节工况

从图4可见，关闭21层某三个房间末端的情况下，A点压差变化值较大，在工况5和工况6之间有明显的下降，这是因为工况5调节的主要是靠近测试点的几个末端，而工况6测试的几个房间都离测试点A较远。可以看出，在调节房间1、2、6；1、2、7；1、2、8时，A点压差变化平缓，此时A点压差的变化主要是受离A点近的几个末端影响。在调节最远端的几个末端时，压差变化明显小于调节靠近的几个末端时压差变化，但是压差变化的整体数值都在2kPa以上。观察B点压差变化曲线，B点压差变化趋势比较平缓，调节中间区域的某三个房间或者中间偏后的三个房间，B点压差变化集中在1.1～2.1kPa之间。关闭房间1、2、3和关闭房间1、2、7时，B点压差变化数值较大，主要是由于房间3和房间7的负荷较大。观察C点压差变化，发现在调节两个房间的末端时，C点压差变化仍然不明显。

图4 调节21层某三个房间末端时各测试点压差变化

比较图2~图4可见，最不利环路末端压差也就是A点压差与负荷的变化不存在对应关系。房间1和房间8，房间2和房间4具有相同的末端，关闭房间2和房间4，系统内部流量变化相同，但A、B点之间压差变化区别较大，同时可以看出A点压差变化随着调节位置离A点距离地增大而减小，压差的变化与负荷的变化不存在确定的关系。21层供回水管压差也就是B点压差与负荷变化也不存在确定的关系。B点压差在关闭某一个房间末端时变化幅度较大，关闭某两个房间或者三个房间末端时，压差变化相对平稳。但是也存在负荷变化相同时，压差变化差别较大的情况，说明此时B点压差与负荷不存在一一对应关系。

2.2 不同楼层负荷调节对测试点压差的影响

2.2.1 单一楼层调节

表5为单一楼层调节的各种工况。

表5 单一楼层调节工况

图5 调节某一层各测试点压差变化

从图5可见，A点压差变化和B点压差变化都随着楼层数的减小而减小，由于各楼层负荷基本相同，说明此时A、B点的压差不是与负荷存在着对应关系，而是跟调节楼层离测试点的距离有关。观察C点压差变化曲线，C点压差变化值较大，变化幅度平稳，一般在10kPa，说明此时C点的压差变化规律与系统的负荷变化规律比较接近。

2.2.2 某几层同时调节

表6为某几层调节的各种工况。

表6 某几层同时调节工况

从图6可见，调节某几层的末端时，A点压差变化值偏小，而B点及C点压差变化值明显，且随着调节层数的增加，B点及C点的压差变化值在增大。但由于实际影响测试点压差的因素比较多，找不出负荷与B点及C点压差之间的对应关系。

图6 调节某几层各测试点压差变化

图5、图6可见，在流量变化基本相同时，B点和C点压差变化幅度不大。说明在不同楼层负荷发生变化时，末端定压差效果不如供回水管定压差效果明显，因为此时最不利环路末端定压差不能反映出系统流量的变化。

2.3 压差变化值相差不大时负荷的变化情况

表7为压差变化值相差不大时用户调节工况。

表7 压差变化值相差不大时用户调节工况

从图7可见，测试点A在压差变化2～2.2kPa的情况下，负荷变化情况相差较大，关闭某一个房间的末端与关闭四层所有的末端，A点压差变化值相同，可以看出，A点压差变化与负荷不存在确定的关系。

图7 测试点A压差变化不大时负荷变化

3 结论

本次实验是为了观察最不利环路末端压差和供回水管压差在实际运行过程中的变化情况，通过此次实验，可以得出以下结论：

1）末端压差变化有较好的瞬时性，一般系统流量发生变化时，末端压差总会在比较短的时间内发生变化，一般在20～30s之间。

2）当流量发生变化的位置离压差控制位置较近时，压差变化比较明显，距离较远时，压差变化较小，压差变化与系统流量变化不存在线性关系。

3）在系统不同楼层的整体流量发生变化时，最不利环路末端压差的变化值没有21层流量发生变化时压差的变化值大，实际控制时应在不同位置安装压差表，以此来判断系统负荷发生变化的位置。水泵的频率应由负荷发生变化的位置和压差表的读数变化共同决定。

4）由于压差控制点用户的启停会对控制系统产生较大的影响，因此最好将末端压差控制点设置在房间负荷变化比较小或者基本不变的房间。

[1] 孙晋飞,郭健祥.电动可调节动态流量平衡阀和末端电动调节定压差阀结合的水力平衡与控制策略[J].暖通空调,2012,42 (5):78-80

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Measurement of Chilled Water Air Conditioning System with Variable Flow Pressure Changes

CHU Fang-ling,GONG Yan-feng,LI Shi-yan,OUYANG Jun
College of Urban Construction and Safety Engineering,Nanjing University of Technology

This paper studies the change of pressure difference between the most negative terminal loop and the return pipe and the return pipe pressure difference when the flow of secondary pump system changes in operation.The result shows that there is no one-to-one relationship for the change between pressure difference and the flow of the system and the return pipe pressure difference.When the change of pressure difference is the same,the change of the flow of the system is different.The test result shows that the constant pressure difference of the most negative terminal loop and the return pipe cannot accurately reflect the change of the flow of the system.

pressure control,pressure difference of extremity,return pipe pressure difference,flow changes

1003-0344（2015）04-055-4

2014-3-26

褚方岭（1988～），男，硕士研究生；南京市中山北路200号南京工业大学（210000）；E-mail:691952390@qq.com