区域供冷供热系统水力平衡节能潜力及其调节方法

随着经济的快速发展，大型集中性区域写字楼群不断涌现，而其中的空调系统的合理节能运行越来越受到关注，以区域供冷供热系统为主。区域供冷供热系统，是对某一特定区域内的建筑物群，由专门的能源中心集中制备冷水或热水，通过区域管网向区域建筑单体供冷供热。相比于传统的分散式空调系统，区域供冷供热系统由于其大型化、集中化，使得其机房系统及管网系统相对复杂。因此，区域供冷供热系统的调试运行相对时间长、过程复杂。以经济运行为前提，为了确保区域供冷供热系统的运行不偏离原始设计工况、满足用户需求，对区域供冷供热系统进行水力平衡调节是必要的。

1 水力平衡的节能潜力
在区域供冷供热系统中，由于系统水力失调，各个用户末端的供回水压差不同，这就有可能使得循环阻力小、近端的用户得到充足甚至超过设计需要的流量，其空调降温速度快、效果非常好，但供回水温差小；而循环阻力大、远端的用户得到的流量达不到设计要求，甚至可能没有流量，其空调降温速度慢且效果差。为了更好地弥补空调效果差的单元，只有加大主机负荷和水泵频率，这就大大增加了主机和水泵的能量消耗[1]，因此空调系统水力失调是造成供能浪费的主要原因之一。

以武汉光谷某大型写字楼片区为实例说明水力平衡节能潜力。该片区包含F 1 ?F 6 号楼、C座、D 座及裙楼，采用区域供冷供热系统；其中F 1 ，F 2 , F 4 和F 6 号楼、C 座及D 座有客户人住（F 1 和F 2 号楼人住率已在9 5 % 以上），F 3 号楼和F 5 号楼暂无客户人住，无须供冷供热。每位客户装有一块独立的能量表，通过机房自控系统可以随时监控各楼栋及各用户的负荷状况。表1 和表2 分别为制冷季F 2 号楼和整个片区某一时刻各单元的瞬时流量、供回水温差和瞬时功率等。

根据G B 5 0 7 3 6— 2 0 1 2 《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》，末端风盘设计进/ 出水温度在夏季为7 °C / 1 2 °C , 冬季为60 °C / 5 0 °C ，可以得知F 2 栋各单元的供回水温差都偏离了设计值（夏季5 °C ) , 以其瞬时功率计算出各单元在设计值温差下的流量，都不等于设计流量值。其中F 2 栋末端用户在水力平衡状态下要比水力失调情况下节约1 7 . 2 % ( 4 6 . 81 t / h ) 的系统循环水量；而对整个系统，在水力平衡的状态下则可以节约31. 2 4 %( 3 6 0 . 9 3 t / h ) 的系统水循环量。系统冷冻水循环水量的减少，不仅节约了水费，更主要的是降低了水泵的频率，大大节省了水泵的电功率。水泵流量（Q ) 、扬程（H ) 和功率（P )

以整个片区为例，对水力失调和水力平衡时水泵运转情况进行对比，见表3 。当系统水力平衡时，系统循环水量减少，相比于水力失调，水泵频率降低了 31. 2 4 % ，扬程降低了 52. 7 2 % ，功率降低了 68. 7 6 % ; 水泵功率的降低也大大降低了加载到电机上的电压，大幅节省了电量，因此水力平衡有着很大的节能潜力。

2 水力平衡调试
一般情况下，在相对较大的区域供冷供热系统投入使用之前或使用过程中若出现冷热不均现象，都会对系统进行水力平衡的调节。在国内，对大型区域供冷供热项目进行水力平衡调试的理论研究很少，区域供冷供热水力平衡调节尚无切实可行的方案或实例，这主要是由区域供冷供热系统的特性所决定的。
现在普遍采用“比例调节法这一理论调节方法。其核心是通过调节阀门开度使得每层各用户、各楼层及各栋楼的流量都达到设计值。而在实际调节过程中，各用户、各楼层、各楼栋的负荷不同，通过流量判断不直观，所以一般是用供回水温差值是否达到设计值判断水力是否平衡。

2. 1 水力平衡调试步骤
1 ) 选择调试支线（整栋）
① 全开各栋楼所有阀门及其干管上的阀门；
② 观察各栋楼各层进出水温差，对小流量大温差的楼层进行过滤器清洗；
③ 选择供回水温差小的支线为调试支线，按照支线供回水温差的大小顺序确定调节顺序。
2 ) 支线内调节
① 全开所有楼层中总分支管上的阀门，选择温差最接近设计值的用户层为参考层；
② 除参考层外，将供回水温差小于设计值的楼层按温差从小到大排列，缓慢调节温差最小楼层的阀门，并且每调节一次要维持15 m i n , 直到调节层温差接近参考层温差，第一轮调试结束；
③ 各楼层水力平衡第一轮调试完成后，因调试时相互之间存在干扰，可能会出现新的不平衡状态，需要根据上述步骤重新选取参考层和调节层，按照上述方法进行调节，直至各楼层的温差均接近设计值为止。
3 ) 支线间调节
① 全开所有楼栋中人口装置的阀门，选择楼栋人口和出口温差最接近设计值的楼栋为参考楼栋；
② 除参考楼栋外，将供回水温差小于设计值的楼栋按温差从小到大排列，缓慢调节该楼栋人口处的自力式压差控制阀，并且每调节一次要维持15 m i n ，直到调节楼栋温差接近参考楼栋温差，第一轮调试结束；
③ 各栋楼水力平衡第一轮调试完成后，因调试时相互之间存在干扰，可能会出现新的不平衡状态，需要根据上述步骤重新选取参考楼栋和调楼栋，按照上述方法进行调节，直至各楼栋的温差均接近设计值为止。
4 ) 能源站站内调节
上述各部位水力平衡调试结束后，整个区域供冷供热系统在满足用户的需求下，其出站供水温度和温差可能未达到设计值，需要调节站内水泵电机的频率以适应要求。

2 . 2 水力平衡调试举例

仅以F 1 号楼调试为例简单说明冬季调试过程: F 1 号楼有1 8 层，其中3 F ?1()F 为一家客户(客户要求不安装流量表，每月用量按F 1 号楼总用量减去其余楼层用量计算），14F ，15F 和17F 客户要求停用。现在安装能量表且在使用的客户为1F ,2 F , 1 1F , 1 2 F ，13F , 1 6 和18F ，监测的能量表共7 块。
1 ) 全开调节楼层人户供回水管总阀门，且确保总阀门不堵塞，保证整个系统在阻力最小的情况下进行调节。开机后，待客户使用热量都稳定下来：这个步骤可以通过定时刷新机房自控系统中“能量耗费计量系统”的界面进行观察。待上述的7 层楼流量和供回水温差基本稳定，记下此时各个楼层的供/ 回水温度及温差，如表4 所示。

2 ) 第一轮调试
①冬季的设计温差为1 ( ) °C , 对温差大于设计温差的楼层进行检查，再次确认其入户总阀门全开及不存在堵塞的情况。
② 由表4 供回水温差可知：1 2 F 温差大于设计温差，由温差与流量的关系可知，其实际流量小于设计流量，那么此轮调试不能调节该层阀门。1 3 F 温差（8. 4 °C ) 是最接近设计温度（10°C ) 的，因此选择1 3 F 为参考层，保证其阀门全开；其余楼层阀门的调节顺序依次为1 1 F ，1 8 F ，2 F , 1 F 和 1 6 F 。
③ 依次缓慢调节11F ，1 8 F ，2 F ，1F 和16F 供水管道总阀门，观察相应楼层能量表上的温差变化，使其缓慢地接近参考层楼层的温差8 . 4 °C ( 尽量接近）。之后等待整个系统稳定，第一轮调试完毕，见表5 。

3 ) 第二轮调试
① 选取1 1 F 为参考层。如果楼层温差相对于参考层温差偏差超过± 15 % , 则将超过± 1 5 %的楼层按负偏量从小到大进行排序，即为调节顺序。
② 依次缓慢调节1F 和1 8 F 的供水管道上的阀门，观察能量表上的温差，使其温差尽量接近参考层温差。之后等待整个系统稳定，第二轮调试完毕，见表6 。

观察调试结束后记录的数据，基本上楼层的温差相对于参考层温差的偏差都在± 1 5 % 之内，F 1 栋各层水力基本平衡，结束调试。

3 结论
1 ) 区域供冷供热系统在运行初期需要进行必要的水力平衡调试，系统水力平衡调节后，在满足各末端用户需求的情况下，系统供水总循环流量减少3 0 % 左右；
2 ) 区域供冷供热系统水力平衡调试后，水泵扬程降低，水泵功率降低5 0 % 左右，节能潜力巨大；
3 ) 区域供冷供热系统水力平衡调试是一个动态且互相关联的过程，系统水力平衡调节之后，极大地改善了系统的水力特性，消除了区域性的冷热不均，各用户温差都达到了或接近设计值。

来源：暖通空调在线论坛

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