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淺談暖通空調系統定壓補水裝置的種類與選用
發布時2015-06-30 07:2425

 摘要:暖通空調系統補水裝置的作用,是保證采暖或中央空調水系統冷熱介質(水),在系統內不倒空、不汽化、不超壓,并保持有有一定供系統循環的壓力,保證系統冷熱交換穩定正常。本文從使用(而非設計)的角度,介紹了幾種常用暖通空調定壓補水裝置基本原理、性能特點等。以便于廣大用戶根據具體實際情況,通過比較分析、合理選用適合各自個體特點的既滿足安全可靠先進的要求,又兼顧經濟環保及便于操作要求的裝置。 關鍵詞:暖通空調、定壓補水、性能特點、合理選用  目前暖通空調系統常用的幾種定壓補水裝置,如:(1)膨脹水箱定壓補水裝置;(2)定壓罐定壓補水裝置;(3)變頻泵定壓補水裝置;(4)其他如連續補水泵補水、水射器補水、自來水直接補水等裝置,因為其適用范圍小或缺陷明顯使用少,這里不做介紹。
定壓補水裝置
 1、膨脹水箱  
1、1膨脹水箱定壓原理  膨脹水箱定壓原理是通過水箱容積的緩沖調節作用,通過水箱高低水位的控制,實現補水(溢流)的作用,以調節由于系統水溫變化或泄漏引起的系統介質(水)的容積變化,保持其系統冷熱媒介(水)壓力的相對恒定。它是中小型系統和空調水系統常用的定壓裝置之一。
1、2膨脹水箱位置  膨脹水箱位置應該根據系統型式、作用半徑、建筑物的高度、供水溫度等具體因素來選擇。其安裝位置及高度不同,給系統產生的工況也不同。可靠的系統,其工況必須滿足不汽化、不超壓、不倒空,并有足夠循環動力的要求。  開式膨脹水箱將水箱設在系統的最高點,通常接在循環水泵吸水口的回水干管上。  膨脹水箱型式的分類:分開式(高位)和閉式(落地) 
1、3閉式膨脹水箱容積計算  vt=vs(v2/ v1-1-3αδt)/(1- p1 /p2)  vt—膨脹水箱容積:m3              vs—系統水總容量: m3 v1—低溫時水的比容,m3/kg;     v2—高溫時水的比容,m3/kg; α—線性膨脹系數, 鋼為11.7×10-6℃-1,銅為11.7×10-6℃-1  δt—水系統中最大溫差,℃(一般為5)  p1—低溫時水壓力,kpa            p2—高溫時水壓力,kpa p1、p2的確定:  p1,箱體靜壓頭+系統頂部的最小壓力值  p2,運行時最高壓力 開式膨脹水箱容積計算方法:vp=αδt vs  vp---膨脹水箱有效容積,m3   α---水的體積膨脹系數,α=0.0006,1/℃  δt---系統內最大水溫變化值,℃    vs ---系統內的總水容量,m3  說明:當水箱同時用于采暖和采冷時分別計算取大值
 
特點:(1)優點:它具有裝置簡單、安全、少維護、運行費用低 、壓力穩定、不用電等;可以有效消除系統非正常工況下的超壓。
(2)缺點:對最高點有空間位置要求;系統有氧化腐蝕缺陷;不適應大面積以及高層 、超高層建筑物需要。

 2、定壓罐  
2、1定壓罐工作原理  定壓罐定壓,是在膨脹水箱基礎上發展起來的一類定壓補水裝置,其原理同閉式膨脹水箱。當系統水溫變化或泄漏引起水的容積變化時,由于氣壓罐內氣體高壓縮性的緩沖作用,使系統壓力穩定在預設的壓力范圍內。如果系統壓力下降至預設壓力的下限時,由電接點繼電器動作啟動補水泵,使之向系統供水,直至壓力達到預定的的壓力上限值時止。若系統壓力超過設定的最高壓力值時,安全閥自行向軟水箱或排水系統泄水降壓。以維持系統的壓力平衡。 該裝置由氣壓罐、補水泵、安全閥、電接點壓力表、控制箱等組合而成。  2、2系統中定壓點壓力確定  定壓點壓力的高低要考慮兩個因素,一個是系統運行時任一點都不超壓,二是系統停運時系統不倒空。如果定壓點的壓力過高,系統中的每一點的壓力也就相應的增高,導致管道、閥門或設備等在高壓下運行,出現強度破壞或疲勞損壞。壓力設置太低,系統就會倒空出現氣堵,而導致介質循環不暢。 氣壓罐工作壓力值按以下方法確定(推薦) 
(1)補水泵啟動壓力p1:  p1=po+0.005;          “po”系統最高點壓力 (2)補水泵停泵壓力p2:  p2=(p1+0.1)/β-0.1   β:工作壓力比,一般取0.65~0.85 (3)安全閥開啟壓力p3:  p3= p2+0.03  式中壓力(壓強)計算單位均為“mpa” 氣壓罐總容積: v=vt/(1-β)  vt-調節水量(m3), 為補水泵3min的流量,且保持水箱調節水位不小于200mm。估算時取膨脹水量的一半。  補水泵流量:補水泵流量(每小時)選擇應不小于系統水容量的4-5%。  
特點:(1)優點:布置靈活,不受高度的限制;實現設備集中控制管理,維修使用較方便;系統的氧化腐蝕減輕 ;較好地防止系統出現汽化及水擊現象;適應大面積高建筑物的需要。(2)缺點:補水泵啟動頻繁 ,泵的壽命低 ;系統壓力波動大,不能有效防止非正常情況系統超壓的問題;不能斷電能源浪費較大,運行費用高;體積較大占空間大。 

3、變頻裝置 
3、1基本原理  變頻調速定壓補水裝置,是在定壓罐以后發展起來的,是變頻調速技術和膨脹水箱技術的結合。其基本原理是根據傳感器采集的系
統的水壓力變化,通過邏輯計算調整電源頻率,平滑無級地調整補水泵轉速,即調節補水量,以達到實現系統恒壓點壓力相對恒定的目的。  該定壓方式的關鍵設備是變頻器。其工作原理是先把通用50hz 的交流電轉為直流電,再通過變頻器把直流電變換為所需頻率的交流電。通過補水泵電源頻率的改變,達到調節補水泵轉速、調節補水量,從而達到調節系統水壓力目的。  電機頻率與轉速的關系為:n=60f(1-s)/p   或  f= np/60(1-s)  式中:n 一水泵交流電機轉速;f 一電源頻率,hz;s一轉差率,一般為5%左右;p 一電機的極對數。  由上式可看出,當p、s一定時,水泵電機轉速與輸入電源的頻率成正比;由水泵特性可知,水泵流量與轉速成正比,所以調節電源頻率即可直接調節補水泵流量,以調整系統內流體介質因為系統溫度或泄漏等原因引起的壓力變化。
 3、2補水泵流量  補水泵流量(每小時)選擇應不小于系統水容量的4-5%。 變頻器的頻率調節范圍:一般調節范圍為5-50hz之間,也有使用高頻電源變頻器范圍可以達到400hz,但對變頻器本身和電機要求高,不經濟。  實際使用中要根據特定系統具體情況,通過建立系統模型,計算系統(取樣點)壓力與補水泵執行頻率的關系,并在調試過程中加以調整,最終實現系統水介質不倒空、不超壓并維持一定運行工作
壓力的目的。  變頻器規格根據補水泵參數選擇:用工控機更容易實現上述目的,采用變頻調速技術和專用工控機(plc)技術,對補水泵進行閉環控制。根據循環水系統中瞬時失水量的大小與相應的壓力值兩種參數,經工控機的模擬量模塊處理后控制變頻調速器,自動調節水泵轉速,使循環水系統補水點壓力恒定在系統的靜水壓線上,可達到壓力波動小、更加節能的效果。  特點:(1)優點:有定壓罐的優點,但較定壓罐解決了補水泵啟動頻繁,影響壽命,耗費電能多的問題;罐體的容積小占空間小;操作方便更人性化;適應大面積高層暖通空調系統。(2)缺點:設備貴投資大,針對各個體需建立頻率與系統定壓模型,對使用、調整、維修人員技術要求高;相對膨脹水箱耗能,受電源影響。 

4、實例  例如,2005年新疆自治區黨委組織部培訓中心工程,為5層結構(機場附近限高),總面積20000m2。采暖(外網一次水經板式換熱器換熱)和中央空調(變風量新風機組加風機盤管)季節切換。共用管路水系統及末端系統。補水裝置設計使用定壓罐補水泵裝置。在使用中發現頻繁啟動現象嚴重,氣壓罐氣體漏氣,需頻繁加氣。最重要因為其運行不連續,在冬季使用,采暖停運再啟動時,定壓裝置快速補足系統壓力,而啟運后水溫大幅上升導致系統壓力嚴重超壓。因為泄壓閥設計裝在系統和定壓裝置之間的止回閥近定壓裝置一側,以防止定壓裝置失靈,所以對止回閥近系統末端一側壓力
升高無法保護,而導致末端金屬軟管等損壞漏水。  針對上述情況,根據系統高度不高,使用面積小、補水量小的特點,改成在系統最高點(電梯設備間)加設自流式軟化水裝置和不銹鋼膨脹水箱補水裝置,代替定壓罐補水。既解決了以上問題,又節約了運行維修費用和設備間空間,至今運行正常。  綜上所述,任何裝置,包括暖通空調定壓補水裝置的選用,都要客觀分析具體情況及需要。任何所謂的科學先進的裝置也有其實用范圍和局限性。應該要從實際出發,從安全性、可靠性、穩定性、先進性、經濟型、可操作性等多方面綜合考評選用。最貴的、或者所謂最先進的未必是最適合的,最適合的才是最好的最科學的。
更多資訊:http://www.pannyc.com

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