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暖通空调系统补水装置的选用与设计
发布者: 发布时间:2016-11-1 阅读:214

引言

     暖通空调系统补水装置的作用,是保证采暖或中央空调水系统冷热介质(水),在系统内不倒空、不汽化、不超压,并保持有有一定供系统循环的压力,保证系统冷热交换稳定正常。

目前暖通空调系统常用有以下几种定压补水装置:

①膨胀水箱定压补水装置;②定压罐定压补水装置;③变频泵定压补水装置;

   其他如连续补水泵补水、水射器补水、自来水直接补水等装置,因为其适用范围小或缺陷明显使用少,这里不做介绍。

一、膨胀水箱

1 膨胀水箱定压原理:

膨胀水箱定压原理是通过水箱容积的缓冲调节作用,通过水箱高低水位的控制,实现补水(溢流)的作用,以调节由于系统水温变化或泄漏引起的系统介质(水)的容积变化,保持其系统冷热媒介(水)压力的相对恒定。它是中小型系统和空调水系统常用的定压装置之一。

2、膨胀水箱位置:

膨胀水箱位置应该根据系统型式、作用半径、建筑物的高度、供水温度等具体因素来选择。其安装位置及高度不同,给系统产生的工况也不同。可靠的系统,其工况必须满足不汽化、不超压、不倒空,并有足够循环动力的要求。

开式膨胀水箱将水箱设在系统的最高点,通常接在循环水泵吸水口的回水干管上。

3、膨胀水箱型式的分类:分开式(高位)和闭式(落地)

闭式膨胀水箱容积计算:Vt=Vs(v2/v1-1-3αΔt)/(1-P1/P2) 

Vt—膨胀水箱容积:m3

Vs—系统水总容量:m3 

v1—低温时水的比容:m3/Kg

v2—高温时水的比容:m3/Kg

α—线性膨胀系数,钢为11.7×10-6-1,铜为11.7×10-6-1 

Δt—水系统中最大温差,℃(一般为5

P1—低温时水压力:Kpa

P2—高温时水压力:Kpa 

 

P1P2的确定:

P1:箱体静压头+系统顶部的最小压力值

P2:运行时最高压力

 

开式膨胀水箱容积计算方法:Vp=αΔtVs 

Vp—膨胀水箱有效容积;

m3α—水的体积膨胀系数;

α=0.00061/

Δt—系统内最大水温变化值:℃

Vs—系统内的总水容量:m3 

  

说明:当水箱同时用于采暖和采冷时分别计算,取大值。

4、特点:

1)优点:它具有装置简单、安全、少维护、运行费用低、压力稳定、不用电等;可以有效消除系统非正常工况下的超压。

2)缺点:对最高点有空间位置要求;系统有氧化腐蚀缺陷;不适应大面积以及高层、超高层建筑物需要。

 

二、定压罐

1、定压罐工作原理:

定压罐定压,是在膨胀水箱基础上发展起来的一类定压补水装置,其原理同闭式膨胀水箱。当系统水温变化或泄漏引起水的容积变化时,由于气压罐内气体高压缩性的缓冲作用,使系统压力稳定在预设的压力范围内。如果系统压力下降至预设压力的下限时,由电接点继电器动作启动补水泵,使之向系统供水,直至压力达到预定的的压力上限值时止。若系统压力超过设定的最高压力值时,安全阀自行向软水箱或排水系统泄水降压。以维持系统的压力平衡。

该装置由气压罐、补水泵、安全阀、电接点压力表、控制箱等组合而成。

  2、系统中定压点压力确定:

定压点压力的高低要考虑两个因素,一个是系统运行时任一点都不超压,二是系统停运时系统不倒空。如果定压点的压力过高,系统中的每一点的压力也就相应的增高,导致管道、阀门或设备等在高压下运行,出现强度破坏或疲劳损坏。压力设置太低,系统就会倒空出现气堵,而导致介质循环不畅。

气压罐工作压力值按以下方法确定(推荐

(1)补水泵启动压力P1

   P1=Po+0.005;“Po”系统最高点压力

(2)补水泵停泵压力P2

 P2=P1+0.1/β-0.1β:工作压力比,一般取0.650.85 

 (3)安全阀开启压力P3P3=P2+0.03式中压力(压强)计算单位均为“MPa

  

3、气压罐总容积:V=Vt/(1-β

    Vt—调节水量(m3),为补水泵3min的流量,且保持水箱调节水位不小于200mm。估算时取膨胀水量的一半。

 补水泵流量:补水泵流量(每小时)选择应不小于系统水容量的4%~5%,最大不高于系统总量的10%

 

4、特点:

1)优点:布置灵活,不受高度的限制;实现设备集中控制管理,维修使用较方便;系统的氧化腐蚀减轻;较好地防止系统出现汽化及水击现象;适应大面积高建筑物的需要。

2)缺点:补水泵启动频繁,泵的寿命低;系统压力波动大,不能有效防止非正常情况系统超压的问题;不能断电能源浪费较大,运行费用高;体积较大占空间大。

 

三、变频装置

1、基本原理:

变频调速定压补水装置,是在定压罐以后发展起来的,是变频调速技术和膨胀水箱技术的结合。其基本原理是根据传感器采集的系统的水压力变化,通过逻辑计算调整电源频率,平滑无级地调整补水泵转速,即调节补水量,以达到实现系统恒压点压力相对恒定的目的。

该定压方式的关键设备是变频器。其工作原理是先把通用50HZ的交流电转为直流电,再通过变频器把直流电变换为所需频率的交流电。通过补水泵电源频率的改变,达到调节补水泵转速、调节补水量,从而达到调节系统水压力目的。

 电机频率与转速的关系为:n=60f(1-S)/Pf=nP/60(1-S)

式中:n一水泵交流电机转速;

f一电源频率:Hz

S一转差率:一般为5%左右;

P一电机的极对数。

由上式可看出,当PS一定时,水泵电机转速与输入电源的频率成正比;由水泵特性可知,水泵流量与转速成正比,所以调节电源频率即可直接调节补水泵流量,以调整系统内流体介质因为系统温度或泄漏等原因引起的压力变化。

2、补水泵流量:

补水泵流量(每小时)选择应不小于系统水容量的4%~5%,最大不高于系统总水量的10%

3、变频器的频率调节范围:

一般调节范围为550Hz之间,也有使用高频电源变频器范围可以达到400Hz,但对变频器本身和电机要求高,不经济。

实际使用中要根据特定系统具体情况,通过建立系统模型,计算系统(取样点)压力与补水泵执行频率的关系,并在调试过程中加以调整,最终实现系统水介质不倒空、不超压并维持一定运行工作压力的目的。

变频器规格根据补水泵参数选择:用工控机更容易实现上述目的,采用变频调速技术和专用工控机(PLC)技术,对补水泵进行闭环控制。根据循环水系统中瞬时失水量的大小与相应的压力值两种参数,经工控机的模拟量模块处理后控制变频调速器,自动调节水泵转速,使循环水系统补水点压力恒定在系统的静水压线上,可达到压力波动小、更加节能的效果。

4、特点:

1)优点:有定压罐的优点,但较定压罐解决了补水泵启动频繁,影响寿命,耗费电能多的问题;罐体的容积小占空间小;操作方便更人性化;适应大面积高层暖通空调系统。

2)缺点:设备贵投资大,针对各个体需建立频率与系统定压模型,对使用、调整、维修人员技术要求高;相对膨胀水箱耗能,受电源影响。

 

四、案例

     某工程为5层结构,总面积20000m2。采暖(外网一次水经板式换热器换热)和中央空调(变风量新风机组加风机盘管)季节切换。共用管路水系统及末端系统。

补水装置设计使用定压罐补水泵装置。在使用中发现频繁启动现象严重,因为其运行不连续,在冬季使用,采暖停运再启动时,定压装置快速补足系统压力,而启运后水温大幅上升导致系统压力严重超压。因为泄压阀设计装在系统和定压装置之间的止回阀近定压装置一侧,以防止定压装置失灵,所以对止回阀近系统末端一侧压力升高无法保护,而导致末端金属软管等损坏漏水。

针对上述情况,根据系统高度不高,使用面积小、补水量小的特点,改成在系统最高点(电梯设备间)加设自流式软化水装置和不锈钢膨胀水箱补水装置,代替定压罐补水。既解决了以上问题,又节约了运行维修费用和设备间空间,至今运行正常。

 

结语

    任何装置,包括暖通空调定压补水装置的选用,都要客观分析具体情况及需要。任何所谓的科学先进的装置也有其实用范围和局限性。应该要从实际出发,从安全性、可靠性、稳定性、先进性、经济型、可操作性等多方面综合考评选用。最贵的、或者所谓最先进的未必是最适合的,最适合的才是最好的最科学的。

 
 

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