摘要：本文提出采用智慧型能源控制调节阀控制空气处理机组或风机盘管支路流量的方法，解决了支路流量受水系统压力波动影响的问题，实现水流量的压力无关型按需分配；提出采用可变压差的水系统变流量控制技术，在保证各末端冷热量均能满足需求的前提下，最大程度的降低水泵能耗，实现系统的可靠和节能运行。
关键词：动态平衡；变流量控制；压力无关型；可变压差
Hydraulic Balancing Flow Control Technology Using Heat Meter with Electric Valve
Jiang Feng，Liu Yueqin. Hangzhou State Power Energy & Environment Research & Design Institute Co.，Ltd.
Abstract：The paper supplies a control method for flow using heat meter with electric valve，which solves the problem that branch flow affected by water system pressure fluctuations. Using this method，branch flow only depends on the need of indoor cooling or heating load. The variable-volume controlling technology based on variable pressure difference is supplied，which can ensure that water flow can meet demands，meanwhile reducing pump energy consumption furthest. Then，the system can be able to run reliably and efficiently.
Keywords：Dynamic Balance，Variable-volume Control，Pressure Independent，Variable Pressure Difference
1 引言
建筑物暖通空调系统的任务是以最低的运行成本，为用户提供舒适的室内气候环境。由于空调系统大部分时间都在部分负荷工况下运行，系统水流量大部分时间都低于设计流量，因此，变流量系统是高效的、节能的。在变流量系统的运行过程中，各分支环路的流量是随着负荷的变化而变化的。但各并联环路之间的水力是相互影响的，一个环路的水力扰动会传递到其他环路中去，造成空调系统冷、热水流量分配失衡，某些环路流量过剩，而某些环路流量不足。为了兼顾局部失衡区域的空调效果，空调水系统不得不在“大流量”状态下工作，导致系统能耗增加、节能空间受限。
目前，空调水系统大都采用动态压差平衡阀来维持系统的动态水力平衡。它的作用机理是恒定被控管路的压差。然而，空调系统的负荷与压差之间并没有直接的关系，基于压差恒定的动态水力平衡调节方法，并不能实现各个环路能量分配的平衡，它所能做到的只是限制环路的最大流量、防止出现流量过大而已。
本文提出采用智慧型能量控制调节阀，实现空调水系统管网压力无关型按需分配，做到真正意义上的动态平衡，并在此基础上结合可变压差变频调节技术，进一步提高系统运行的可靠性和节能性。
2 管网平衡变流量控制系统设计
2.1 系统架构
以二管制空调水系统为例，假设，末端采用全空气系统与风机盘管系统两种方式，空调冷冻/热水经过一次泵变流量系统输配到分水器，分别供给不同环路，每个环路又由空气处理机组或风机盘管并联组成，如图1。
图中：1、智慧型能源控制调节阀（能量感知部件），2、空气处理机组，3、电动开关阀，4、风机盘管智慧控制器，5、空调水泵，6、压差传感器，7、智慧型能源控制调节阀（流量调节部件），8、风机盘管，9、空气处理机组智慧控制器。
图1 管网平衡变流量控制系统原理图
管网平衡变流量控制技术需要一种系统性的控制装置（也可以是节能控制系统的一部分），主要由计算机及其控制软件、管网平衡变流量控制器、风机盘管智慧控制器、空气处理机组智慧控制器、变频器、电动开关阀、智慧型能源控制调节阀、压差传感器等构成。
2.2 技术方案
在空气处理机组冷冻（热）水支路、风机盘管冷冻（热）水支路分别设置智慧型能源控制调节阀。通过控制智慧型能源控制调节阀的开度实时响应末端负荷的变化，然而变流量系统各支路的压力波动是会互相干扰的，当系统压力扰动影响该支路流量时，智慧型能源控制调节阀控制通过支路水流单位热量不发生变化，维持该支路的流量恒定。最终做到支路的流量只随着室内负荷变化而变化，实现水流量的压力无关型按需分配。
在分、集水器之间设置压差传感器，通过水泵的变频调节使此压差稳定在设定值。然而压差设定值并不是很定不变的，应该根据系统整体负荷情况进行实时调整，而智慧型能源控制调节阀的开度直接反映了末端负荷的大小。因此，可根据末端智慧型能源控制调节阀的开度，实时调整压差设定值，使得大部分智慧型能源控制调节阀都处于高开度。
对于不同末端形式，智慧型能源控制调节阀开度调节对室内负荷的响应方式也不相同。对于空气处理机组，根据送风温度设定值与实际送风温度的差值，计算空气处理机组实际需求热量，控制智慧型能源控制调节阀开度；对于风机盘管冷冻（热）水支路，每台风机盘管设置电动开关阀，电动开关阀根据回风或室内温度与设定值的差值，进行开关控制，根据开启的电动开关阀个数与对应的风机盘管型号，计算该支路所需水流量，控制该支路智慧型能源控制调节阀的开度。
下面，对具体的控制策略进行阐述。
3 管网平衡变流量控制策略
3.1 空气处理机组智慧控制技术
以定风量系统的空气处理机组（风机变频）为例。空气处理机组设置送风温度传感器与回风温度传感器，风机设置变频器，空调冷冻（热）水管设置智慧型能源控制调节阀，见图2。根据回风温度的变化实行风机的变频控制，根据送风温度的变化调节冷冻（热）水管路上的智慧型能源控制调节阀的开度从而改变需求冷热量；对于制冷工况，当回风温度低于设定值时，降低风机的运转频率，当回风温度高于设定值时，增加风机的运转频率，使回风温度维持在设定范围内，当送风温度低于设定值时，降低冷冻水电动调节阀开度，当送风温度高于设定值时，增加冷冻水智慧型能源控制调节阀的开度从而增加需求冷量，确保送风温度维持在设定的范围内；对于制热工况，当回风温度高于设定值时，降低风机的运转频率，当回风温度低于设定值时，增加风机的运转频率，使回风温度维持在设定范围内，当送风温度高于设定值时，降低智慧型能源控制调节阀的开度从而减少需求冷量，当送风温度低于设定值时，增加热水智慧型能源控制调节阀的开度从而增加需求热量，确保送风温度维持在设定的范围内。
图2 空气处理机组控制原理图
3.2 空气处理机组空调水支路压力无关型流量按需分配控制技术
根据末端控制智慧型能源控制调节阀的开度从而控制通过智慧型能量控制调节阀的冷热量，从而实现压力无关型的按需分配。根据送风温度设定值与实际值的差值，计算空气处理机组实际需求冷热量，调节智慧型能量控制调节阀的开度，使得智慧型能量控制调节阀读取的实际流量趋于需求值，当其他管路特性发生变化导致所在支路流量变化时，智慧型能量控制调节阀开度将自动调节，使实际冷热量一直稳定在需求值，从而实现水流量的压力无关型按需分配。
3.3 风机盘管智慧控制技术
风机盘管设置回风温度传感器，风机设置三档调速器，冷冻（热）水管设置电动开关阀，见图3。根据回风温度的变化优先改变风机档位控制，再控制冷冻（热）水管路上的电动开关阀；对于制冷工况，当回风温度低于设定值时，优先降低风机档位，最后再关闭电动开关阀；当回风温度高于设定值时，优先开启电动开关阀，然后逐级提高风机的运行档位；对于制热工况，当回风温度高于设定值时，优先降低风机档位，最后再关闭电动开关阀；当回风温度高于设定值时，优先开启电动开关阀，然后逐级提高风机的运行档位。
图3 风机盘管控制原理图
3.4 风机盘管空调水支路压力无关型流量按需分配控制技术
风机盘管空调水支路供应若干台并联的风机盘管。根据统计开启的电动开关阀个数与对应的风机盘管型号，计算该支路需求流量，控制该支路智慧型能量控制调节阀的开度，使得智慧型能量控制调节阀读取的实际流量趋于需求值，当系统压力产生扰动导致所在支路流量变化时，调节智慧型能量控制调节阀开度，使实际冷热量一直稳定在需求值，从而实现压力无关型按需分配。
3.5 空调系统水泵可变压差变频调节技术
通常，空调水系统水泵变频调节控制策略为：在集水、分水器之间设置压差传感器，通过水泵的变频调节使此压差一直稳定在设定值。然而，当系统运行在较低负荷时，末端电动调节阀开度较小，为了保证分、集水器之间的设定压差值，水泵仍会运行在较高的频率，不利于系统节能。
管网平衡变流量控制技术是在此基础上，结合支路智慧型能量控制调节阀开度，自动调整压差设定值。当所有智慧型能量控制调节阀均处于较低开度时（比如低于70%），说明整个系统运行在较低负荷，由于末端开度小、阻力大，导致水泵能耗偏高，此时则需降低分、集水器间压差设定值，进一步降低水泵频率；当有一台以上的智慧型能量控制调节阀开度达到过大开度时（比如高于95%），需提高分、集水器间压差设定值，水泵频率增加，保证各末端流量满足需求。通过调整压差设定值，使得末端智慧型能量控制调节阀处于较合理的开度，系统运行更加合理和节能。
图4 压差设定值的调整与智慧型能量控制调节阀开度之间的关系
4 总结
采用智慧型能量控制调节阀结合控制空气处理机组或风机盘管支路水流量的方法，与现有的采用动态压差平衡阀维持系统动态平衡的方式相比，真正做到了末端流量实时与末端负荷相匹配，同时避免了系统压力扰动对末端流量的影响，达到了管网流量压力无关型按需分配的效果。
在此基础上，采用可变压差的水泵变频调节技术，实时调整压差设定值以跟踪系统负荷的变化，保证所有末端水流量均能满足需求的同时，最大程度的降低水泵频率。
综上所述，采用智慧型能量控制调节阀的管网平衡变流量控制技术，是保证空调系统稳定运行、空调效果满足需求以及系统节能运行的关键。
参考文献
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论文作者:郑裕东
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第16期
论文发表时间:2018/10/31
标签：设定值论文; 调节阀论文; 风机论文; 支路论文; 流量论文; 系统论文; 温度论文; 《建筑学研究前沿》2018年第16期论文;