170一次泵变流量系统中温差控制法的正确应用.doc

一次泵变流量系统中温差控制法的正确应用 武汉市建筑设计院 张再鹏 陈焰华 武汉科技大学 符永正 摘 要: 指出能量守恒特性所反映的温差变化情况与热交换器静特性所反映的温差变化情况是相互矛盾的。在定流量系统中，两者之间的矛盾是统一的，从单个末端设备来讲，温差按照热交换器静特性变化，从整体上讲，温差按照能量守恒特性变化。在变流量系统中，当末端设备主要采用流量可调型阀门调节时，矛盾不能解决。针对阀门的不同，给出了变流量系统正确的温差控制方法。 关键词: 热交换器静特性 能量守恒特性 变流量系统 压差旁通 1 概述 在定流量空调冷冻水系统中，人们对冷冻水供回水温差（以下简称温差）与负荷之间的变化关系取得了较一致的认识，即：负荷减小时，温差将减小，负荷增大时，温差将增大。该规律是从能量守恒层面给出的温差和与负荷之间的变化关系，简称为能量守恒特性。工程实际也证明了温差是按照能量守恒特性变化的。 将该规律直接应用于一次泵变流量系统，当负荷减小时，温差将减小，根据该信号控制水泵减速，减小水流量，使系统按定温差变流量运行，从而实现了水系统的输送节能。该控制方法即是众多文献所说的温差控制法[1～5]。文献[1～4]还比较了温差控制法和其它控制方法的节能性，并取得了较一致的结论：温差控制法的管网特性曲线是一个无背压的管网特性曲线，而压差控制法的管网特性曲线是一个有背压的管网特性曲线，因此温差控制法的节能性优于压差控制法。由此可见，温差控制法是一个受到推崇的水泵控制方法。 但是能量守恒特性并不能反映末端设备的工作状况，并与末端设备的热交换器静特性所反映的温差变化情况不一致。末端设备的工作状况就是末端设备的作用压差或者流量随负荷的变化情况。热交换器静特性就是热交换器的换热量与流量之间的关系。事实上，在变流量系统中，末端设备的工作状况不同于定流量系统，末端设备的热交换器静特性所反映的温差变化情况与能量守恒特性的温差变化情况正好相反。将能量守恒特性直接应用于一次泵变流量系统，会使水泵的实际变化情况与预期的变化情况正好相反，并造成控制失败。本文将解释定流量系统中，热交换器静特性与能量守恒特性之间的矛盾，并给出一次泵变流量系统中适用于不同场合的两种温差控制法，及其应注意的问题。 2 热交换器静特性 本文所指热交换器是指末端设备中的加热器和表冷器，不包括冷热源侧的蒸发器和冷凝器。热交换器静特性可以采用下列公式粗略计算[6]： （1） （2） 式中 ——热水加热器和干式表冷器的相对换热量，即热交换器的换热量与设计工况换热量的比值； ——热水加热器和干式表冷器的静特性计算参数； ——热水加热器和干式表冷器的相对流量，即热交换器的流量与设计工况流量的比值； ——设计工况供水温度； ——设计工况回水温度； ——设计工况回风温度。 对于干式表冷器，当设计供回水温度为7℃/12℃，回风温度为27℃时，其热交换器静特性如图1所示。可以看出，热交换器静特性是一条曲线。当相对换热量小于1时，相对流量减小的速度比相对换热量减小的速度快；当相对换热量大于1时，相对流量增大的速度比相对换热量增大的速度快。根据能量守恒得，相对负荷小于1时，温差大于设计温差，相对负荷大于1时，温差小于设计温差。例如，当相对负荷为0.5时，温差为8.7℃，当相对负荷为2时，温差为2.7℃。 图1 热水加热器和干式表冷器的静特性 3 热交换器静特性与能量守恒特性之间的矛盾 比较热交换器静特性和能量守恒特性可以看出：负荷减小时，热交换器静特性指出温差将增大，而能量守恒特性指出温差将减小，两种理论给出的温差随负荷的变化趋势正好相反。很显然，热交换器静特性所反映的温差随负荷的变化趋势也是符合能量守恒定律的，但为什么与能量守恒特性相矛盾呢？ 两者之间的矛盾是由末端设备的工作状况和旁通控制造成的。 4 定流量系统中热交换器静特性与能量守恒特性的统一 根据空调冷热源侧的流量是否变化，将空调冷冻水系统分为定流量系统和变流量系统。定流量系统就是冷热源侧流量恒定的系统，变流量系统就是冷热源侧流量变化的系统。因此传统的一次泵定流量系统和二次泵变流量系统都属于定流量系统，而一次泵变流量系统属于变流量系统。 在定流量系统中，如果用户侧的流量是变化的，则为了平衡用户侧和冷热源侧的流量，系统需要设置旁通管，使部分供水未经过末端设备而直接回到冷热源。在冷热源侧，负荷减小时，流量不变，根据能量守恒得温差将减小，温差变化情况与能量守恒特性一致。在用户侧，负荷减小时，流量减小的速度比换热量减小的速度快，根据能量守恒得温差将增大，温差变化情况正是热交换器静特性所反映的温差变化情况。在旁通管与回水管的接管处，用户侧回水与旁通流量相混合，