机电天下 暖通空调 高效机房管路优化与水力平衡

高效机房管路优化与水力平衡

高效机房设计是以制冷机房系统综合能效比进行衡量。

EER=制冷量/((冷水机组+冷冻水泵+冷却水泵+冷却塔)耗电量

水系统管路设计流程:

原则:采用管网低阻力设计,如采用低阻力管路和低阻力阀件,降低水泵扬 程,降低能耗,提高制冷机房系统能效比。

水系统管路阻力优化→低阻力设备和阀部件选择→管网水力精细化计算→BIM技术应用。

管路优化设计:

1.水系统管路阻力优化

①主机与水泵一对一连接,利于负荷分配的调节,且减少阀门等阻力部件。

②主机出口与水泵直线连接,减少弯头数量。

③将直角弯头、直角三通替换为钝角弯头和钝角三通,降低阻力损失。

④直角管段替换为斜管段,减少总管长。

2.低阻力设备和阀部件

①选用阻力更低的过滤器(如角式过滤器),水阻≤5kPa。

②选用阻力更低的止回阀(如旋启式止回阀),水阻≤5kPa。

设备名称

 

水流量m3/h

 

管口尺寸(DN)

 

水流速(m/s)

 

水阻力(m)

 

篮式过滤器

 

292

 

250

 

1.65

 

0.2

 

Y型过滤器A

 

292

 

250

 

1.65

 

1

 

Y型过滤器B

 

292

 

250

 

1.65

 

2.2

 

静音止回阀

 

292

 

250

 

1.65

 

0.15

 

消声止回阀

 

292

 

250

 

1.65

 

0.3

 

止回阀

 

292

 

250

 

1.65

 

1.8

 

3.低阻力设备

①选用阻力更低的过滤器(如角式过滤器),水阻≤5kPa。

②选用阻力更低的止回阀(如旋启式止回阀),水阻≤5kPa。

3.管网水力精细化计算

根据要求的流量分配,确定管网的各段管径(或断面尺寸)和阻力,求得管网特性曲线,为匹配管网动力设备准备好条件,进而确定动力设备(风机、水泵等)的型号和动力消耗。

流动动力等于管网总阻力,也即沿程阻力和局部阻力之和。

沿程阻力:Pm=Rm·L

局部阻力:P=ε·ρ·υ2/2

水力计算方法:额定速度法

绘制轴测图、对各管段进行标号并确定最不利环路→确定该环路各管段的管内流速→根据流量和流速确定各管段断面尺寸→计算最不利环路阻力→平衡各并联管路→计算管网总阻力并求取管网特性曲线→根据曲线和总流量确定水泵参数。

相同使用时间和使用负荷规律的末端用同一组管网进行连接,减少不同管道之间的相互影响优化管路走向、局部阻力构件及管道管径,减小管路阻力,降低水泵扬程选用动态平衡电动调节阀、动态平衡电动二通阀、动态压差平衡阀,平衡各并联管路压力(压力损失大于15%)。

4.BIM技术应用

BIM三维建模,可实现管路精准定位,减少现场施工管线的长度和弯头数量。

管道碰撞分析:避免管线之间碰管,优化管线走向和连接方式。

传感器位置预测:提前判断传感器的安装空间和位置。

系统水力平衡:

水力失调是由于水力失衡而引起的运行工况失调的一种现象,空调水系统通常存在水力失调现象,因此需进行水系统的调节与控制。

静态水力失调:水系统自身固有的,是由于管路系统阻力特性系数的实际偏离设计值而导致的。

动态水力失调:在系统运行过程中产生,是因某些末端设备的阀门开度改变,在导致流量变化的同时,管路系统的压力产生波动,从而引起互扰而使其他末端设备流量偏离设计值的一种现象。

水力失调的影响:

近水泵段或系统环路阻力小的环路,其水流量大于设计流量,远端或系统环路阻力大的环路,其流量小于设计流量。

冷热源与输配管路流量不匹配,在满负荷时,供热温度比预期低,供冷温度比预期高,导致水系统处于大流量、小温差运行工况。

在大流量小温差的工况下运行,冷热源难以达到其额定出力,使实际运行的机组超负荷或运行机组台数超过实际负荷要求的台数。

在装有自动控制的系统中,由于水量不符合设计要求,而使自控装置失灵或不能充分发挥其控制的功能,导致温控效果差。

水泵选型偏大,水泵运行在偏离高效区不合适的工作点。

由于调节阀的调节相互影响,电机频繁动作,使用寿命缩短。

水力平衡的要求:

设计工况下所有末端设备必须能够达到设计流量;

对系统中任何一组末端设备进行调节的时候,不会影响其他末端设备的正常运行;

控制阀两端的压差不能有太大的变化;

一、二次环路的水流量必须兼容。

静态水力平衡:若系统中所有末端设备的温度控制阀门(如温控阀和电动调节阀等)均处于全开位置,所有动态水力平衡设备也都设定在设计参数时(设计流量或压差),这时如果所有末端设备的流量均能达到设计值,则认为达到了静态水力平衡。

动态水力平衡:对于变流量系统来说,除了必须达到静态水力平衡外,还必须同时较好地实现动态水力平衡。即在系统运行过程中,各个末端设备的流量均能达到随瞬时负荷改变的瞬时要求流量;而且各个末端设备的流量只随设备负荷的变化而变化,而不受系统压力波动的影响。

水力平衡的途径:

合理设置供水环路:分区、以泵代阀;

管径合理选取(管径越大,比摩阻越小);

合理选择系统形式:同程式和异程式;

调节阀:静态平衡阀、自动流量平衡阀。

静态水力平衡–采用静态平衡阀进行调节。

通过改变开度,阀门的流动阻力发生相应的变化来调节流量。

调节性能一般接近线性段和对数特性曲线段。

必须具有开度指示、机械记忆装置、压差及流量测试点等。

动态水力平衡–采用自动流量平衡阀进行调节。

通过自动改变改变阀芯的过流面积、适应阀前后压力的变化,来控制通过阀门流量。

固定流量型和现场设定流量型。

固定流量型:流量是固定的,当流量不同时,必须更换阀胆或重新设定弹簧。

 

现场设定流量型:当流量不同时,无需更换阀胆,可在现场用专用工具对手动可调孔板重新设定流量。

动态水力平衡–采用多功能平衡阀进行调节。

电动平衡两通阀:手动调节阀与电动二通阀功能结合为一体。

动态平衡电动调节阀:电动两通比例积分调节阀与动态平衡阀的组合。

合理设置供水环路:

分区(多种业态或不同区域负荷特性相差较大,采用独立的供水环路)以泵代阀(在管路较长的环路另外设置水泵,减少总供水水泵扬程)。

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