风机盘管同程系统水力失调及其平衡设计

风机盘管同程系统水力失调及其平衡设计庄晓芸【摘要】以现行标准规范为依据，阐述了由于各型号风机盘管本身水压降差异大以及电动两通阀选用不当而导致实际工程中同程系统并联管路水力严重失调问题.并通过实例计算，具体说明如何通过合理的电动两通阀选型、计算实现水力平衡，并对可能出现的问题及注意点进行了探讨.【期刊名称】《发电技术》【年(卷)，期】2012(033)001【总页数】4页(P58-60,29)【关键词】风机盘管;同程系统;水力平衡;电动两通阀;流通能力Kv(值)【作者】庄晓芸【作者单位】东华大学环境科学与工程学院，上海201620【正文语种】中文【中图分类】TU831.40引言伴随着人们对于空调室内环境舒适度要求的不断提高，以及越来越强的节能意识。暖通设计中风机盘管水系统的设计从早期的定流量、风速的三档控制调节转变成了通过电动调节阀对系统的水量进行连续调节或者通断调节来实现对室内环境温度的控制。其中，双位式电动两通阀相比动态电动两通阀，由于其价格便宜、控制简单而在目前的风机盘管水系统中得到了广泛的应用。在实际工程中，由于不同型号风机盘管水压降存在较大差异，而设计者对于风机盘管电动两通阀流通能力Kv值以及管径计算和标注的忽视，导致施工过程中错误地购置及安装，最终引起风机盘管同程水系统的实际流量与设计流量偏差很大，水系统不平衡率远大于15%，实际制冷及制热效果差。1风机盘管同程系统的水力失调分析1.1水力平衡要求根据《采暖通风与空调设计规范》GB50019-2003[1]中6.4.9条的规定，空气调节水系统布置和选择管径时，应减少并联环路之间压力损失的相对差额，当超过15%时，应设置调节装置。根据《全国民用建筑工程设计技术措施-暖通空调•动力》2009JSCS-KR[2]中5.8.7条的规定，需要阀门调节进行平衡的空调水系统中，应在每个并联支环路设置可测量数据的流量调节或水力平衡装置，且支路上并联的末端设备之间阻力的不平衡率计算值不应大于15%。1.2水力失调分析在一般的住宅与医院等民用、工业建筑空调水系统设计过程中，设计人员通过设计水平同程系统，使得通过每个末端的供、回水管长度相同，通过每1m的管路阻力损失接近相等，则管网的阻力就不需要进行调节即可平衡。对于设置成同程的风机盘管系统，当通过每1m的管路阻力损失相接近时，并联的风机盘管的阻力往往却不能够满足不平衡小于15%的要求，下面通过实例进行说明：参照最新的新晃风机盘管样本，表1是室内设计条件为DB25^,WB17.9^，供、回水温差为7°C时得到的各型号流量及水压损失参数。表1新晃风机盘管各型号流量及水压损失型号项目SFCRSFCRSFCRSFCR300水流量，kg/h317400422SFCR500800557623817395234SFCR600水压损失，kPa1221100097124此时当通过每1m的管路阻力损失接近相等，同时每台风机盘管与供、回水总管相连的支管阻力也相等时，则并联风机盘管之间的阻力不平衡率就取决于风机盘管的水压降，根据表1得到并联管路可能会出现的不平衡率最小值为25%，而最大值则为76.9%，可见风机盘管之间由于本身水压损失的差异引起的静态不平衡率很大，依靠简单的同程设计并不能完全达到水力平衡。2风机盘管同程系统水力平衡设计为了减少甚至克服以上提及的问题，可以通过对风机盘管小环路，即与供、回水干管连接的水平支管的阻力计算，确定同程水系统上设置的各台的风机盘管电动两通阀的流量系数及电动两通阀的规格，为每台风机盘管配置合适的电动两通阀，达到静态水力平衡的目的。下面通过SFCR600及SFCR800的详细计算步骤和具体算例来说明如何通过电动二通阀选型计算来达到水力平衡的目的。2.1风机盘管供回水管组件分析根据《风机盘管安装图集》01K403[3]（如图1所示），风机盘管供水管上装有截止阀和过滤器，而回水管上装有截止阀和电动两通阀。（实际工程中由于考虑因素不同，供、回水管可能装有闸阀和截止阀，或闸阀和球阀等情况，在此处不是问题重点，因此不进行探讨，读者可以根据实际情况在计算过程中自行修改）图1风机盘管双管系统水路配管简图对于常用的水平同程安装的风机盘管系统，在进行风机盘管小环路阻力计算时，供水支管上的阻力主要包括：90°分流三通、90°弯头、入口截止阀、水过滤器、大小头等局部阻力及沿程阻力；回水支管上的阻力主要包括：大小头，电动两通阀、出口截止阀、90°弯头、90°合流三通等局部阻力及沿程阻力。2.2风机盘管同程系统水力平衡计算2.2.1水力平衡设计思路风机盘管同程系统的水力平衡设计，首先需要确定各型号风机盘管流量、水侧压力降大小、接管管径、供回水管管径及管长、阀门管径大小以及管内流速等条件。选定水系统中水压降最大（如果有多个型号的水压降相同，则选取流量最大的型号）的风机盘管型号作为计算的参照型号，根据该型号风机盘管回水管管径大小，参照电动两通阀样本初选流量系数Kv，并根据该型号风机盘管小环路阻力来进行其它型号风机盘管的电动两通阀选型，并对不平衡率进行验证。2.2.2计算参照型号（SFCR600）风机盘管小环路压降此处选择水压损失最大的SFCR600型风机盘管作为计算参考型号，管径大小为DN20，此处电动两通阀的流量系数Kv参考某厂常闭型电动两通阀样本（见表2），选定型号为VT2337G13U000，Kv=6.0。基本参数确定是进一步进行阻力计算的先决条件，为下一步计算风机盘管小环路压降做好准备。计算小环路压降：包括三通、90°弯头、截止阀、水过滤器、大小头和两通阀等局部阻力及沿程阻力产生的压降以及风机盘管自身的水压降这三部分。局部阻力系数厂闭式水系统比摩阻Rc值均参考实用供热空调设计手册［4］。表2某厂通断型电动两通阀选型参数Kv型号VT2231G13U0000.86VT2232G13U0002.14VT2233G13U0003.0VT2332G13U0002.14VT2333G13U0003.0VT2335G13U0004.3VT2337G13U0006.02.2.2.1供水支管阻力计算沿程阻力：管径DN20，流速v=0.488m/s,Rc=237.8Pa/m，管长L=3m（假设长度）；局部阻力：管径DN20，流速v=0.488m/s,90°分流三通（£=1.5）;普通90°弯头（E=2）;入口截止阀（E=10）；水过滤器（E=（2.0~3.0），取2.2）。2.2.2.2回水支管阻力计算局部阻力：管径DN20，流速v=0.488m/s，出口截止阀（E=10）；普通90°弯头（E=2）;90°合流三通（E=2）；电动两通阀的流量系数Kv=6.0，计算其在设计水流量下的压降[5]:式中Kv一流量系数；Q一体积流量，m3/h；△p一阀前、后压差，Pa；p—液体密度，g/cm3。推导得到：沿程阻力：管径DN20，流速v=0.488m/s,Rc=237.8Pa/m，管长L=3m（假设长度）。2.2.2.3SFCR600型风机盘管小环路的总压降计算汁600=风机盘管水压降+电动两通阀压降+沿程阻力+其它局部阻力=52+1.078+1.4268+3.477=57.98kPa从计算结果中不难发现风机盘管水压降在整个小环路压降中所占比重较大，得到的总压降将在之后的计算中作为参照值，与其余风机盘管小环路压降值进行比较，作为其余风机盘管电动两通阀选型计算的依据。2.2.3计算其余型号风机盘管小环路压降（不包含电动两通阀）本例仅计算SFCR800型号风机盘管小环路压降，同样假设风机盘管供、回水管管长均为3m,详细计算步骤此处不再详述，仅给出结果，即小环路压降△P800=41.7212kPa。通过重复2.2.2节的计算流程，可以将同程水系统中其余型号风机盘管小环路（不包含电动两通阀）的压降计算出来，为下一步电动两通阀选型作好准备。2.2.4电动两通阀流量系数计算及选型根据计算得出的风机盘管压降参照值与其余型号的风机盘管小环路压降，计算并联环路压差，由流量和压差计算流量系数后，由样本选取与算得的流量系数最相近的电动两通阀型号。计算实际电动两通阀两端压差，得到其余型号风机盘管小环路的实际压降，并对不平衡率是否小于15%进行校核计算。计算两者压差得到：△p=，P600-△P800=16.2588kPa;计算流量系数Kv:查表2，选取Kv值相近的两通阀型号为：VT2332G13U000,DN20，流量系数为Kv=2.14，则该电动两通阀的实际压降为：2.2.5水力平衡校核则SFCR800型风机盘管小环路的总压降为：JP800=AP800+△p'=56.5732kPa则SFCR600型风机盘管与SFCR800型风机盘管构成的并联管路的不平衡率为：以上计算结果，满足不平衡率小于15%的要求。可以重复上述计算得到同程系统中其余型号风机盘管电动两通阀的流量系数以及型号。设计者同样也可以向施工单位提供计算确定的电动两通阀流量系统值以及管径，直接购买符合要求的电动两通阀。3结语本文介绍了风机盘管同程系统水力不平衡的现象，并阐述了如何通过正确的电动两通阀的选型计算实现静态的水力平衡设计。（2）在以上计算过程中，假定每台风机盘管的供回水管管长、安装的阀门、弯头的种类个数相同，但在实际设计过程中与假定可能有较大差别，使得小环路压降变化较大，因此对于这类差异较大风机盘管需进行检验计算，检验选用同一型号电动两通阀是否能够满足并联环路不平衡率小于15%的要求，若不满足，则作出调整。（3）对于压降差小于15%的检验，以上计算采用的是与参照型号比较的方式，该计算方法能保证各风机盘管与选定为参照的风机盘管的压降差的不平衡率绝对值小于15%，但不能保证整个并联管路的不平衡率满足要求，因此仍旧需要检验整个并联风机盘管系统的阻力不平衡率是否满足小于15%，并进行调整。（4）在选择电动两通阀时，同一型号的风机盘管（或者同一楼层的同一型号的风机盘管）尽量选取同种规格的电动两通阀，避免在购买以及安装时由于型号较多而出现差错。参考文献：GB50019-