調(diào)節(jié)閥特性對變流量空調(diào)水系統(tǒng)的影響分析

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1、調(diào)節(jié)閥特性對變流量空調(diào)水系統(tǒng)的影響分析???在空調(diào)設(shè)計(jì)中，變流量空調(diào)系統(tǒng)以其顯著的節(jié)能優(yōu)勢已深入人心。然而在實(shí)際工程中，變流量空調(diào)系統(tǒng)經(jīng)常會出現(xiàn)監(jiān)而不控、控而不優(yōu)的情況，這與控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)閥有著直接的聯(lián)系[1-2]。在變流量空調(diào)水系統(tǒng)中，末端盤管采用電動兩通閥調(diào)節(jié)，根據(jù)室內(nèi)溫度變化調(diào)整其開度或狀態(tài)，使整個(gè)系統(tǒng)循環(huán)流量隨負(fù)荷變化而變化。調(diào)節(jié)閥作為流量控制中的執(zhí)行器，在流量調(diào)節(jié)中起著調(diào)節(jié)和控制流量的作用。調(diào)節(jié)閥作為系統(tǒng)的一個(gè)控制環(huán)節(jié)，它選擇的正確與否直接關(guān)系到變流量系統(tǒng)是否能夠正常運(yùn)行。國外在這方面的研究已相對成熟，國內(nèi)則正處

2、于研究起步階段。變流量空調(diào)水系統(tǒng)與控制系統(tǒng)緊密結(jié)合，必須將調(diào)節(jié)閥的特性與系統(tǒng)的調(diào)節(jié)特性和系統(tǒng)穩(wěn)定性聯(lián)系起來綜合考慮，進(jìn)而采取相應(yīng)的控制算法與策略[3]。???由于變流量空調(diào)系統(tǒng)末端盤管的水流量動態(tài)跟蹤負(fù)荷變化，需要研究末端盤管熱力特性。本文旨在根據(jù)末端盤管的熱力特性，找出盤管熱力特性與水流量之間的關(guān)系，并且考慮調(diào)節(jié)閥對系統(tǒng)調(diào)節(jié)特性的影響因素，為調(diào)節(jié)閥的選擇提供理論依據(jù)。???1末端盤管熱力特性與水流量之間的關(guān)系???水力系統(tǒng)中所有形式的末端盤管具有一個(gè)共同點(diǎn)，當(dāng)水側(cè)溫度恒定時(shí)，傳熱量與水量呈非線性關(guān)系[4~6]。如圖1是某

3、型號盤管冷卻時(shí)的熱力特性曲線，表明了供冷量與水流量之間的關(guān)系?？梢钥闯?，當(dāng)末端盤管的流量減少至設(shè)計(jì)值的50%時(shí)，傳熱能力(供冷量)仍可高達(dá)75%左右。???現(xiàn)行設(shè)計(jì)中，由于末端盤管及水泵揚(yáng)程裕量過大，當(dāng)系統(tǒng)的實(shí)際流量超過設(shè)計(jì)流量時(shí)，系統(tǒng)將處于大流量小溫差的運(yùn)行工況。即使實(shí)際流量為設(shè)計(jì)流量的1.2倍甚至更高，盤管的傳熱量也只是有稍許增加而不隨之成比例的變化。???末端盤管的傳熱量一般與水流量呈非線性關(guān)系，這種非線性特性可以用具有相反特性的調(diào)節(jié)閥來補(bǔ)償。所以，應(yīng)正確選擇調(diào)節(jié)閥的特性，以調(diào)節(jié)閥放大系數(shù)的變化來補(bǔ)償末端裝置放大系數(shù)

4、的變化，使調(diào)節(jié)閥與末端裝置組成的系統(tǒng)總的放大系數(shù)保持常數(shù)[7~8]，這樣，末端裝置的輸出(傳熱量)與系統(tǒng)輸入(閥桿行程)呈線性關(guān)系，使得控制環(huán)路的穩(wěn)定性不取決于負(fù)荷，從而提高系統(tǒng)的控制質(zhì)量與穩(wěn)定性。???2調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)特性???2.1調(diào)節(jié)閥的流量特性???流量特性是指閥門相對流量隨調(diào)節(jié)閥相對開度變化的某種關(guān)系式。調(diào)節(jié)閥的流量特性直接影響著控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量與穩(wěn)定性。常見調(diào)節(jié)閥的特性有直線、對數(shù)、快開和拋物線等四種。在變流量空調(diào)水系統(tǒng)中，應(yīng)用最為廣泛的是直線流量特性與對數(shù)流量特性。這兩種特性均指調(diào)節(jié)閥的理想流量特性，理想流量

5、特性是在調(diào)節(jié)閥前后壓差在一定的情況下得到的。在實(shí)際工況下，調(diào)節(jié)閥與管路系統(tǒng)串聯(lián)或并聯(lián)，前后壓降不可能保持恒定，因此，就必須研究工作條件下的流量特性，即調(diào)節(jié)閥在前后壓差隨負(fù)荷變化的工作條件下，調(diào)節(jié)閥的相對流量與相對開度之間的關(guān)系。???由直線流量特性的定義[9]，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為??????(1)???式中：k為常數(shù)，調(diào)節(jié)閥的放大系數(shù)；Q、Qmax為調(diào)節(jié)閥在某一開度的流量與調(diào)節(jié)閥全開時(shí)的流量；l、lmax為調(diào)節(jié)閥某一開度時(shí)閥芯的行程與調(diào)節(jié)閥全開時(shí)閥芯的行程。???對式(1)積分，將邊界條件l=0時(shí)Q=Qmax；l=lmax時(shí)，

6、Q=Qmax代入，得??????(2)???式中：R為可調(diào)比。即調(diào)節(jié)閥全開時(shí)最大流量Qmax與最小可控流量Qmin的比值，由對數(shù)流量特性的定義[9]，用數(shù)學(xué)式可表示為?????(3)???積分式(3)，同理可得：??????(4)???調(diào)節(jié)閥的對數(shù)特性曲線見圖2???2.2由調(diào)節(jié)閥作用時(shí)盤管熱力特性隨水流量的實(shí)際運(yùn)行特性???對數(shù)特性閥門有著良好的流量特性，在負(fù)荷變化較大的情況下，在末端盤管的熱力特性上凸與調(diào)節(jié)閥對數(shù)特性的下凸共同作用下。盤管的傳熱量隨閥桿行程的實(shí)際運(yùn)行組合特性近似呈線性特性，如圖3。???需要注意的是用于

7、變流量空調(diào)系統(tǒng)中的壓差旁通閥，由于它僅控制水量而不控制冷、熱量，即控制系統(tǒng)要求為線性，且兩側(cè)無較大的水流阻力或壓差控制器接點(diǎn)在閥門兩端，應(yīng)選用直線型閥門，配以比例控制器。???2.3閥權(quán)度對調(diào)節(jié)特性的影響???閥權(quán)度SV定義是指調(diào)節(jié)閥全開時(shí)閥門前后壓差與系統(tǒng)總壓差的比值，也成為閥門能力。即：??????(5)???由于閥權(quán)度SV值的不同，工作流量特性也不同，所以在選擇調(diào)節(jié)閥特性時(shí)必須結(jié)合調(diào)節(jié)閥與管網(wǎng)的連接情況來考慮。這里討論調(diào)節(jié)閥與管網(wǎng)串聯(lián)的情況(見圖4)。???由此，可推導(dǎo)出調(diào)節(jié)閥的實(shí)際工作流量特性[9]。??????(

8、6)???由式(6)可以得出，閥門在同一開度時(shí)，其實(shí)際相對流量將不小于理想相對流量，即閥門特性將出現(xiàn)偏移由生產(chǎn)廠家確定的閥門特性，會由于該調(diào)節(jié)閥在系統(tǒng)中的閥權(quán)度值而有不同程度的偏離。閥權(quán)度越小，閥門特性偏離越大，控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性與控制質(zhì)量就越差，反之亦然。(如圖5所示)?？梢缘贸觯S著閥權(quán)度的減小，閥門