智 慧 閥 門

工業4.0時代，流體行(xing)業數智化(hua)、網絡化(hua)逐步(bu)深入，融合(he)應用縱深拓展。作為(wei)流體輸(shu)配系統的(de)重要控制(zhi)部件—“閥門(men)”在產業在高質量發展過程中所(suo)起的(de)作用日益凸顯(xian)。當下，智慧閥門(men)的(de)智能(neng)(neng)水力平衡控制(zhi)不僅能(neng)(neng)提升輸(shu)配能(neng)(neng)效20~50%，而且可以保障大系統的(de)安全可靠與穩定順行(xing)，實現能(neng)(neng)源(yuan)系統再節能(neng)(neng)3%~15%。

在中央空(kong)調水系(xi)統(tong)輸配(pei)各環節(jie)中，借由閥門進行樓層支路的(de)(de)水力平(ping)衡控(kong)制是(shi)保(bao)(bao)持系(xi)統(tong)水力平(ping)衡關鍵的(de)(de)一環。其(qi)后一步可(ke)以保(bao)(bao)證末端空(kong)調設備（風機(ji)(ji)盤管(guan)、新風機(ji)(ji)組、空(kong)調機(ji)(ji)組等(deng)）調節(jie)過程的(de)(de)動(dong)態平(ping)衡，前一步可(ke)以保(bao)(bao)證輸配(pei)管(guan)網整體動(dong)態平(ping)衡的(de)(de)效果并提供冷凍水泵變頻節(jie)能實現(xian)的(de)(de)條件。

具體(ti)的(de)應用場景中，由于(yu)室內人(ren)員數(shu)量(liang)和氣(qi)溫(wen)變化等(deng)因素，房(fang)間空(kong)調用量(liang)和負荷是隨機變化的(de)，無法(fa)直(zhi)接(jie)給定(ding)所需流(liu)量(liang)或冷(leng)量(liang)，所以在樓層支(zhi)路(lu)中，平衡閥能夠控制的(de)流(liu)動參數(shu)是供回(hui)水壓(ya)(ya)差或者溫(wen)差。今天，小編就(jiu)以常見空(kong)調末端形式為例，對樓層中央空(kong)調水系統壓(ya)(ya)差控制和溫(wen)差控制做一個特性分析。

風機盤管樓層支路   PART.01

我們首先來分析下樓層空調水系統單臺風機盤管的水力和熱力特性。

盤管輸出冷量Q與(yu)水-空氣(qi)對數溫差(cha)△Tm的傳熱(re)關系式(shi)如下：

樓層空調電動開關閥受房間溫控器控制，假設設定房間溫度26℃，溫控動作是±1℃，即房間溫度27℃時開閥，25℃時關閥。假設冷凍水進出水溫度為7-12℃，送風溫度為18℃，風-水平均對數溫差△Tm=12.4±1℃。盤管在固定的冷凍水流量、供水溫度、風機檔位（風速）、室內溫度時，供回水溫差是一個接近定值，與熱負荷多少無關，負荷只影響二通閥開啟時間和關閉時間的比值（簡稱“占空比”）大小。負荷大時，電動閥開的時間長；負荷小時，電動閥開的時間短。

風機開(kai)高檔(dang)轉(zhuan)速(su)，溫(wen)差大；開(kai)低檔(dang)轉(zhuan)速(su)，溫(wen)差小。當盤(pan)管結垢、結灰塵后，溫(wen)差將縮小，二通閥占空比延長。

根據(ju)傳熱公式和(he)盤管二(er)通閥(fa)工作原(yuan)理(li)，我們知道：如果減少(shao)水量(liang)，則可以拉大供回水溫差，延長二(er)通閥(fa)占空比，盤管電(dian)動閥(fa)開關(guan)次數減少(shao)，可延長電(dian)動二(er)通閥(fa)壽命，水系統小(xiao)流量(liang)大溫差節能(neng)運行。

支路流量F和(he)壓(ya)差△P的關系式(shi)為：

（k為支路阻力系數）

從(cong)傳熱公(gong)(gong)式(shi)和流量(liang)公(gong)(gong)式(shi)可以(yi)看(kan)出，可以(yi)通過限(xian)(xian)制支(zhi)路(lu)壓差或者限(xian)(xian)制支(zhi)路(lu)溫差來限(xian)(xian)制支(zhi)路(lu)流量(liang)，以(yi)實現小(xiao)流量(liang)大溫差運行節(jie)能目標。

風機盤管樓層支路   PART.02

然后，再分析多個盤管組成的樓層支路在樓層平衡閥不同控制方式和不同工況時的水力和熱力變化特性。

如果支路中(zhong)各(ge)臺風(feng)機盤管(guan)都處(chu)于平衡(heng)工(gong)況(kuang)，即最(zui)近(jin)端房(fang)間(jian)的(de)盤管(guan)或者(zhe)最(zui)遠端房(fang)間(jian)的(de)盤管(guan)開(kai)啟(qi)時的(de)水量(liang)都保持一(yi)致，那么(me)我們通過調(diao)試總能找到一(yi)個合適的(de)支路最(zui)小壓(ya)差或者(zhe)溫差，使(shi)得二通閥(fa)運行在較高占空比狀態(tai)。

由(you)于多種(zhong)原因，實際支路內(nei)部不(bu)可(ke)能做到平衡，往往近端和遠端水量(liang)相(xiang)差很大，因此我們(men)模(mo)擬一個不(bu)平衡支路進行(xing)分析。

在(zai)這種情況下：

01采用壓差平衡控制時

V1~V5電(dian)動二通閥全部(bu)(bu)打開的(de)情(qing)況，如果1#、2#水(shui)量偏大，4#、5#水(shui)量偏小，則壓差(cha)控(kong)制目標△P（P1-P2）應該按(an)照(zhao)最不利(li)末(mo)端(duan)5#所(suo)需壓差(cha)進(jin)行設置，確保所(suo)有(you)盤管(guan)溫控(kong)時，V1~V5的(de)占(zhan)空(kong)(kong)比不至于到100%而留有(you)一定(ding)余量，V4~V5占(zhan)空(kong)(kong)比較(jiao)大，V1~V2占(zhan)空(kong)(kong)比較(jiao)小，隨著盤管(guan)換熱性能逐步下降，所(suo)有(you)的(de)閥門占(zhan)空(kong)(kong)比逐漸延(yan)長，但全部(bu)(bu)盤管(guan)開啟時的(de)流量均可(ke)保持穩定(ding)，或(huo)者(zhe)部(bu)(bu)分盤管(guan)關閉(bi)的(de)情(qing)況下，水(shui)量有(you)所(suo)提高，但系統均可(ke)穩定(ding)運(yun)行，舒適性要求(qiu)均可(ke)保證。

02采用溫差控制模式時

V1~V5電動二通閥全部打開的(de)情況，如果1#、2#水量(liang)偏大(da)，4#、5#水量(liang)偏小(xiao)(xiao)(xiao)，則溫(wen)(wen)(wen)差(cha)(cha)(cha)控制(zhi)目標△T（T2-T1）應該按照最(zui)不(bu)利(li)末(mo)端(duan)(duan)5#所需(xu)溫(wen)(wen)(wen)差(cha)(cha)(cha)進(jin)行設(she)置，確保所有盤(pan)管(guan)溫(wen)(wen)(wen)控時(shi)，均可滿足要(yao)求。V1~V5全部開啟(qi)時(shi)，1#~2#流量(liang)大(da)、溫(wen)(wen)(wen)差(cha)(cha)(cha)小(xiao)(xiao)(xiao)，4#~5#流量(liang)小(xiao)(xiao)(xiao)、溫(wen)(wen)(wen)差(cha)(cha)(cha)大(da)，但溫(wen)(wen)(wen)差(cha)(cha)(cha)只能(neng)采集到樓(lou)層支路的(de)總(zong)溫(wen)(wen)(wen)差(cha)(cha)(cha)（非1#~5#的(de)算術平均溫(wen)(wen)(wen)差(cha)(cha)(cha)，需(xu)要(yao)根據流量(liang)加(jia)權計(ji)算平均值），因(yin)此(ci)溫(wen)(wen)(wen)差(cha)(cha)(cha)設(she)定值需(xu)要(yao)保證最(zui)不(bu)利(li)末(mo)端(duan)(duan)5#的(de)流量(liang)需(xu)求，比平均值要(yao)偏小(xiao)(xiao)(xiao)。實際調試找到這個合適(shi)的(de)樓(lou)層支路溫(wen)(wen)(wen)差(cha)(cha)(cha)設(she)定值是比較難的(de)，因(yin)此(ci)往往設(she)定溫(wen)(wen)(wen)差(cha)(cha)(cha)偏小(xiao)(xiao)(xiao)以(yi)保證最(zui)不(bu)利(li)末(mo)端(duan)(duan)效果。

假設(she)某一個時(shi)刻溫(wen)(wen)(wen)差(cha)正(zheng)好(hao)滿足設(she)定(ding)值(zhi)，分析閥(fa)門開(kai)關(guan)(guan)數(shu)(shu)量的改(gai)變(bian)，如(ru)果1#~2#關(guan)(guan)閉，則(ze)4#~5#溫(wen)(wen)(wen)差(cha)較大(da)(da)引起的樓(lou)(lou)層(ceng)(ceng)支路(lu)溫(wen)(wen)(wen)差(cha)將高于(yu)(yu)設(she)定(ding)值(zhi)（平(ping)均值(zhi)的原因），說(shuo)明水(shui)量不(bu)足，支路(lu)溫(wen)(wen)(wen)差(cha)控(kong)制(zhi)閥(fa)將開(kai)大(da)(da)提高流量降低溫(wen)(wen)(wen)差(cha)，而實(shi)際上，用戶數(shu)(shu)變(bian)少，4#~5#流量是會(hui)變(bian)大(da)(da)的，不(bu)需要(yao)樓(lou)(lou)層(ceng)(ceng)溫(wen)(wen)(wen)差(cha)控(kong)制(zhi)閥(fa)繼續(xu)開(kai)大(da)(da)閥(fa)門；如(ru)果4#~5#關(guan)(guan)閉，則(ze)1#~2#溫(wen)(wen)(wen)差(cha)較小(xiao)引起的樓(lou)(lou)層(ceng)(ceng)支路(lu)溫(wen)(wen)(wen)差(cha)將低于(yu)(yu)設(she)定(ding)值(zhi)（平(ping)均值(zhi)的原因），說(shuo)明水(shui)量過大(da)(da)，支路(lu)溫(wen)(wen)(wen)差(cha)控(kong)制(zhi)閥(fa)將關(guan)(guan)小(xiao)降低流量提高溫(wen)(wen)(wen)差(cha)，實(shi)際上，隨著用戶數(shu)(shu)變(bian)少，1#~2#流量變(bian)大(da)(da)，樓(lou)(lou)層(ceng)(ceng)溫(wen)(wen)(wen)差(cha)控(kong)制(zhi)閥(fa)開(kai)度(du)要(yao)關(guan)(guan)得更小(xiao)。由(you)于(yu)(yu)溫(wen)(wen)(wen)度(du)變(bian)化傳(chuan)遞需要(yao)較長過程，控(kong)制(zhi)上要(yao)考慮好(hao)PID滯(zhi)后性(xing)，否則(ze)容易引起開(kai)度(du)振(zhen)蕩。

隨著盤管換熱(re)性能(neng)逐(zhu)步下(xia)降(jiang)，所有的閥(fa)門(men)占空比逐(zhu)漸(jian)延長，溫(wen)差(cha)逐(zhu)漸(jian)縮小(xiao)。理論上，需要不(bu)斷增(zeng)大流量以縮小(xiao)溫(wen)差(cha)，但實(shi)際(ji)控制策略上，檢(jian)測到溫(wen)差(cha)縮小(xiao)，溫(wen)差(cha)控制閥(fa)認為流量偏大，應(ying)該關小(xiao)閥(fa)門(men)，這樣就與理論需求產生沖突。因此(ci)，如果按照溫(wen)差(cha)控制模(mo)式，溫(wen)差(cha)設(she)定上必須留足余(yu)量，以避(bi)免后期流量越來越小(xiao)的情況出(chu)現后影響舒適性。

必(bi)須注意的(de)是，晚(wan)間(jian)停機后(hou)溫(wen)(wen)差(cha)控(kong)制閥(fa)(fa)將關閉（檢(jian)測到溫(wen)(wen)差(cha)永遠小于(yu)設(she)定值(zhi)，閥(fa)(fa)門自控(kong)關閉，或者人工關閉），第二天開機后(hou)，由于(yu)樓層水不流動(dong)，將檢(jian)測不到溫(wen)(wen)差(cha)，閥(fa)(fa)門一(yi)直處(chu)于(yu)關閉狀態(tai)，依(yi)靠水溫(wen)(wen)傳導的(de)過程很慢。為使閥(fa)(fa)門正(zheng)常工作，必(bi)須人工開啟閥(fa)(fa)門一(yi)段(duan)時間(jian)，或者設(she)定最(zui)小開度，使水流動(dong)起(qi)來，溫(wen)(wen)差(cha)控(kong)制閥(fa)(fa)才可正(zheng)常工作。

風機盤(pan)管樓層支路   PART.03

最(zui)后(hou)，我(wo)們總結一下(xia)：

01    低阻力型智(zhi)能壓(ya)差平衡閥(fa)是智(zhi)慧(hui)閥(fa)門的典型功(gong)能，應用于樓(lou)層支管能解決水力失調問題，須(xu)優先考慮。

02    樓(lou)層(ceng)采用溫(wen)差(cha)平衡(heng)控制(zhi)，溫(wen)差(cha)設定值(zhi)應留有較(jiao)大余量，確保(bao)在不同用量及(ji)盤管結垢(gou)變(bian)臟性能下降時，流量充(chong)裕，保(bao)證系統安全運(yun)(yun)行；如果能采集(ji)到流量，通過長期觀察(cha)負荷變(bian)化(hua)對(dui)溫(wen)差(cha)的影(ying)響(xiang)，作為(wei)溫(wen)差(cha)設定的參(can)考依(yi)據，將更加(jia)有利于(yu)節能運(yun)(yun)行。

03    利用(yong)智(zhi)慧閥門(men)提供(gong)的(de)樓(lou)層(ceng)流量和供(gong)回水溫差數據(ju)，作為樓(lou)層(ceng)平衡壓(ya)差設定值(zhi)的(de)重要依(yi)據(ju)，通過優化分析持續提高(gao)輸配(pei)能(neng)(neng)效，實(shi)現輸配(pei)節能(neng)(neng)與(yu)系統節能(neng)(neng)。