動態平衡型電動閥在卷煙廠空調水系統中的應用
1 概述
隨著經濟的迅速發展和人民生活水平的不斷提高，我國建筑能耗已占總能耗的30%，空調能耗則是商業建筑能耗的主要部分，一般占到建筑能耗的40~60%，在我國冷凍水系統的能耗更大，國內多數的冷凍水系統由于存在各種各樣的設計和運行問題，使得冷凍泵的全年電耗往往達到冷機全年電耗的40%，甚至50%。
因此在空調系統各部分能耗中，負責將冷量由冷源輸送到末端去的冷凍水系統的能耗占相當可觀的比例，且最具節能潛力，而空調水系統平衡就是降低空調水輸配能耗的一個重要手段。
在暖通空調水系統中，變流量水力系統因其自身的節能性已被廣泛的認可和接受，在變水量運行中由于流量的調節，不但管路的水壓時時發生變化，而且各末端裝置的供回水管之間的壓差也每時每刻地發生變化。不但系統總供水量發生變化時要變化，其他一些末端裝置或其他一些環路供水量發生變化時也要變化，因此變流量系統的實時調節和動態平衡是實現系統節能的關鍵。動態平衡功能是指當任何末端設備負荷變化要求電動調節閥動作時，不論系統壓力如何變化，各調節閥門都能夠很有效地進行水量的調節從而實現精確的溫度，互不干擾，實現動態地系統平衡，使系統的負荷在輸出和需求上始終保持最佳的匹配，處于最經濟的運行狀態。動態平衡電動調節閥能有效地解決以上問題，此閥門不受管網壓力波動的影響，在工作壓差范圍內始終保持設定的水量。
2 卷煙廠空調水系統的現狀
現有的空調系統中，導致能耗高的一個主要原因之一就是水力系統不平衡，引起房間溫度不能達到設計溫度，并出現制冷機等設備大馬拉小車，各個房間明顯冷熱不均等現象。與常規水系統相比，卷煙廠空調水系統也存在著嚴重水力失調的問題，圖1是筆者對龍巖卷煙廠冷凍站集水器各支路回水溫度的測試數據，一個水力平衡的水系統，其各支路之間的回水溫度應該基本一致，但是從圖1可以看出，龍巖卷煙廠集水器上各支路回水溫度明顯不一致。回水溫度最低的支路，供回水溫差最小，說明該支路供水量偏多，而其它支路供水量則明顯偏少，偏多的水流量實際上就是浪費，偏得越多，水泵電耗浪費得就越多。
在卷煙廠變水量系統的末端設備中，使用不受管網壓力波動的流量控制閥即動態平衡型電動閥來控制水量，是解決變水量系統動態失調，真正節能、穩定運行的最佳方案。
3 動態平衡電動閥的性能分析
經過閥門的流量可按下式計算：
式中：Q——流經閥門的流量，m3/s；
Kv——閥門的流通能力，與閥門的開度相對應；
△P——閥前后的壓差，bar。
由公式得經過閥門的流量大小與閥門的開啟度及閥前后的壓差有關，而控制系統則根據負荷變化向閥門輸出相應信號調節閥門的開度，從而達到相應的流量。因此只要能恒定調節閥前后的壓差△P，就可以保證流量的變化完全由閥門開度而決定，即與負荷變化相對應，而不受其它閥門開關影響產生的系統壓力波動的影響，從而達到動態平衡的效果。任何一個環路的調節都不會對其他環路產生干擾，同時任何一個環路都不會受到其它環路調節的影響。
在暖通空調應用中，由于盤管靜特性為指數特性，因此為了達到良好的受控效果，最佳的調節閥的特性應是等百分比特性，也稱對數特性，此曲線也稱閥門的理想特性曲線。一個空調系統如果不能夠保持調節閥開度和散熱設備散熱量之間的良好線性關系，則會造成受控房間溫度波動頻繁，系統穩定時間過長。
動態平衡電動調節閥區別于傳統的電動閥，是動態平衡與電動調節一體化的產品，動態壓差平衡閥直接恒定電動調節閥兩端的壓差，可實現調節閥兩端的壓差在整個調節過程恒定，即閥權度始終為1，可實現其理想特性曲線，從而實現理想的溫控效果。動態平衡電動閥在不同開度時的流量與閥門兩邊壓差的關系曲線見圖2，從圖中可以看出要想達到所需的流量需要滿足最小的工作壓差，當調節閥芯開度一定時，整個閥兩端的實際壓差小于最小工作壓差時，流量隨閥門兩端的壓差的增加而增加，當達到閥門最小工作壓差后，經過閥門的流量將保持恒定不變，不再隨閥門兩端的壓差的增加而變化。只有當調節閥芯的開度發生變化時，流量才發生變化。
4 實例分析
目前卷煙廠空調水系統在末端一般都采用了二通控制閥，從表面上看這樣的系統無需再平衡，因為根據設計是可用控制閥來調節流量，來達到要求的流量。因此應當能夠自動達到水力平衡，但是目前大部分控制閥尺寸偏大，在許多情況下不得不將控制閥完全打開，在這種情況下一些回路中將會發生過流，進而造成其他回路中的流量不足。使用動態平衡電動閥可以保證任何一個環路的調節不會影響到其他環路。
針對本文提出的龍巖卷煙廠空調水系統水力失調的問題，每個環路可以通過動態平衡電動閥來調節目標區域的回風溫度，對于變流量系統的管路應在末端安裝動態壓差平衡閥，不需逐級，如圖3所示，K1~K3是卷包車間空調，形成環路1；K4~K6是儲絲車間空調，形成環路2。
在龍巖卷煙廠空調中各個車間因功能不同所要求的溫度也不同，例如卷包車間要求室內溫度為26℃，儲絲車間為28℃，按照設定溫度的要求和實際測量的回風溫度變化，動態平衡電動閥實時地進行流量調節，當達到設定溫度時，該環路1的動態平衡閥的開度維持在某一位置保持不變以輸出一個恒定的流量。此時如果環路2的回風溫度低于設定溫度，則輸出信號將環路2的動態平衡電動閥關小以減少流過儲絲車間空調機組的冷水量，使制冷量減少，回風溫度升高，達到設定溫度，同時供回水管之間的壓差會增大，由于動態平衡閥芯的定壓差作用，使得環路1的流量不發生變化，制冷量不變，卷包車間仍處于平衡狀態，不受系統壓差變化的干擾。
5 結論
（1）動態平衡電動調節閥安裝在空調末端設備的回水管上，在卷煙廠變水量調節中，既可實時調節水量，又可實時保證所調水量恒定，避免了由于閥門調節帶來的壓差變化產生的相互干擾等動態失調現象，為卷煙廠的節能改造提供前提條件。
（2）動態平衡電動調節閥提供良好的閥權度，確保線性散熱受控系統的實現，保證系統的迅速穩定。
（3）動態平衡電動調節閥調試工作量非常小，加速安裝周期，系統改造、擴建時可以免調試，同時能方便的修正實際和設計工況之間的差異。
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