中央空調水流量保護的精確控制

1、中央空調水流量保護的精確控制   摘要： 介紹中央空調水系統(tǒng)常用的水流檢測方法的比較，壓差式水流開關在中央空調水系統(tǒng)的應用。  中央空調一般以水作為二次換熱的介質，合適的水流量是中央空調主機可靠工作的必要保證，不適當?shù)乃髁靠赡軐е吕渌鳈C蒸發(fā)器結冰、冷凝壓力高、壓縮機“咬缸”等故障，因此合適的水流檢測方法以及檢測部件是保證機組只有在系統(tǒng)水流量大于允許的最小水流量下工作，避免空調主機發(fā)生故障。鑒于水流檢測的重要性，考慮到用戶以后的維護成本，許多項目招標已經(jīng)開始要求水流開關的型式。1 空調機組水流量檢測1.1 空調系統(tǒng)水流量檢

2、測的必要性制冷系統(tǒng)的正常運行，無水流時壓縮機停止運行。 換熱器的可靠換熱，流動的水帶走冷量和熱量。 水泵運行情況的檢測，水泵正常運行是空調系統(tǒng)可靠工作的前提條件。 當無水流或水流少時，對于蒸發(fā)器來說，蒸發(fā)器負荷減少，蒸發(fā)溫度降低，如果壓縮機持續(xù)運行將導致蒸發(fā)器結冰，如果蒸發(fā)器防凍不能及時保護，蒸發(fā)器將及有可能脹裂，導致制冷系統(tǒng)的水側和冷媒側串通，整個制冷系統(tǒng)報廢。另外如果水系統(tǒng)的水流量長期過低，將導致回氣壓力長期過低，壓縮機排出的潤滑油不能順利回到壓縮機可能導致壓縮機“咬缸”。 當無水流或水流少時，對于冷凝器來說，冷凝器負荷減少，冷凝溫度和壓力上升，造成

3、冷凝器出口的冷媒經(jīng)過膨脹閥時的流量大幅減少，制冷量下降，如果壓縮機持續(xù)在高冷媒壓力下運行將發(fā)生故障。 水流檢測是判定水泵運轉后是否有合適的水流量經(jīng)過蒸發(fā)器，只有有適當?shù)乃髁拷?jīng)過蒸發(fā)器時才允許壓縮機啟動，整個制冷系統(tǒng)才有可能正常運行。 1.2 空調系統(tǒng)水流量檢測的方法在空調系統(tǒng)的水流量檢測上目前主要有兩種低成本的檢測形式，一種是靶式流量開關，另一種是壓差式流量開關，下面比較兩種的安裝和使用特性。 靶式流量開關的安裝特性靶式流量開關是將靶片安裝在水管中，水管內的水的流動沖擊靶流片使之彎曲變形，從而帶動微動開關輸出控制信號給冷水機組控制器，告知有水流可以啟動

4、機組。由于靶式流量開關的靶流片的安裝有一定的難度，通常安裝有三種狀況：一是不動作，二是卡在管子上部不能回復，三是正常。通常不動作是因為靶流片安裝的深度不夠，需要重新旋入或更換靶流片，許多安裝工人遇到這種情況如不能很快解決往往短接水流開關或者調整動作調整螺絲從而使冷水機組失去水流保護。如果是卡在管子里不能回復往往是靶流片太寬的緣故第一次動作時被卡在管子上部，這是安裝商不能發(fā)現(xiàn)的，這種情況流量開關也失去了作用。如果安裝間隙不夠即使當時可以工作，由于管子的生銹或結垢等造成的管徑變小，也有可能使水流開關卡在管子內不動。第三種安裝非常好的情況與水管的管徑和安裝人員的經(jīng)驗非常有關，管徑越大靶式水流開關的一

5、次安裝準確率越高，經(jīng)過了解即使有經(jīng)驗的安裝人員安裝靶式流量開關一次不成功率也超過60%。 壓差式流量開關的安裝特性壓差式水流開關是根據(jù)HVAC設備的阻力和流量的曲線設計的，我們知道HVAC設備的換熱器、水過濾器、水泵及閥門等裝置都有其阻力與流量的性能曲線，通過檢測其兩端的進出水壓差，并與該裝置的預先設定值進行比較，準確控制流量。壓差式與靶式流量開關相比它是一種精確的流量控制方式，它具有準確的流量控制值。它可以直接安裝在機組內，從壓差開關連接兩根銅管至換熱器的進出口測量其進出口的壓差，即反映出流量。而用戶現(xiàn)場不需要安裝和接線，避免了靶式水流開關的安裝不準確導致機組故障的隱患。 

6、;靶式流量開關的使用特性靶式水流開關的靶流片在正常使用時長期受水流壓迫處于彎曲變形狀態(tài)，易疲勞破壞，大型冷水機組維修保養(yǎng)上規(guī)定靶流片使用2年必須更換，它是作為易損品及它的狀況被列在維護保養(yǎng)記錄中。而小型冷水機沒有專門的維護保養(yǎng)人員很難發(fā)現(xiàn)靶流片疲勞不能回復的故障，只有機組發(fā)生故障時才暴露。另外當水系統(tǒng)混有空氣時，水中的空氣沖擊靶流片造成流速下降，靶流片瞬間復位發(fā)給機組錯誤流量信息，為防止發(fā)生這種錯誤通常機組控制器延時處理流量信息。對于小管徑靶式流量開關本身約產(chǎn)生2米水柱的壓降，使提供給用戶的有效揚程減少了。靶式水流開關不能進行準確的流量控制，因為靶流片的插入深度、管徑和安裝處的水壓都直接影響其

7、流量保護值，即使現(xiàn)場接上流量計對其進行標定，但隨著時間的累積，靶流片的疲勞導致其彎曲的程度與流量的關系也被打破，當初標定的流量值也發(fā)生變化。 壓差式流量開關的使用特性壓差式流量開關具有流量控制準確、對系統(tǒng)不再額外增加阻力、又對水管管徑?jīng)]有要求以及無水流擾動干擾等特性，可取代任何形式的靶式流量開關作為HVAC水系統(tǒng)的流量控制，相對于靶式流量開關它可以避免水泵氣蝕引起的假流量（實際流速很大，但水中混有空氣而實際流量并不大），且現(xiàn)場安裝情況并不影響壓差式流量開關的流量控制值，因而可廣泛應用在使用釬焊板式換熱器、套管式換熱器和殼管式換熱器的大中小型風冷或水冷冷水機組中作水流量控制并兼有部分防

8、凍保護的功能。根據(jù)壓差式水流量開關的流量控制十分準確的特性還可以暴露機組外水管路設計或安裝不當，提示安裝人員排除安裝或更改管路設計。2 壓差式水流量開關應用壓差式水流量開關的應用非常重要，如果應用不當不能體現(xiàn)它精確控制水流量的功能。2.1 換熱器水流量保護對于不同的換熱器其壓降與流量的曲線不盡相同，即使同一個換熱器可能因換熱量不同其應用的壓差開關也不同，過去那種不管多少制冷量的空調機組均采用一種型號的壓差開關的做法是嚴重錯誤的，它不能體現(xiàn)壓差開關的精確控制流量的功能。 蒸發(fā)器水流量保護蒸發(fā)器水流量保護是非常重要的，適當?shù)乃髁勘Ｗo值可以避免換熱器因水流量減少而導致

9、蒸發(fā)器結冰的可能性。因此蒸發(fā)器水流開關往往由主機廠安裝在主機內部，并已調整到最合適的保護設定點，這樣可以避免因現(xiàn)場安裝人員的水平導致水流開關安裝或設置不正常帶來的隱患。在選擇壓差開關時首先要確定機組的額定水流量，假設機組制冷量是在出水溫度7，回水溫度12的額定流量下測得的，假設制冷量不變，水流量減少為額定流量的50，那么出水溫度可能低達2，接近防凍保護溫度，是非常危險的，因此我們建議壓差式水流開關的流量動作保護設定值大于額定流量的50，這個流量保護設定值可通過換熱器壓降與流量的曲線上大致得出壓差開關保護壓差值，然后再經(jīng)過流量儀表測試驗證。復位流量是指水泵運行后通過換熱器的水流使其閉合所需的水流

10、量，精確的復位值流量是檢驗機組外水流量是否正常的一個關鍵指標，如果用戶安裝完畢后壓差開關不能復位，這往往說明機組外水系統(tǒng)有問題，提示用戶檢查機組外水系統(tǒng)的設計和安裝，因為一旦空調機組內換熱器上安裝壓差式流量開關后，用戶現(xiàn)場安裝的任何情況都不影響它流量控制的準確性，因此方便現(xiàn)場安裝人員查找機組水管路安裝問題。復位流量建議小于額定流量的80。 冷凝器水流量保護對于冷凝器來講，適當?shù)睦鋮s水流量可以保證空調主機的制冷系統(tǒng)工作在較好的狀態(tài)，保證機組的工作效率，當水流量過小不僅冷凝壓力升高，制冷量下降，嚴重時可能導致壓縮機發(fā)生故障。如果空調機組沒有得到合適的冷卻水流量，壓縮機不工作，這可以充分保

11、護壓縮機避免發(fā)生故障。復位流量可以檢測水系統(tǒng)的流量是否達到設計要求，正確的設定壓差開關復位流量可以保證通過換熱器所需的水流量，通常復位流量在6080額定流量。 水源或地源熱泵機組水流量保護水源熱泵機組是目前發(fā)展最為迅速的空調類型，它以應用的靈活性和高效節(jié)能的特點廣泛應用在寫字樓、商場、住宅等場合。對于水源或地源熱泵機組它可以結合冷卻塔及低位熱源或土壤及地下水源組成一套大型的水源或地源熱泵系統(tǒng)。由于水源熱泵是從水中獲得冷量和熱量，因此流經(jīng)每個水源熱泵的水流量與設計流量保持一致才能保證機組的制冷量和制熱量，也是機組可靠工作的一個重要條件，如果不能保證適當?shù)牧髁繉⒖赡軐е吕淠龎毫^高而機組

12、頻繁啟停，以致發(fā)生故障，因此怎樣保證整個水源熱泵系統(tǒng)中的每臺機組獲得自己需要的水流量顯得尤為重要，通常的做法是在水源熱泵的出水端安裝流量平衡閥，用流量儀表調整流量平衡閥至機組需求流量，此方法的缺點是流量平衡閥價格昂貴，另外流量平衡調試費用價格約占平衡閥費用的30，此費用也較高。另外還必須安裝水流開關提供給水源熱泵機組控制器水流反饋信號。如果系統(tǒng)不安裝流量平衡閥將難保證機組需要的水流量，結果容易出現(xiàn)制冷系統(tǒng)高壓保護，壓縮機有可能發(fā)生故障，另外如果不安裝水流開關，系統(tǒng)操作者可能無法確認系統(tǒng)有無水流，有可能導致壓縮機在無水流下開機運行，也容易造成壓縮機的故障。另外由于流量平衡閥是靠壓差方式調整流量的

13、，將對水系統(tǒng)產(chǎn)生一定的阻力。如果每臺水源熱泵機組的水側換熱器安裝壓差式流量開關，再根據(jù)套管式或板式換熱器的進出管壓降和流量的曲線，使在水源熱泵水源側（水側）的壓差開關復位值流量要大于80額定流量，這樣可以基本保證通過換熱器的流量適當。實際在應用中壓差開關可以由工廠直接安裝在機組內或在現(xiàn)場安裝，在安裝前必須進行壓差和流量的測試，以得到合適的壓差開關和復位水流量設定值，具體使用可通過調整球閥的開度使壓差開關閉合即可，此時通過換熱器的水流量已大于額定流量的80。 殼管式換熱器水流量控制殼管式換熱器在大中型冷水機組中用作蒸發(fā)器和冷凝器，對于主機來講蒸發(fā)器和冷凝器的水流量的不穩(wěn)定直接影響主機可

14、靠的工作，因此正確控制殼管式換熱器的水流量可確保主機的運行穩(wěn)定，我們可以根據(jù)殼管式換熱器的壓降和流量的曲線查找70額定流量（推薦值）下的壓降，我們認為這個壓降是主機流量保護的下限，對于殼管式冷凝器我們還建議選擇可調雙設定點壓差開關，其中一個還可用于換熱器結垢清洗狀態(tài)指示，原因是由于換熱器結垢造成其進出口壓降增加，只要設定適當?shù)膲翰钪挡⑦x擇本地指示就可以看到當換熱器結垢到一定程度時指示燈就點亮，提醒用戶及時清洗換熱器，避免由于傳熱效果下降造成的能源浪費及對主機可靠工作的影響。雙設定點壓差開關已經(jīng)作為許多外資項目的冷水機組招標要求必需的水流保護裝置。水過濾器臟堵檢測及指示應用將可調壓差開關的兩端測

15、壓口接水過濾器的兩端，即可用作指示過濾器的狀態(tài)，當過濾器堵塞時發(fā)出報警信號。 泵狀態(tài)指示并反饋給自控系統(tǒng)當水泵兩端存在壓降時即說明水泵在工作，通常自控系統(tǒng)用此檢測水流狀態(tài)。 換熱器清洗指示當板式、套管式和殼管式換熱器內部結垢或堵塞時其在額定流量下的壓降變大，合適的壓差設定點可作換熱器內部堵塞或結垢指示或保護。 壓差旁通控制在HVAC水系統(tǒng)中，通常冷水機組側水系統(tǒng)采用定水量系統(tǒng)可以保證機組運行的穩(wěn)定，末端側水系統(tǒng)采用變水量系統(tǒng)可以減少水泵能耗及實現(xiàn)末端之間的冷量轉移，對于末端的控溫和減少同時使用系數(shù)低的系統(tǒng)的設備的初投資及降低運行費用非常有利。為了滿足冷水機組側的定

16、水量控制和末端側的變水量控制，通常采用壓差旁通控制方法，即末端側水流量發(fā)生變化（即負荷發(fā)生變化，因末端的容量與實際負荷一致）引起主管路的壓差也隨著發(fā)生變化，根據(jù)水泵的性能曲線，如果保證主水管供回水壓差不變，也就保證了水泵的流量，同樣進入到機組的水流量也不發(fā)生變化。Delta-PFS雙設定點壓差開關可應用于變水量系統(tǒng)控制供回水管之間的壓差，即當供回水壓差超過壓差開關高限設定點時，壓差開關的高限輸出的NO與C端閉合，使浮點控制的電動旁通閥門執(zhí)行開啟動作，減少供回水管之間的壓差，當供回水管之間壓差低于壓差開關的低限設定點時，壓差開關低限輸出的NO與C端閉合，使浮點控制的電動旁通閥執(zhí)行關閉動作。當供回水管之間的壓差介于壓差開關高限和低限設定點之間時，浮點控制的電動旁通閥不動作，維持恒定的流量從而保持了壓差的恒定。雙設定點壓差開