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配水

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介绍

许多大型建筑和校园都有HVAC配水系统,也称为循环水系统。水在中央设备中加热或冷却,然后泵送至空气处理器,在那里根据需要调节通风空气。

维护和优化泵和阀门(配水系统的关键机械部件)的性能可能是具有挑战性的。这些系统通常有隐藏的性能问题,浪费能源和导致设备过度磨损。

与暖通空调系统的其他机械部件一样,预防性和预测性维护计划是维护高效系统、节约能源、防止成本高昂的故障和延长设备寿命的极好方法。

了解有关建立最佳实践操作和维护计划

配水系统类型

水分配系统要么是闭环(冷却或加热系统的水不与外部空气接触),要么是开环(冷凝器的水暴露在外部空气中,通常在冷却塔中)。封闭系统中的水比开放系统中的水需要更少的处理。

冷冻水和加热水的分配系统

循环系统类型

冷冻水:冷却水分配系统运输用于空调从冷却器到空气处理器的空调,冷却水流过通风气流中的线圈。冷水也可以直接流到位于占用空间的终端单元。另一种变化是辐射冷却或冷却梁,冷却水流过辐射冷却装置。被动冷却梁提供与通风气系统分开的冷却。活性冷梁集成到通风输送系统中。

学习更多关于冷水机的操作和维护年代。

加热水:供热水系统将水从锅炉(通常位于中央工厂)输送到空气处理装置或周边终端设备。热水系统是闭环的。

学习更多关于锅炉的运行和维护

冷凝水:冷凝器水回路在冷水机组的冷凝器和冷却塔之间移动水。这些系统通常是开环的。

学习更多关于冷却塔的操作和维护

从节能热泵:该液压系统在整个建筑物中循环水到各个水 - 空气热泵。大多数加热和冷却由各个热泵服务,该区域提供它们所在的区域。这些热泵要么将热量从水环中取出或拒绝热量。在适度的天气中,水环自平衡在受控范围内,通常为65-90°F。在炎热的天气中,如果环的温度超过90°F,则环中的水将转移到冷却塔。在寒冷的天气下,如果环温度下降到65°F以下,水将通过锅炉转移,以增加环中的水温。液体热泵通常是闭环系统。

地源水环热泵:这是一个水循环热泵系统(如上所述),增加了一个埋在地下的广泛管道循环,作为散热器。在供暖季节,热量被管道回路中的水从地面吸收,在制冷季节被排到地面。

恒流量和变流量泵系统

所有的循环系统不是恒定流量就是可变流量。一般来说,老建筑都有恒定流量系统,而大约1990年以后建造的建筑或系统则使用某种形式的变流量控制来泵送冷冻水和加热水。

恒流:当系统运行时,整个循环回路中保持恒定流速。流量是针对峰值设计条件确定的,峰值设计条件代表总运行小时数的一小部分。

变量流量:变流量泵可以通过以下几种方式实现:

  • 机械或磁力离合器:这种类型的设备控制电机对泵的扭矩,以响应DDC系统的外部输入,通常是供应和返回管道之间的压差。
  • 变速驱动器:VSD改变电动机的电气输入的频率,允许电机根据需要加速或减速以维持设定值。

调节控制阀:有两个阀门类型,双向和三向。任一类型可用于恒定流量和可变流量泵送。

  • 双向阀门:它们可以与控制压力的旁通阀一起用于恒流泵系统。如果由于许多阀门关闭导致供应压力过高,它们可以让未使用的水返回到中心电站。它们也可用于变流量泵系统,其中泵的输出直接由压差控制。
  • 三方阀门:这些传统上用于恒流泵送系统,其中未使用的水在盘管处旁通。它们也用于可变流量泵送系统。在特殊情况下,可在最长管道末端安装多个。它们的流量之和等于泵能稳定产生的最小流量。这也允许管道系统保持在温度设定点,以防另一个空气处理器需要立即冷却或加热水。

泵送系统的安排

与单环恒流系统相比,有几种方法可以结合上述泵和阀系统以提供节能。

伯仲变速流系统:水以恒定速率流过冷却器或锅炉主回路,水以可变速率流过为空气处理器或风机盘管提供服务的二次回路。分离部分(下图中显示为公共管道)以液压方式隔离两个系统。一次二次可变流量系统比恒流系统更节能,因为它们允许二次变速泵仅使用满足系统需求所需的能量。

初级次级循环系统的原理图

主要循环变量流系统:这些是带有一个可变流量回路的冷水或热水系统。双向旁通阀通常用于维持通过冷水机组或锅炉的最小指定流量。一次回路变流量系统比一次-二次变流量系统效率更高。

配水系统的关键部件

泵:暖通空调水分配系统使用离心泵。离心泵有旋转部件和固定部件。旋转部分由叶轮和轴组成;固定部分是壳体,包括壳体、壳体盖和轴承。电机旋转轴和叶轮,产生离心力以提高水流速度,并将水流通过蜗壳(面积增加的弯曲漏斗)推至泵出口。

离心泵

阀门:手动或自动阀门调节整个管道系统的水流量。阀门具有四种基本功能:1)启动、停止和引导流体;2)调节或节流流量;3)防止回流;4)缓解或调节压力。

平衡阀还称为电路稳定器,是一种特殊类型的调节阀,限制设计条件下的流量。这允许系统平衡,使系统中的每个线圈都具有足够的流量。这些阀门过度的压降可以浪费大量的能量。

根据应用类型,可以提供多种结构的阀体。不管功能如何,阀门的基本部件是阀体、阀座、阀杆和填料或垫圈。阀门执行机构通过自动阀门响应电子或气动控制信号来控制水流。

双向或三通阀控制加热或冷却水的流量。二通阀减少流量,通常在变流量系统中使用。当需要时,三通阀通过将水分流到线圈(或其他设备,如冷水机或锅炉)周围来保持单流量。三通阀通常用于恒流系统。

阀组件

管道和其他系统组件:管道连接所有部件,除了流体-热泵回路,应该按照当地规程进行绝缘。其他需要适当操作和维护的系统部件有膨胀罐、过滤器以及压力和温度仪表。

安全问题

在旋转泵轴和联轴器附近工作是危险的。电机控制面板和泵电机的电气连接存在触电危险。如果没有完全绝缘,热水系统是危险的,所以在接触没有绝缘的管道之前先检查它的温度。

在维护过程中,始终遵守锁定和标记程序。

高效运作的最佳实践

这些最佳实践将有助于提高您的配水系统的性能,并降低运行成本:

监控化妆水表:在闭环循环系统中发现泄漏的一种快速方法是监测系统补给水入口上的流量计。每天或每周读取仪表读数,并将读数与历史平均值进行比较,有助于识别问题。

调查阀喋喋不休:从控制阀发出的阀颤振或水锤可能表明阀处存在过压。高泵压力或系统不平衡可能超过阀门执行机构的关闭额定值,导致水通过“关闭”的阀门,从而引起振动。水通过“关闭”的阀门,导致过冷或过热,从而破坏控制,浪费能源。通常,带有垂直执行机构的二通阀的关闭压力极限应该比泵的最大扬程高出25%。带有旋转执行机构的双向阀门使用更低的扭矩。三通阀不需要像垂直二通阀那样的高限制值,因为它们只是简单地转移流体。重新平衡或作为最后的手段,将阀门执行器更换为具有合适的更高压力限制的执行器,可能会解决这个问题。在进行任何更改之前,请确认系统中阀门的正确操作参数。

确认正确的控制设定值:控制在可变流量系统中的泵,以在临界区域或远离中央厂的线圈上保持线圈的最小差压。确保此线圈的差压设定值(可能有多个)是正确的设计值。偶尔会提出这些设定值,以试图解决不相关的问题,然后忘记浪费泵能量。

调查平行泵送:大多数可变流量系统都有一个在线(或铅)泵和一个备用(或滞后)泵。在流量较高的情况下,可以更节能地操作两个泵。典型的控制序列用于铅泵单独操作,直到达到其最小流速的两倍,然后滞后泵循环和两个泵在相同的速度控制信号上并联一起操作。工程专业人员应确定您特定系统的最佳策略。

维护的最佳实践

泵是暖通空调和工艺负荷应用的重要组成部分。泵的效率直接影响其他系统部件的效率。

每周检查系统:每周至少一次,建筑工程应该走整个系统并检查管道,阀门,泵,用于泄漏和异常噪音。噪音通常表示隐藏的阀门或泵问题。噪声源包括湍流,空化,夹带空气的释放和水锤。

确保充分的水处理:尺度和污泥沉积物减少流量并损害热传递。持续的水处理计划对于整个分配系统的高效设备运行至关重要。

检查绝缘:如果配电管道的绝缘不充分、损坏或潮湿,系统效率就会降低。适当的绝缘可以减少辐射能量损失高达90 - 95%。对于需要定期维护的阀门等部件,可以使用可拆卸的绝缘垫片或扣式绝缘材料。

测试阀笔划:每年测试每个自动阀门。进行测试,其中阀致动器通过行程的整个范围移动阀杆。未能平稳地通过整个范围表示问题。

保持冷凝器最佳流量:大多数凝汽器水系统都有一个过滤器,用来清除开式冷却塔内的较大杂质。在空气中颗粒物含量高的地区,建议采用侧流机械过滤系统,持续过滤水并去除污染物。

每年测试泵效率:测试大型泵的效率,并将其与之前的基准数据进行比较,将有助于发现开发中的问题。

平衡或重新分配系统:如果在多个空气处理程序中发现了温度控制问题并且无法解决,或者如果水力系统已经扩展或修改,则测试和平衡专家或调试工程师应测试和重新调整系统。

下表提供了维护任务的清单。

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水分配系统的维护时间表

描述 评论 维护频率
检查泵使用/测序 关闭/序列不必要的泵。 每天
目视检查泵、阀门和所有机械接头 目视检查部件,确保所有设备运行正常,安全系统到位,没有异常泄漏。 每周
测试水 测试适当的溶解固体浓度和化学成分。必要时调整化学品。 每月
检查润滑情况 确保根据制造商的建议润滑所有轴承。 每月
检查包装 检查填料是否磨损,必要时重新包装。考虑用机械密封替换填料。 每月
检查机械密封件 检查是否有超出制造商规格的泄漏。必要时更换。 每月
电机/泵校准 调整泵/电机联轴器,确保有效的扭矩传递给泵。 每年
检查配件 检查并紧固所有泵安装。 每年
检查轴承 检查轴承和传动带是否磨损。必要时进行调整、修理或更换。 每年
检查过滤器 清洁过滤器。 每年
检查膨胀罐 检查这些储罐,以确保接受能力是足够的,并确保其功能正常。 每年
检查加热和冷却热交换器。 温度差异可能表示空气结合,堵塞的过滤器或过度规模。确定原因并正确。 每年
循环阀门 观察阀门从关闭到100%开启的整个过程。从100%开启位置后退半圈,以防止阀门在全开位置“冻结”。 每年
电机条件 通过温度或振动分析检查电机的状况。 每年

参考文献

ASHRAE手册,暖通空调系统和设备, 2000年

美国能源部,改善泵送系统性能,第二版,2006年5月www1.eere.energy.gov /行业/常规/ pdf / pump.pdf

哈罗德R。科尔恩,体育,HVAC系统评估, 1990年

FEMP运维最佳实践指南2.0,2004年7月

有关泵的更多信息,请访问以下由水力学会赞助的网站:www.pumplearning.orgwww.pumps.org,及www.pumpsystemsmatter.org

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