模块式风冷热泵冷热水机组水流量控制技术研究

模块式风冷热泵冷热水机组水流量控制技术研究 模块式风冷热泵冷热水机组水流量控制技 术研究 工程 模块式风冷热泵冷热水机组水流量控制技术研究 姬鹏先,郝鸣-,张亚东2 (1.郑州轻工业学院,河南郑州450002;2.上海安巢在线控制技术有限公司.上海200050) ? ??-..----.------.--.--.-?-----.-.----.-.-.-.-.-.-.?.-.-.-?--.-----?---..--- ? ? :摘要:分析了模块式风冷热泵冷热水机组水流量保证的,研究了压差式流量开关 :在模块式风冷热泵冷热水机组中的应用.: :关键词:模块式风冷热泵机组;压差式流量开关;流量;控制: ?? ?- -_-_--__-__?_-_--__-__-__?_--?----_-_-_-----_?_?------_-_---?__--__-------? ? 中图分类号:TU831.4文献标识码:B文章编号:1006—8449(2006)04—0056—03 0引言 模块式风冷热泵机组是各个独立的风冷热泵机 组组合在一起使用,目前模块式机组是商用空调市场 销售非常好的机型.它的优点是可以根据客户的负荷 情况改变模块单元机组的数量或允许客户在使用过 程中再增加机组,方便客户根据自己的资金和使用情 况灵活采购和使用机组. 在模块式风冷热泵机组的结构上,每个模块均有 相同口径的进,出水管,模块之间只需将水管对接即 可,安装非常方便,由于模块机这种特殊的形式,模块 机组的进,出水管的流速不确定,给模块机组的水流 控制带来了一定的难度.确保每个模块得到合适的水 流量是模块机组可靠工作的必要保证,不适当的水流 量可能导致某个模块单元机组蒸发器结冰,冷凝压力 高,压缩机"咬缸"等故障.对于模块机组一般制冷量 比较大,一旦发生上述故障,品牌的美誉度将受到非 常大的影响.因此模块机组的水流量控制及保护是非 常重要的,合适的水流检测方法以及检测部件可以保 证机组只在系统水流量大于允许的最小水流量下T 作,在很大程度上可以避免空调主机发生故障. 1模块机组连接水管的设计 1.1模块机组内主水管布局设计 模块机组因各模块之间共用进,出水管,当连接 各模块之间水管时,如果模块数量比较少,主水管可 采用异程式布局;如果模块数量较多最好采用同程式 布局,这样可以确保每个模块之间的水流量一致. 1.2模块机组内主水管水流速控制 模块机组各模块之间共用进,出水管的管径不仅 取决于每个模块制冷量的大小,还取决于整个模块机 组的最大模块数量.通常模块机组主水管的流速控制 在0.5,4.0m/s较合适.因为如果流速比较大,模块之间 的水管道沿程阻力较大,容易造成模块间的水流分配 不均,适当的主水管流速可以忽略在主水管上产生的 压降. 如果单元模块的换热器在额定流量下的压降为 30kPa,模块内部主水管的压降在2kPa内,每个模块 之间的水流量几乎相同,但如果模块内部水管的压降 超过5kPa,模块机组之间的水流量偏差将可能超过 10%.对于换热器在额定流量下压降越大,需要机组 内部的主水管允许的压降越大,水泵的扬程也越大. 1.3模块机组系统水过滤器的选择及安装 模块机组的水管管径一般比较大,从工程造价上 考虑水管一般不会选择铜管等不易腐蚀的材料, 往往选择一般的无缝钢管作为水管.整个水管路采用 无缝钢管电焊的方式连接,电焊过程中产生的大量焊 渣如果不能进行有效的清除,焊渣一旦进人换热器则 危害非常大,将可能造成换热器局部堵塞.如果机组 换热器使用的是钎焊板式换热器或套管式换热器将很 难去除,因为这两种换热器不能进行机械清洗,如果使 用壳管式换热器将比较容易去除焊渣. 如不能有效清除换热器内的焊渣将导致水侧换热 器局部水流量下降,而此时冷媒侧冷媒流量基本不变, 有可能导致水温下降甚至低于水的冰点,由于堵塞的 水侧流量下降致使与之相邻的冷媒侧不完全蒸发,出 56 I初卷 工程设计 现回气管结霜甚至结冰的情况,容易使压缩机产生液击. 如果换热器局部堵塞程度较轻,此时系统的整个 水流量没有太大的变化,水流保护开关不起作用.而防 冻保护传感器(插入到换热器内部检测水温)也检测不 到该最低温度点,防冻保护并不能起作用,就可能发生 换热器冻坏直至整个制冷系统报废.为了防止焊渣等 杂质堵塞换热器,除在施工过程中施工操作外,厂 家在冷水机组设计过程中也应加以考虑. 水过滤器是模块机组共用的部件,是水系统关键 的部件之一,选择得适当可有效预防水管施工过程中 杂质进入换热器,适当的目数和形式也是非常关键的; 应在安装时预留旁通机组进水管的阀门,开机调试前 对旁通模块机组换热器进行水管路清洗. 流开关 图1水过滤器安装示意图 此时, 进水水过滤 器内最好使 用100目不 锈钢冲压滤 网,到末端 的水过滤器 目数应大于 100目(临时使用,调试好后旁通阀打开).如果系统有 备用泵时则同时开启主备用泵,使水管路内的流速最 大,开启24h后清洗过滤网.这样可以将几乎全部大颗 粒杂质积聚在水过滤器内,然后再更换60目的水过滤 器即可开机调试.水过滤器安装示意图如图1所示. 1.4模块机组水管材料的选择 对模块机组的水管路系统厂家常采用镀锌无缝钢 管,但钢管在工程施工现场无法实施镀锌工艺,天长日 久水管易生锈腐蚀.如果采用钢管内衬耐腐蚀塑料就 没有管路腐蚀和产生焊渣堵塞水管路的情况,虽然增 加安装造价,但大大降低空调机组的维修和维护保养 费用,在寿命期内的综合费用会大大减少. 2模块机组水流量检测的方法 2.1模块机组水流量检测 目前在模块机组中的控制上有每个模块需要一个 水流量信号和只有主模块需要水流信号两大类,这两 种方法在模块机组生产厂都有使用.每个模块有一个 水流信号的水流控制方法可以比较真实地反映该模块 的水流情况;只有主模块接水流信号不能真正反映每 个模块的水流情况,对于生产厂来讲这种方法可以降 低成本,但对模块机组来讲这种控制方法并不理想. 目前模块机组水流量检测上主要有两种简单实 用,成本低的检测形式,即靶式流量开关和压差式流量 开关,下面比较两种检测方式的安装和使用特性. 2.2靶式流量开关的安装和使用 靶式流量开关是将靶片安装在水管中,管内水流 冲击靶流片使之弯曲变形,从而带动微动开关输出信 号给模块机组控制器,告知有水流可以启动机组. 由于模块机组的主水管的水流速度在变化(增减 使用的末端数量),给靶式流量开关的安装带来一定的 难度.通常靶流片安装后有三种状况:一是不动作;二 是卡在管子上部不能回复;三是正常.安装非常好的情 况与水管的管径和安装人员的经验非常有关,管径越 大靶式水流开关的一次安装准确率越高. 通常靶流片不动作是因为靶流片安装的深度不 够,需要重新旋人或更换靶流片.许多安装工人遇到 这种情况如不能很快解决,往往短接水流开关或者调 整螺钉,从而使模块机组失去水流保护. 如果是卡在管子里不能回复,往往是靶流片太宽 的缘故.第一次动作时被卡在管子上部(这种隋况在小 管径冷剂水管中出现比较多),这是安装商不能发现 的,此时流量开关也失去了作用.如果安装间隙不够, 即使当时可以工作,由于管子的生锈或结垢等造成的 实际使用管径变小,也有可能使水流开关卡在管子内 不能有效动作. 由于模块机组在现场的模块数量不定,主水管的 流速也不能确定,给靶流开关的安装带来很大的难度, 主水管上的流速变化造成靶式流量开关的摆动动作复 位频繁;当水系统混有空气时,水中的空气冲击靶流片 造成流速下降,靶流片瞬间复位发给机组错误流量信 息(为防止发生这种错误,通常机组控制器延时处理流 量信息).另外靶式水流开关的靶流片在正常使用时长 期受水流压迫处于弯曲变形状态,易疲劳破坏,尤其在 流速超过3m/s以上时其寿命将大大缩短. 如果每个模块都需要流量信号,就更不适宜安装 靶式流量开关.目前各个模块机厂家的模块机的换热 器,在就近接模块机组的主水管上,不可能提供安装靶 流开关所需要的前后段最小的直管距离,所以一些厂 家也不得不放弃每个模块需要一个水流信号这一理想 的水流保护方法. 2.3压差式流量开关的安装和使用 压差式水流开关是根据HVAC设备的阻力和流 量的曲线设计的.我们知道HVAC设备的换热器,水 过滤器,水泵及阀门等装置都有其阻力与流量的性能 10熊 lDc7总第1期第27卷_ 曲线,通过检测其两端的进出水压差,并与该装置的预 先设定值进行比较,就可以准确控制流量. 压差式与靶式流量开关相比它是一种精确的流量 控制方式,它具有准确的流量控制值.它可以直接安 装在机组内也可以在现场安装.如果在机组内安装, 从压差开关连接两根铜管至换热器的进出口,测量其 进出口的压差,即反映出流量.它不需要在用户现场 安装和接线,也就避免了靶式水流开关的安装不准确 而导致机组故障的隐患. 如果在现场安装,可以使用双设定点可调的压差 开关,从模块的主进出水管引出6.35的铜管用管螺 母接到压差开关上即可.如果现场具有便携式超声波 流量计测量主水管的流量更好,可以调整压差开关的 调节螺丝设定好需要的保护流量值,如果现场不具备 此条件,也可以根据工厂提供的不同模块组合下的主 进出水管的流量和压差值曲线,设定到合适的压差值 以实现精确控制流量. 压差开关上另外一个设定点可以现场调整用作模 块机组压差过大时(即模块机组内部结垢或堵塞)的指 示.具体方法是在正常的水流量下,调整压差开关该 设定点的调整螺丝,使其闭合或输出指示灯亮,然后缓 慢旋进使压差开关断开或输出指示灯灭后再1,2圈 即可.如果模块机组进,出水管和换热器之间的压差 大于设定值,即可发出报警信息提示用户清洗换热器 及管路. 压差式流量开关具有流量控制准确,对系统不额 外增加阻力,对水管管径没有要求以及无水流扰动干 扰等特性,可取代任何形式的靶式流量开关作为 HVAC水系统的流量控制,相对于靶式流量开关它可 以避免水泵气蚀引起假流量(实际流速很大,但水中混 有空气而实际水流量不大),故可广泛应用在使用钎焊 板式换热器,套管式换热器和壳管式换热器的模块式 风冷热泵机组水流量控制并兼有部分防冻保护的功能. 3压差式水流量开关在模块机组中的应用 3.1水流量保护和堵塞指示 对于模块机使用的钎焊板式换热器,套管式换热 器或壳管式换热器其压差与流量的曲线可能不尽相 同,如果每个模块机使用一个固定设定点压差开关,可 以在工厂进行测试确保配置的压差开关的保护流量值 合适.建议断开流量大于额定流量的50%.复位流量 建议小于额定流量的80%. 如模块机组只有主模块接收水流信号,可采用可 工程设计 调双设定点压差开关.根据模块机组的进,出水管的 压降与流量曲线调整压差设定值,另一个设定点可以 用作换热器堵塞或结垢指示,具体安装位置参见图1. 3.2压差旁通控制 在模块机组的水系统中,通常模块机组侧水系统 采用定水量系统可以保证模块机组运行的稳定,末端 侧水系统采用变水量系统可以减少水泵能耗及实现末 端之间的冷量转移,对于末端的温控,减少设备的初投 资及降低运行费用非常有利. 为满足模块机组侧的定水量控制和末端侧的变水 量控制,通常采用压差旁通控制法,即末端侧水流量发 生变化(即负荷发生变化,因末端的容量与实际负荷一 致)引起主管路的压差也发生变化.根据水泵的性能 曲线,如保证主水管供,回水压差不变,也就保证了水 泵的流量,同样进入机组的水流量也不发生变化. Delta—PFS"双设定点压差开关可应用于变水量 系统控制供,回水管之间的压差,即当供,回水压差超 过压差开关高限设定点时,压差开关高限输出的NO 与c端闭合,浮点控制的电动旁通阀门执行开启动 作,减少供,回水管之间的压差;当供,回水管之间压差 低于压差开关的低限设定点时,压差开关低限输出的 NO与c端闭合,浮点控制的电动旁通阀执行关闭动作. 当供,回水管之间的压差介于压差开关高限和低 限设定点之间时,浮点控制的电动旁通阀不动作,维持 恒定的流量从而保持了压差的恒定.双设定点压差开 关可以是一个浮点压差旁通控制器,通过调整压差开 关的高,低限设定点,可以调整浮动带,大大优于以往 的压差控制器的开关量控制方法. 4结语 在模块机组上,每个模块使用压差流量开关或主 模块使用压差流量开关,都得到了很好的效果,尤其在 模块增,减时造成的主水管的流速变化及水管路有少 量空气时,压差流量开关工作非常稳定,不会出现类似 靶式流量开关的漂浮情况,经反复测试动作和复位流 量均有明确的流量值,具有比靶式流量开关更优的性 能 参考文献: [1]吴有筹.风冷热泵应用问题简析[J】_暖通空调,1995,(5):8,10. [2】上海安巢在线控制技术有限公司,压差式水流开关【z]. 收稿日期:2005—12-26 修回日期2006—02—07 (下转第77页) 58 I助卷 技术交流 ManagementMethodofIncreasingRefrigerationEfficiencywithLithium BromideAbsorptionRefrigerator HUYong—-ming (YizhengChemicalFibreCo.,Ltd,Yizheng211900,China) Abstract:Basedonthelong-periodofmanagementforthelithiumbromideabsorptionchilleroperationproposed somesuggestionsaboutairtightness,lithiumbromidesolution,chilledwaterandcoolingwaterqualityaswellas chilleroperation.Sincetheoptimizedmanagementthelongperiodstablerunningofthechillersisguaranteedandthe refrigerationperformanceisimproved. Keywords:lithiumbromideabsorptionchiller;refrigeratingefficiency;airtightness; operatingmanagement 作者简介:胡永明(1972一).男.江苏高邮人,学士,工程师,主要从事暖通技术管理工 作. (上接第58页) StudyonWaterFlowControlTechnologyforAirCooledHeatPumpModularChiller jIPeng-xian,HAOMing,ZHANGYa-dong2 (J.ZhengzhouUniversityofLightIndustry,Zhen@hou450002,China;2.ACOL(Shanghai)OnlineControlsCo.,Ltd,Shanghai200050,China) Abstract:Thewaytoensurewaterflowofaircooledheatpumpchillerwasintroduced.Theapplicationof differentialpressureflowswitchesinaircooledheatpumpmodularchillerwasstudied. Keywords:aircooledheatpumpmodularchiller;differentialpressureflowswitches;waterflow;control 作者简介:姬鹏先(1970一),河南省封丘县人,工程师,主要研究方向:制冷与空调. (上接第63页) StudyonDefrostProblemoftheAirSourceHeatPumpduring AdoptingtheReverse-cycleBypassMethod LIUQing-jiang,HANXue-ting (DepartmentofRefrigerationandAirConditioning,MechanicEngineeringcollege,TianjinCommercialInstitute,Tianjin300134,Chinn) Abstract:Studiedthefrost/defrostproblemofairsourceheatpumpduringtheheatinginwinter.Putforward somemeasureofreducingenergyconsumptionofdefrostduringadoptingthereverse-cyclebypassmethod. Keywords:airsourceheatpump;defrost;bypass;energyconsumption 作者简介:刘清江(1963一),男,辽宁省建~-g-/.,硕士,博士研究生,副教授,研究领域: 低温与制冷. (上接第67页) CharacteristicsAnalysisonWaterSourceHeatPumps CombinedwithDeepandShallowWells wuLi-juan,ZHUNeng 【1.HebeiCroup,Shijiazhuang100051,China;2.TianjinUnivers,Tianjin300072,China) Abstract:Thecharacteristicsofwatersourceheatpumpscombinedwithdeepandshallowwells.inwhichwell sideheatpumpswereconnectedinseries,wereinvestigatedthroughdesignexample,forthepurposeoffather utilizationofgroundwatersource.Itsvirtuessuchasenergystorageandexchangebetweenthetwowells,usingheat resourceadequately,requiringwellsasfeweraspossible,andavoidingearthsubsidencewerediscussed.andthe conclusionthatWSHPsinseriescanenhancewellutilizetemperaturedifferencefrom7-10~Cto30qcandthensave moreenergycomparedwithWSHPsaloneinthesamewaterinletandoutlettemperaturewasputforward.Atlast,the methodofwatertemperaturecontrolandnumbersofstagesinseriesweresuggested. Keywords:groundwatersourceheatpumps;characteristicsinseries;optimizationdesign 作者简介:吴丽娟(1973一),女,河北石家庄人,硕士生,主要从事空调新技术的研究 蝴 I,/7总第l10期第27卷_