全面水力平衡 暖通空调水力系统设计与应用手册

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7.5常规锅炉防冷回水保护

7.5.1单独保护（individualprotection）

7.7锅炉与回路之间的接合

农业标准11 定流量输配 366 13 变流量输配 31 恒定乐差时的接合界面 ... 370 32零压差时的接合界面 ..:373 量3.3 旁通管位置 :374 : 383 平衡用基本术语 405 410

3.1 恒定乐差时的接合界面 370 32零压差时的接合界面 .:373 累33旁通管位置 374

工谷询实践与短时期的研究、开发工作令我涉足于工程技术领域以及有关安 理与运行等一些课题。据本人经验明确无疑的是，优秀的设计与施工来自受 励的团队成员，他们在复杂的专业和施工活动中受到了最好的培训。 为了21世纪国际建设市场的需要，对这项产业，尤其是作为建筑设备工程的 ，必须在教育、技术和研究方面看到它的前景。 工程是科学的应用，工程师是利用已有的技术和拓展后的传统理论时刻满足业 要。真正的新理念与解决问题的新方案是很少的，但为了推进与改善对问题 换豪需要创新、开拓和技术。 理有的方法与技术对工程师克服困难、满足业主需求、解决问题至关重要，所 制造离为三类用户一一设计工程师、承包工程师与最终用户提供很好的技术和 据是*本”，唯此，才可能有全面的质量管理。 于是，大家期盼有一位也曾从事过制造业的学者来编写一本能解决这类需求的 《全面水力平衡》综合涵盖了这一吸引人的技术领域，它可作为一种先进的工具 一本教科书，对于课堂教学以及已用建筑物中的实际运行都很有益。 本书全面论述水系统平衡的设计和应用，并确信在水力系统中最重要的概念是 重通积到回路间的相互作用，平衡与控制回路同时设计而不是单独设计的优点。 教育是培养合适的、有复合技能的工程师和技工的重要方法，他们中的每一个 见们的未来很重要。若没有合适的各级教师，就不能培养出全面有用的毕业生 导术员；若没有高质量的工程技术学生，就肯定不能满足我们的技术需求而进人 量纪。 BobertPetitjean说过：教育始于教室，它是一种将良好的“教”和理论与实践全 请养手段密切相联的混合物。 本书所含有关教学、设计与系统运行的信息对我们未来的舒适性很重要，在某 精童义上对持续我们以前的自然资源又很敏感，

David Lush 建筑设备注册工程师协会主席 1994年3月

是何供热与空调系统的主要目的是为了获得舒适的室内气候，减少费用与 型的间题。 要配经了解室内气候对人们的健康与生产率的重要性，同时它也向我们提出 一的要求：应鼓励生产商开发新型、高级的控制器，包括功能优化、监控 。 真量论上说，这些新技术足以显现满足绝大多数情况需求的能力，也能为增 币约很多能量提供机会。 而，从实际情况看，即使是最高级的控制器也并非总能获得它的理论性能， 单：这些控制器得不到让他们正确运行而通常必须要满足的理想工况 量适性的影响不可忽略。 量量们对HVAC系统进行系统分析，常会发现以下问题： 不能在所有房间内获得所需的温度，尤其在负荷有很大变化后； 末端装置上不管采用何种高级控制器，当室温达到需要值时会不断地发生 。这种振荡通常出现在低负荷与中等负荷时； ·显然产出装置有足够的容量，但在负荷很大时，特别在系统启动阶段，此容 量不能被传递出。 户还抱设备产生烦恼的噪声。在空调系统中，送风温度变化很大的要求常 保证。在气候炎热的国家，室内有时会过冷或有令人讨厌的吹风感，这些 论起夏季室外和冬季室内的情况。因此，由这些设备造成的不舒适性有时 为是“不治之症”，似乎我们不能期望得到改善。最糟糕的是这样的不舒适还很 量，特运行情况满意的系统会多消耗40%的能量。 建种不正常的工作情况即使用更有效的控制系统也不能纠正，究其原因，常是 担感自身的设计存在问题。

需量一般是通过热水或冷水系统来输送的。对于一个原本水循环有问题的系统 。控制器不能有效地对其进行控制。在一些不可能达到设计工况的区域，局部 不能补偿短缺的流量，因为控制阀不能开得比全开还大。中央控制器也不能 一个非同一性的系统。在供热时，热水温度与室外气温之间不存在适用于非平 需统的通用关系。对于每一个房间，这种不同的关系是必然的。 断以，水流量必须合理地分配到整个系统中。 尽肯这样的事实显而易见，但并非总是得到应有的重视。即使系统设计得很好

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连接在一公共管路上，容量不同的两个末端装置的需要流量也不相同，只能通过调 节才能得到需求量。此外，假定所有的初步设定值是用计算机计算的，但仍必须经 过实践。还有，在施工期间系统的最后变更，也会使进行的计算无效，对实际的流 量分配有很大影响。 我们有时会惊呀地发现，所安装的容量传送不到输配管路中去，由于这种情况 发生在一瞬间，故可能会“致命”。在此工况下，控制很困难，甚至采用自适应控制 器也不可能进行控制。这类问题也会出现在配置了最新控制技术的系统中，因为问 题的缘由是系统水力不平衡。 水力平衡的重要性与复杂性常被低估的后果是，水力平衡满意的系统仍属少数。 对于过去这种令人惊访的观结果，可解释为：并不昂贵的能量不足以促使人们负 责地去关心像平衡这类基本又明显乏味的问题。 然而，提高舒适性与用能性能的需求对存在的问题予以强烈地制约。想用加大 设备的规格来达到这样的目的一直是个梦想，因为它很容易产生更多问题。 为了取得可观的节能效果，同时又改善舒适性，必须全面地处理平衡问题。又 为了确保系统的同一性与在接合界面处流量的兼容性，对流量产出、流量分配和控 制回路必须进行平衡。 这些问题将在“水力全面平衡”研究领域内考虑。

它们的可能性； 在设计工况下进行输配平衡，不管系统的总负荷如何，各末端装置至少可收 受到自己的设计流量。输配总流量必须与产出流量相兼容，否则也许不能输 送出安装容量值； ●为了达到最佳工况，并在接合界面处使流量兼容，控制回路必须平衡。此 外，控制原理也必须与整个水力设计相兼容。 换言之，全面水力平衡是一种集许多措施于一身的方法，它将控制问路集成到 本力系统中，以最少能耗费用取得真正的舒适性

我们不可先不介绍装置的部件而去讨论水力间路，我们也清楚，为了理解装置 药水力特性，介绍这些部件是最基本的。 随后，我们再说明在实践中经常发生的水力运行问题的原因，详细解释干扰与 兼容的概念。为了取得所期望的性能，还应明确一些切合实际的准则。 为了理解与系统动态特性有关的问题，我们提供了一些控制装置的方法和付诸 实践的理论结合实际的方法；提供了所采用的主要控制功能以及二通、三通阀的特 性，还强调了它们的重要性和其性能对受控回路的影响。 然后，我们讨论平衡本身内容。为了说明良好平衡的必要性，还介绍一些典型 示例。此外，再介绍各种平衡方法：预调整法、逐步逼近法、比例法和TA公司提出 的补偿法。 最后，我们用几章专门介绍散热器回路、锅炉向路与供冷回路的设计。 本手册涵盖了TA公司全面水力平衡概念中的主要内容，我们希望它将有助于从 事水力工作实践的每一位工作者，尤其是暖通空调专业人员。 我借此机会感谢读者们对本书提出各种意见，还特别感谢

全面水力平衡一暖通空调水力系统设计与应用手册

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部分国家供热设计温度范座

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我们将简要地定义暖通空调系统中常用的系统部件，是它们组成 了我们研究的对象。 我们仅局限于这样简要的解释是因为它有助于理解水力系统图及 其说明。

我们将简要地定义暖通空调系统中常用的系统部件，是它们组成 了我们研究的对象。 我们仅局限于这样简要的解释是因为它有助于理解水力系统图及 其说明。

全面水力平衡—缓通空调水力系统设计与应用手册

水在温度20~60℃之间的比热容为4.185kJ/（kg·K），或为1kcal/（kg·K）。 散热量为P的末端装置，在温降或温升为△T时的水流量按下式计算：

k·P = AT k·P 3600·AT

式币k=3600/4185。对于水来说，在5~80℃范围内，系数无从0.857变化到 0.882，我们通常假定=0.86。因此，采用固定的系数会导致流量计算误差在 0.35%~2.5%范围内。

1. 1. 2 乙二醇水溶液

当用于计算机计算，溶液温度在30~80℃、乙二醇浓度在0~60%范围内时，相 寸应的溶液密度与运动黏滞系数可由下式估算：

中一水温，℃； C一一乙二醇重量百分比，%。 对于常态的水且处于0℃以下时，在其最冷的部位会产生冰晶。这些柱形的冰晶 研活塞似的方式占据了比液态水更大的体积，使剩余水增加了压力，于是降低了冻 禁度，这部分水保持着液态。令人担忧的是，在保持液态的部位，如温度最高处， 旺力最高，有引起容器破裂的危险

小中的空气必须减到最少，这不只是为了减少腐蚀问题，而且空气的存在也会 减少末端装置的产热量。气泡的产生甚至会妨碍局部水力循环。更重要的是，气蚀、 管与控制阀门等处产生噪声的危险性大为增加。 游离空气与溶于水中的空气还影响流量的确定。溶于水中的空气会在温度最高 重压力较低的地方析出。设置在建筑物较高部位的控制阀和平衡阀，由于处于静压 技低处，故最易受到影响。靠近阀门阀座处水流速的增加是压力降增大的原因，它 册于空气与其他气体析出。在此情况下，所测得的实际流望是不正确的。尤其对 于小阅门，测得的流量比真实流量大。

水定用各种材料制成的管道输送的，包括钢管、铜管以及塑料管等。 管道的规格主要取决于要输送的流量、流体类型、压力与温度、最大可接受的 击值以及经济指标。

以用公式进行计算，有些公式是需要选代计算的隐性公式。这些 公式在与雷诺数有关的特定流动工况下有效。雷诺数由下列公式定义

式中Ap (Pa/m), (m/s),d. (mm)

[.2.1.1亲流状态

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0. 9381 [2 · Ig(3.715] Ig Re

1.2.1.2层流状态

当Re<2300，则A=64/Re（下标代表层流）

1.2. 1.3过渡状态

当Re<2300，则A=64/Re（下标1代表层

当2300

1.2.1.4紊流状态下计算管道4的新公式

显然，仅利用管径d：（mm），流量（L/h），粗糙度ε（mm），运动黏 （cst）和相对密度，在Re>3500时，每米压力降（Pa）可直接由下列关系给

当流以（L/s）为单位时，上式变为

对于计算机来说，用此公式不会有任何问是

公称流速与最小冲洗流速和相应压力隆

在：表中效据为当T，=20℃、粗髓度为0.05时，正常流速与相应的K力降（Pa/m）与在水平管道中能携带 铁粒的最小冲洗流速，

循环流速低可以降低循环噪声、输送能量和减小随负荷变化的压差。然而，这 恶重妹着需较大的管道与附件投资。同时也常会引起较重颗粒滞留，造成管道因积 囊而堵塞。因此，在采用循环流速高的国家中，颗粒移动会产生其他运行问题。 在美国，当压力降达到400Pa/m限值时，采取加大管道直径，使系统的平均压 失约为250Pa/m（25mmH,0/m）是相当普遍的。这个法则与速度限制无关， 耐于20℃水，可以由下列近似关系给出：

d, > 1. 66gc 374 d, > 35. 41g0.374

E中d. (mm)、g (L/h)

d. > 35. 41g0 374

日于他的APma（Pam）、最天流速mr（m/s）和g（L/h）可以采用下列更 #意的公式：

三以（L/s）为单位时，按下列公式计算：

工压强的单位，1mumH0=9.80665Pa，全文同。

4:>117gs Apar 4 d: > 36

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寸20℃和70℃时压力降与流速的关系线算图（

在同程系统（有三根输配管）中，整个系统应满足每米管长有相同压头损失的 要求。但由于市场上没有所有计算管径的管道，上述情况实际上不可能存在。注意： 若将给定直径改变为下一挡较小直径，可能会使每米压头损失增加250%。当流量为 32m/h（8.9L/s），水温为20℃时，若管道直径从DN100变到DN80时，每米的压头 损失分别是91Pa与335Pa

电线电缆标准全面水力平衡—暖通空调水力系统设计与应用手册

管道直径可按经济准则选择。 管道的年度费用由两部分组成： （1）20年（例如）折旧期内包括投资利息的管道采购与安装费用，即周定费用 这些费用仅取决于管道直径、保温与作用在过滤器、关断阀等附件上的应力情况。 （2）取决于每年运行小时数的可变费用。 这些费用可以分为两部分： （1）与流量有关的费用，例如依据压头损失的水泵输送费用。在这方面，供热 系统与供冷系统有区别。 供热时，水泵本身的能耗并不是一项损失，因为消耗的能量基本上转换成水中 的热量。因此，水泵输送的实际费用取决于电力的产能费用与锅炉产生相同能量的 费用之间的比值。真实的水泵输送费用可以根据100－10×（每升燃料费用/每千瓦 时费用）理论水泵输送费用的80%（1.4.8节）来估算。供冷时，整个水泵输送 能量是一项损失，冷水机组必须补偿水的再热量。实际的水泵输送费用则约为理论 水泵输送费用的130%（关于水泵输送费用的进一步讨论见1.4.8节）。 （2）与管道直径有关的费用如热损耗与得热量。 经济直径是年度费用最小的管道直径。存在的压头损失可能与系统平稳运行和 须采取的限定条件不相匹配。 在设计有利回路时，有时要采用较大的压力损失值，但不管怎样，回路中须用 平衡阀来限制流量。在这种情况下，计算经济管径就没有任何意义，因为还得用这 样那样的方法来产生压力损失，减小管径会受到引起噪声和水冲刷腐蚀的限制。

1.2.3其他压力损失

弯买、三通、工作阀门等的压力损失必须加到管道的压力降中。 在紊流状态下，这些压力损失可以根据下列公式进行估算，

环保标准Ap = 500gy 0.354q （α单位L/h） d.2 1273q (q单位L/s) d.2

Ap = 0 1 [] （Ap单位Pa，9单位L/h）