水力平衡二

接上文。

第七部分：何时修正叶轮

平衡不仅仅是调节阀。有时（实际上是非常经常）是关于在实际操作条件下评估泵的性能。

记住ASHRAE 90.1对水力系统平衡的评价：

“水力系统应按比例平衡，以首先使节流损失最小化；然后修整泵叶轮或调整泵速以满足设计流量条件。”

— ASHRAE 90.1

但是，如何确定是否需要修整已安装泵上的泵叶轮？

首先，重要的是要了解已安装的系统几乎与原始图形中的内容不匹配。泵可能尺寸过大，压头损失可能与系统设计者最初计算的结果有所不同，这取决于承包商对系统进行管道输送的方式。因此，重要的是要根据实际系统曲线而非理论曲线确定泵的运行位置。

为了更好地理解这一点，假设我们有一个单泵系统，其设计点为650 GPM，扬程76英尺。

换句话说，该泵已被选择为关键电路提供650 GPM的流量。设计工程师进行了系统水头损失计算，并确定我们需要恰好76英尺的水头来泵送该系统。基于这些标准，他选择了以下泵：

但是，一旦安装了泵，所有者就会 告管道中的噪音过大。这是我们的第一个线索，即实际工作条件与预期不符，因此需要进行一些侦探工作。

失去平衡

首先，我们必须确定已安装的泵正在产生多少扬程和流量。使用相同的压力表，我们读取了泵的吸入和排出量，发现泵产生了65英尺的扬程。马上，我们注意到有些事情并不完全正确。毕竟，该泵被选为可提供76英尺的扬程。我们查阅泵的曲线，发现65 Ft的相应流量。扬程为850 GPM，而不是650 GPM设计流程。我们过度泵送系统，这不仅导致噪音过大，而且浪费了能源。

我们的系统不平衡。我们产生的流量超出了我们的需要，因此，我们不符合ASHRAE 90.1的要求，并且浪费了能源。

节气门，修整还是更换？

我们可以对这个问题进行创可贴，然后简单地将泵节流，以将流量减少到650 GPM，但是ASHRAE表示我们也不应该这样做。请记住，我们要尽量减少节流，因为节流会浪费能量和金钱。更为合适的解决方案是修整叶轮，甚至更换泵。

继续我们的例子，我们现在知道我们的泵和系统并非天生一对。当然-我们可以节流泵，郭鹏学暖通甚至可以为所有者节省他或她现在所支付的钱，但是真正的问题是，如果泵更适合已安装的系统，那么我们可以节省多少钱。

使用三重阀，我们可以将系统推回到曲线上的预期工作点。在这种情况下，这会将我们的运营成本（基于.06 kW）从之前的每年8000.00美元的运营成本（AOC）降低到7400.00美元。好像是胜利，但这是吗？

相反，如果我们对泵进行调整而不是人为地增加系统阻力，该怎么办？我们只需为我们实际拥有的系统创建系统曲线，而不是由设计工程师预测/预期，即可确定该解决方案的结果。为此，我们使用已知的850 GPM（在63英尺扬程）的工作点和System Syzer绘制实际系统曲线的点。

使用这些点，我们可以在泵曲线上绘制新的系统曲线（我们的实际系统曲线）。请记住，我们仅需要650 GPM即可为该系统服务，我们只需在泵曲线上从650 GPM向上绘制一条垂直线，以查看它与系统曲线的交点。

从下面的泵曲线中可以看到，相交点恰好位于7-?“叶轮的曲线上方–或大约7?英寸，这比我们现有的9-?”叶轮更好地匹配了我们的系统。

还要注意，从17马力（系统最初的运行方式–无修整，无油门）的下降功率一直下降到7?” HP。现在，我们的年度运营成本明显减少了-$ 3600.00和$ 8000.00。与仅通过节流阀可节省的$ 600.00相比，这是远远得多的改进。

如果我们的系统扬程略小一些，则与系统曲线的交点可能会出现在该特定泵的下方，在这种情况下，我们可能希望更换整个泵。

最后，还有另一种解决方案。我们可以在泵上安装变速驱动器以降低其速度，从而改变其性能曲线。但是，在这种情况下，微调就是我们所需要的，以使泵与系统保持平衡，并符合ASHRAE 90.1。

第八部分：读取和设置比例平衡方法

什么是比例平衡？为什么ASHRAE 90.1能源法规要求？

比例平衡的任务是实现节能泵系统的第一步。它涉及到调整系统平衡阀，以确保在设计条件下所有区域都得到成比例的流量。一旦完成此任务，它便使我们有机会从系统中去除油脂，以提高效率（即，通过调整叶轮或实施变速泵控制）。

该过程非常简单，可以使用图1中所示的以下示例轻松说明。

图1-HVAC系统上的高架泵。

在这里，我们有一个非常简化的三区域系统，该系统设计为通过指定为1500 GPM和扬程70 ft。的泵为其所有三个区域提供500 GPM的流量。如果您特别注意观察，则可能会注意到指定的泵已经超载。如果我们将最后一个（关键）电路中的扬程损失加起来，我们会发现该系统所需的理论扬程为54英尺-而不是70英尺。

那是纸上的系统，但是当我们实际打开泵时会发生什么呢？

从事HVAC业务的人都知道，很少（完全可以，永远不会）完全按照计划安装泵和管道系统。这就是为什么必须观察并记录已安装系统的实际运行状况，并将其与设计进行比较的原因。从那里我们可以开始按比例平衡系统并根据需要调整泵速的过程。

准备，设定，平衡！

因此，我们安装了简单的三区域泵送系统，并准备按照ASHRAE 90.1。进行操作。涉及的步骤如下：

步骤1.以全速设计打开泵，确保所有阀门都完全打开

步骤2.找到关键的（最不利的）区域/终端设备，并记录通过该设备的流量。它可能远低于峰值负载时的要求。回到我们的示例，假设我们打开系统，这就是我们发现的内容：

图2-不平衡系统，泵处于打开状态，阀门全开。

显然，这不是我们想要的—但是请记住，所有阀门都已完全打开，我们尚未达到平衡。我们流入第一个线圈的流量过多（也许甚至足够嘈杂），而最远的线圈无法达到500 GPM的设计流量。

图3显示了我们的超大型泵的实际运行曲线（蓝色）与指定运行位置（绿色）的关系。

图3-超大型泵的实际运行曲线。

步骤3.通过区域1中的电路设置器调整流量，以使其接收到总流量的1/3。请记住，在此特定设计中，所有负载都是相等的，因此流量将按三分之一分配给每个负载。

（尽管图1没有显示电路设定器，但我们知道，在现实世界中，每个区域在线圈的返回侧都将安装有电路设定器或其他类型的流量控制设备。）

步骤4.以与调整区域1相同的方式调整区域2中的流量。继续将此值与总泵流量进行比较，由于节流电路设置器的附加阻力，总泵流量将略有下降。您希望区域1和区域2的流量相等，并且每个区域都具有总流量的1/3。由于您未将3区电路设置器完全打开，因此剩余的1/3 GPM将自动进入3区。

图4-系统处于平衡状态，但每个电路的流量都超过了500 GPM的设计流量。

第5步。此时，系统已按比例平衡，但流量仍然过大，因此必须在泵出口处节流三重阀，以将流量降低至所需的1500 GPM。

步骤6.将泵节流至1500 GPM之后，我们将系统中多余的扬程限制在三重阀上。在系统全开的情况下，测量该阀上的压降。这准确地告诉我们系统中必须有多少剩余。在这种情况下，它的头部是16英尺。

图5-泵被节流以吸收多余的16英尺扬程的系统。

步骤7.修剪泵的叶轮或添加/调节变速泵驱动器，以降低泵的速度，从而卸下额外的16英尺扬程。

图6-修整叶轮（或实施变速泵控制）后，系统现已按比例平衡并且效率最大化。

请注意，现在我们回到了54英尺的水头，这正是我们所需要的，并且我们最关键区域的阀门完全打开。所有区域均按比例平衡，我们实际上将制动马力（bhp）降低到25，这比起初的36 bhp有了很大的提高。对于节能而言，这很重要，它反映了按比例平衡系统并进行必要的泵调整所产生的节能类型。

最终结果是系统效率大大提高，并且您已经满足了ASHRAE 90.1的重要要求！

第九部分：为什么不预先设置电路设定器来实现比例平衡

在上一节中，我们详细介绍了按比例平衡水力系统的分步过程。但是，许多人可能想知道，如果从理论上说工程师拥有告诉安装承包商准确地在何处设置这些电路设定器以实现比例流量的所有必要信息，那么是否真的需要进行所有这些工作。郭鹏学暖通毕竟，工程师使用System Syzer可以很容易地确定通过每个回路的压降，并为回路设定器提供正确的设置，因此流量会自动平衡，最后一个回路设定器可以完全打开。在此水力平衡系列的第3部分中，我们讨论了如何使用System Syzer。

那么，在使用电路设置程序进行手动平衡的系统设置中，第8部分描述的平衡过程真的必要吗？不幸的事实是，是的。

原因如下：系统很少按照计划中的图纸安装，而工程师事先进行的任何计算都是基于计划中显示的特定设备，特定的管道长度，特定的弯头数量等。如果这些变化中的任何一个发生变化（并且总是发生变化），则压降和流向各个回路的流量也会发生变化。因此，如果没有上一篇博客中描述的动手方法，确实没有办法保证比例均衡的系统。

业主或总承包商如何确定机械承包商通过系统地平衡每个区域来完成其尽职调查？要求查看关键电路，然后确认该位置的电路设置器已完全打开。如果不是这样，那么系统就无法按比例平衡以实现最大的能源效率-并且不符合ASHRAE 90.1的规定：水力系统应按比例平衡，以首先使节流损失最小化的方式进行；然后修整泵叶轮或调整泵速以满足设计流量条件。

第十部分：限流器的比例平衡

首先，让我们明确地说出ABV或我们更喜欢称其为流量限制器的设备类型。

流量限制器包括一个弹簧加载的阀芯，它根据通过阀的压差大小来回移动。阀内的这种运动会改变阀内孔的尺寸，进而允许或多或少的水通过。实际上，该阀不断稳定基于流量的压差。这些阀被指定为在特定的差压范围内运行，因此，系统必须始终看到特定的最小压力。否则，阀内将没有运动，也无法控制。这就是为什么我们喜欢将这些阀称为流量限制器，而不必将其称为自动平衡设备。

以下图像和图表说明了限流阀在其控制范围内，范围内和之上操作时发生的情况：

检查您的关键区域！

流量限制器是很好的设备，它消除了与按比例平衡水力系统有关的大部分工作。但是，这并不意味着您可以安装它们并假定一切都会按计划进行。就像我们之前说过的那样，管道系统很少能完全按计划进行。因此，必须检查通过每个区域的流量，并（最重要的）确认通过关键区域的压降不大于使阀工作所需的压降。

如果通过关键区域的压降大大超过最小值，则应修整泵轮或使用变速驱动器以减少流量。

第十一部分：可变流量泵输送

在整个水力平衡系列中，我们一直在缓慢而细致地开发我们今天看到的更复杂的控制系统。我们向您介绍了按比例平衡简单的3区系统的步骤，并教您如何按照ASHRAE 90.1。修整叶轮。今天，我们将看到将变速驱动器添加到系统后会发生什么。

你们中有些人可能会问，为什么我们还没有提到压力独立控制阀（PIC）。毕竟– PIC阀是否使这一切变得容易得多？绝对！但是，即使您足够幸运地设计出可以充分利用最新平衡技术的系统，了解平衡的基础也很重要。因此，请耐心一点。

当我们在第10部分中停下来时，我们已经使用回路设定器或流量限制器按比例平衡了系统，也许还调整了叶轮，郭鹏学暖通并准备添加变速泵控制。现在，当我们在比例均衡的系统上施加微分设定点控制时会发生什么？

回到图1中的示例，您可以看到已经添加了泵控制器，并且还在关键区域上安装了压差传感器。我们已经确定，该区域需要20英尺的头部才能提供500 GPM的最大流量。因此，我们将差分设定点设置为20，因此无论是否需要该区域始终可以使用500 GPM。从理论上讲，只要所有区域都需要某种流量，此方法就可以正常工作。但是，如果区域3没有需求（流量）会怎样？也许是因为维修而被关闭了，或者在当前未被占用的建筑物的一侧？

图1

在这种情况下，至少在目前，不会有流量通过区域3，从而使区域2成为我们的关键区域。但是，根据区域3的要求，差压仍设置为20英尺，即使该区域当前不在等式中。泵根据3区的传感器读数执行控制器指示的操作，并降低速度。这是一个问题，因为区域2需要超过20英尺。它需要28（15 + 10 + 3）英尺的头部才能传送500 GPM。

有两种方法可以解决此问题。一种是在所有三个区域上安装差压传感器，并且泵控制器将确保满足每个区域的要求。它有点贵，但它是一种简单易用的解决方案，而且我们经常看到。另一个选择是使用平衡阀平衡所有三个区域的压降，并使用25作为压差设定值。这也可以正常工作-除非您夜间受挫。

如果该设施在夜间遭受挫折，则可能会出现问题，因为系统内部的多样性及其对早晨启动的影响。早晨启动时，系统上的所有2通阀会突然完全打开。在我们的示例中，区域1会因为靠近泵而溢出。区域2的流量将小于区域1的流量，但大于区域3的流量，并且区域3最终将变位-至少要等到控制系统有机会作出响应并且区域1和2上的2通阀开始调节为止。在这种情况下，可以选择为最大区域设计流量设置的每个区域上的流量限制器。这会增加设计的复杂性，但是会起作用。

如果这一切听起来比您预期的要复杂，请不要绝望。敬请关注第12部分有关压力独立控制阀的信息。

第十二部分：压力独立控制阀

如果您在水力平衡系列整个过程中都与我们在一起，您可能会对自己说：“真的必须那么复杂吗？”

幸运的是，事实并非如此。通过引入一个方便的小工具，称为压力独立控制阀或“ PIC”阀，设计，安装和平衡水力系统变得无比轻松。这些阀门在近二十年前首次投放市场，彻底改变了水力平衡，现在在新设计的中央冷冻水系统中很常见。（仍然有许多没有PIC阀的较旧的系统，因此请保留我们以前的博客的书签！）

PIC阀通常被描述为两个阀合二为一，一个二通阀和一个限流器。的确如此，但是PIC阀在2通阀组件上保持的恒定压差使它不同于2通阀和限流器的传统控制。

PIC阀如何工作

PIC阀包含一个弹簧加载的压差调节器，该调节器不断调节并补偿系统压力的波动。该内部元件通过向上或向下移动来响应压力变化，以尽管这些波动也保持恒定流量。

PIC阀不仅限制流量，还限制了流量。它们将流量保持在特定范围内。这消除了通过线圈的下溢和溢流，并确保了更一致的能量传输。

有手动和手动PIC阀。手动PIC阀具有以GPM校准的外部刻度盘，使用户可以将阀设置为所需流量。这些手动PIC阀仅根据管路尺寸和流量进行选择，省去了用传统的2通阀实现真正准确平衡所需的艰苦的Cv计算。

由于PIC阀会自动进行自我调节，因此无需像传统的2通阀那样对冷水进行膨胀或翻新后即可对其进行重新调节。与传统的平衡系统相比，这是PIC阀的另一个主要优势。

PIC阀如何省钱

技术总是要付出代价的，当然，PIC比2通阀和限流器要贵。部分成本被管道劳动的减少所抵消。但是PIC阀的真正价值在于它们可帮助确保的终生系统效率。

为了完全理解这一事实，必须考虑在典型的冷冻水系统中出现的恒定压力变化以及这些变化影响能耗的程度。

下图显示了一周内记录的实际冷冻水系统中的实时压力波动。

如您所见，典型的冷冻水系统中的压力不断变化。这些变化是由于冷却负荷变化，为满足需求而打开和关闭阀门以及泵速度或运行等发生变化的结果。

压力的微小变化会导致流量变化不那么小，从而导致能耗显着增加。我们知道这一点是因为流动能量方程：

Q（能量）= 500 x f x Delta T（以F为单位）

哪里，

Q =传热速率（Btu / hr。）

f =流量（每分钟加仑或gpm）

ΔT =温度变化（度F）

因此，让我们观察一下，当我们在一个2通控制阀上增加压差时，该阀的尺寸为500 GPM最大流量：

如上例所示，如果将盘管上的入口压力从26'增加到36'，则会自动将流量从280 GPM增加到400 GPM。请注意，这种变化仅仅是系统中常见压力波动的结果，而不是负载的变化。二通阀的位置没有改变。因此，流量增加了，线圈和二通阀两端的压降也增加了。但是，Delta T已减小。在400 GPM时，我们传递的能量不会比在280 GPM时传递的能量更多。

因此，即使在大型系统中每天都会发生的很小的压力变化，对系统效率也会产生重大影响。解决传统平衡系统中这种低效率的唯一方法是精心选择系统中的每个阀。如果您有一千个左右的阀门，这可能是一项艰巨的任务。此外，每次扩展或修改系统时，都应该重复执行此任务。

PIC阀消除了所有这些令人头疼的问题，以及消除了系统压力不断波动带来的能量损失！

第十三部分：用压差控制器解决水力平衡问题

当现有水力系统中的不平衡回路由于线圈的下溢或溢流而造成舒适性问题时，您有哪些选择？我们仅用了最后十二个博客，描述了用于平衡启动系统的各种方法，但是这些方法是否适用于现有系统和改造？

简短的答案是肯定的。但是，它们并不总是负担得起，甚至不实用。尝试在20层办公楼的每个终端单元中查找自动流量控制器或压力独立控制阀的位置，您将明白我们的意思。幸运的是，通过在问题回路上安装可调压差（DP）控制器，可以分阶段解决许多此类问题。

DP控制器做什么？

压力波动是每个水力暖通空调系统的固有部分。如果不解决这些压力波动，则肯定会造成流量不平衡。这通常发生在大型系统中，其中建筑物的一个回路，立管或机翼远离泵。结果，在满载条件下，一个或多个远距离盘管可能会缺乏流量，而大部分流量都发生在附近的盘管上。或者，如果将限流器安装在较远的回路上，则在需求较低的时段内，泵的回升幅度可能会很大，以至于最接近的回路会饿死。无论哪种情况，您都遇到问题。

DP控制器稳定了这些压力波动，可以安装在需要的地方，而对系统的干扰很小。它们的作用是在负载（例如，多个风扇线圈的一个分支）上保持恒定的压差。

DP控制控制器本身和系统中另一点之间的压力，压力通过毛细管从该点传输到控制器。（图1）

在典型的系统中，DP控制器将安装在回路的返回侧（最有可能是最接近泵的回路），并通过毛细管连接回线圈上游的文丘里管。DP控制器吸收了安装位置和连接毛细管/管的上游位置之间的多余压差。这使回路负载上的压差保持恒定，因此控制阀可以在各自的控制范围内有效运行。

此解决方案的优点在于它允许简单而系统地解决问题。可以固定一个电路而不会中断其他电路，因为DP控制器和文丘里管的安装有效地将其与其他电路隔离。

欢迎关注：郭鹏学暖通。