瑞典TA平衡阀授课资料中文版.ppt

China September 2004,1,Tour and Andersson,The Three Hydronic Conditions for an accurate control in HVAC systems 精确控制HVAC系统的三个水力工况条件,Why and how to satisfy them in the simplest way 为什么及如何用最简单的方法满足这些条件,China September 2004,2,空调系统的目的,All HVAC installations should reach 2 fundamental objectives: 所有空调采暖系统应达到两个主要目的: To deliver the specified comfort level 提供要求的舒适度 To reach the first objective, by consuming a minimum quantity of energy 以最少的能耗达到以上目的,China September 2004,3,理论和实践,In theory, current technology makes it possible to achieve these 2 objectives 理论上,现代控制技术使实现这两个目标成为可能 In practice, even the most sophisticated control systems lead often to reduced comfort at increased operation costs 但实际上,即使是最复杂的控制系统也不能带来满意的效果,而且运行成本较高,China September 2004,4,奇怪的现象,Too hot in some parts, too cold in others 在某些地方太热, 在某些地方太冷 Start up after a set-back difficult in some rooms 在一些房间里回设之后的启动比较困难,Installed power is not deliverable 装机功率不能充分利用 Higher energy consumption than expected 比预期的能耗更高,China September 2004,5,奇怪的现象,In most cases, solutions are to be found on the hydronic side 在大部分案例中, 我们可以从水系统找到答案,China September 2004,6,水力系统平衡简介,为什么水力系统要平衡？ 采暖及空调系统中水力平衡的技术是节能及提高供冷或供热品质的关键 常见的问题 在供热或空调系统中，由于种种原因，大部分输送环路及冷热源机组环路存在水力失调，使得流经终端用户及机组的实际流量与设计流量不符。 多数水泵选型偏大或水泵运行在不合适的工作点处，导致水系统处于大流量、小温差运行工况，水泵运行效率低、热量输送效率低。 各用户处室温不一致、不稳定，近热源处室温偏高，远热源处室温偏低。近冷源处室温偏低，远冷源处室温偏高。 对热源或冷源机组来说，机组达不到其额定出力，使实际运行的机组台数超过按负荷要求的台数。,China September 2004,7,水力系统平衡的好处？ 采暖及空调系统中水力平衡的技术是节能及提高供冷或供热品质的关键 提高舒适度 保证室温达到设计要求，短时间内达到设定温度 流量分配合理 水力平衡阀可以吸收超量压差，还可以控制及设定系统所需的流量 节约能量，降低运行费用 在空调系统中温度每降低1°C，会造成能耗升高15%。 在供热系统中温度每升高1 °C，会造成能耗升高10%。,水力系统平衡简介,China September 2004,8,为什么水力系统要平衡？ 采暖及空调系统中水力平衡的技术是节能及提高供冷或供热品质的关键,水力系统平衡简介,China September 2004,9,水力平衡系统的几种方法？ 水力失调分为静态水力失调与动态水力失调。 静态水力失调是指由于设计、施工、设备材料等原因导致的系统管道特性阻力数比值与设计要求的系统管道特性阻力数比值不一致，从而使系统各户的实际流量与设计要求流量不一致，引起的水力失调，叫做静态水力失调。 静态水力失调是稳态的、根本性的，是系统本身所固有的，是暖通空调水系统中水力失调的重要因素。 通过在管道系统中增设静态水力平衡阀，在系统初调试过程中对系统管道特性阻力数比值进行调节，使其与设计要求一致，当系统总流量达到设计流量时，各空调单元也同时达到设计流量。,水力系统平衡简介,China September 2004,10,水力平衡系统的几种方法？ 水力失调分为静态水力失调与动态水力失调。 动态水力失调是指系统实际运行过程中当某些阀门开度变化引起水流量改变时，系统的压力产生波动，其他用户的流量也发生改变，偏离系统要求流量，从而引起的水力失调，叫做动态水力失调。 动态水力失调是动态的、变化的，不是系统本身所固有的，在系统运行的过程中产生的。 通过在管道系统中增设动态水力平衡设备，当其它用户阀门开度发生变化时，通过动态水力平衡设备的屏蔽作用，使自身的流量不发生变化，末端流量不互相干扰。,水力系统平衡简介,China September 2004,11,水力循环系统的三个条件,The design flow must be available at all terminal units in design conditions 所有末端装置必须都能够达到设计流量,The differential pressure across the control valves must not vary too much. 通过控制阀的压差不能有太大的变化,The water flows must be compatible at system interfaces. 一二次环路水流量必须一致,China September 2004,12,第一个水力工况条件,The design flow must be available at all terminal units in design conditions 所有末端装置必须都能够达到设计流量,第一个水力工况条件,China September 2004,13,“实用性” 优于同程系统,对于需要安装同程管道的同程系统，因为系统的不平衡较大的单元将得到更多的流量。,只有在所有单元尺寸相等的情况下同程回路可达到平衡,同程回路中各单元尺寸不一致,不平衡,China September 2004,14,自动流量平衡阀淘汰了同程管的使用，节余资金的同时提升系统的工作表现。,“实用性” 优于同程系统,自动平衡的异程回路,同程回路连接不同型号的单元,更好的工作状态,减少管路和投资,China September 2004,15,在亚洲通常还在使用同程系统 + 手动平衡,“实用性” 优于同程系统,自动平衡的异程回路,在同程系统应用手动平衡,更好的工作状态,减少管路和投资,China September 2004,16,手动平衡阀的安装,China September 2004,17,输配系统,At start-up, the first circuits are in overflow to the detriment of the last ones. 在刚开始启动时,最近的回路发生过流而损害了最后的回路的流量.,The start-up time will be longer for the last circuits. 最不利环路的启动时间将相对较长. An overflow does not necessarily mean an increased heat output. 过流并不会成比例增加热量的输出,China September 2004,18,输配系统,When a plant is balanced, start-up can be achieved as required by design. 当系统平衡时，起动将很快很好地达到设计所需的要求 When a plant is unbalanced, it must be started earlier. 当系统不平衡时，必须更早地开始工作（开机）.,24°C,China September 2004,19,输配系统,In many cases, the control system does not control the two-way valves any longer : 在许多情况下，控制系统根本不能很好地控制两通阀门,Start-up 起动 Sudden load variation 负荷突然变化 Weird set-point at the thermostat 温控装置的不理想设置,China September 2004,20,输配系统,Each user adjusts the thermostat set-point according to his own feeling of comfort. 每个用户按照他自己的感觉和舒适度来调节温控器的设置点. This often leads to an uncontroled system. 这经常导致系统的不平衡. Balancing allows to obtain the right room temperature everywhere. 平衡将使每个房间获得舒适的温度,China September 2004,21,不舒适的成本,The cost of 1°C too high room temperature in winter: 6 to 11% 在冬季室温每升高1度的成本: 百分之6到11 The cost of 1°C too low room temperature in summer: 12 to 18% 在夏季室温每降低1度的成本:百分之12到18,China September 2004,22,AMETALTM alloy AMETALTM 合金 Stem with EPDM O-ring 颈部EPDM的O型圈,Fast and easy to access self-sealing measuring nipples 自密封测量口,Draining cock 泄水口,Shut off Valve 关断阀,Fixed orifice 固定孔板,Valve with removed handwheel 手轮可卸,Drain 泄水阀,All in one STAD、STAD囊括所有功能,Mechanical memory 机械式记忆装置,STAD平衡阀,China September 2004,23,STAD平衡阀,Spring for mechanical play tightening 弹簧压紧装置,Handwheel with digital indication (80 setting positions) 数字手轮（80个开度位置）,Draining kit can be installed during operation 使用中可安装泄水装置,China September 2004,24,STAF 手动平衡阀,160，240或者320位的数字式手轮，机械式记忆设置位置。,快速方便的连接测量头,China September 2004,25,TA-CBI 仪表,流量，压差以及温度测量 快速设置 计算机内置平衡法：TA平衡法 可与计算机通讯，配合TA Select II软件编辑平衡数据 数据记录（流量，压差以及温度） 最多记录24000个数据,The advanced balancing instrument 先进的平衡仪器,China September 2004,26,TA-CMI 仪表,Flow, Dp and temp. Measurement 流量，压差以及温度测量 Viscosity correction (Glycol) 粘度修正（乙二醇） Wireless communication 无线通讯,The hydraulic multimeter 多功能水力测量仪表,China September 2004,27,平衡选型软件,Calculation/Suggestion 计算,Info/technical documentation 技术规格书,List of selected products 选择结果,Project/TA-CBI data 项目/TA-CBI 数据,TA Select II,China September 2004,28,平衡选型软件,TA Select II: Editing TA-CBI measured/logged data TA Select II：编辑CBI测量/记录的数据,China September 2004,29,Through balancing, many operational problems may be detected: 通过平衡,许多运作问题可能被发现 Filters or valves clogged 过滤器或阀门阻塞 Terminal units or exchangers wrongly mounted 终端单元和热交换器的错误安装 Pipe damaged or not connected as expected 管道损坏或安装错误 Shut-off valves partially shut 截止阀不能关紧 Check valves or pumps installed back-to-front 止回阀或泵安装方向错误 Balancing exposes these flaws while they can still be cheaply repaired. 平衡诊断出了这些缺陷，而且它们能被轻易的改正,诊断的要点,Diagnostics is the 2nd main use of balancing valves. 系统诊断是使用平衡阀的另一个主要原因,China September 2004,30,为什么要平衡 ?,Adjusting the design flows in all terminal units in design conditions (when all control valves are fully open), while creating minimum additional pressure drops. 调整每个末端的流量至设计流量（当控制阀全开时），同时产生 最小的额外压差,1) Open a fortune cookie.,2) Have a method.,China September 2004,31,各式各样的平衡方案,3 kPa,11 kPa,10 kPa,15 kPa,22 kPa,20 kPa,15 kPa,6 kPa,2 kPa,5 kPa,4 kPa,3 kPa,10 kPa,25 kPa,= 43 kPa,= 50 kPa,= 65 kPa,1.,2.,3.,.,20 kPa,15 kPa,20 kPa,18 kPa,17 kPa,22 kPa,29 kPa,33 kPa,32 kPa,37 kPa,44 kPa,China September 2004,32,分割成单元,China September 2004,33,分割成单元,Simplifying the drawing is essential 最关键的是简化系统图,China September 2004,34,分割成单元,China September 2004,35,Proportional method 比例法 adapted from air system balancing methodologies 采用空气系统平衡方法 not optimal in pressure drops 系统压降方面不是最佳 Compensated method (Pr. Robert Petitjean) 补偿法 designed for application with balancing valves 专门为设有平衡阀的系统而设计 optimal in pressure drops 系统压降最优 TA Balance method (Pr. Robert Petitjean) TA平衡法 fully computerized: automatic determination of the index valve 全电脑计算；自动判断最不利环路 optimal in pressure drops 系统压降最优,系统平衡方法,China September 2004,36,平衡显示了最佳的设置点,Minimum pressure drops in the balancing valves (with the Compensated Method and TA-Balance) 使通过平衡阀的压降最小（补偿法以及TA平衡法）,All the pump head in excess is located in the main valve 所有过多的压头都位于主阀上,Re-open the main valve and adjust the pump speed 重新开启主阀，调整泵速,China September 2004,37,实际案例,Pfizer pharmaceutical production unit nearby Tours (France) 图尔斯（法国）附近的辉瑞制药工厂 Installed cooling capacity of 5.4 MW (3 chillers in cascade) 总冷量5.4MW （3台冷冻机并联） Total design flow: 773 m³/h 总设计流量：773 m³/h Problem: production alarms! 问题：生产线问题 80 TA balancing valves from STAD 15/14 to STAF 200 80个TA平衡阀，从STAD 15/14 到 STAF 200 Audit of plant with TA Circuit based on a first measurement campaign 利用TA Circuit 做系统评估 Presettings calculated with TA Circuit TA Circuit 计算出结果后进行预设定 Viscosity corrections checked with TA Select II 利用TA Select II进行粘度修正 Full balancing performed using TA-Balance on one TA-CBI 利用一台TA-CBI仪器完成了系统平衡的调试,China September 2004,38,实际节约能耗,Industrial plant 5.4 MW cooling capacity 889 m³/h 335 kPa pump head,AFTER Balancing 平衡后,773 m³/h (-13%) 270 kPa pump head (-20%) Pumping power saving 电力节约: 39 kW Savings 节约: 17200/year,BEFORE Balancing 平衡前,China September 2004,39,实际案例,Berlaymont Brussels 布鲁塞尔(Belgium比利时) European Union Commission building 欧盟总部 242000 m² 3000 people 70 interpreter rooms for simultaneous translation 70个同声翻译室,China September 2004,40,实际案例,Berlaymont Brussels 布鲁塞尔(Belgium比利时) 8.7 MW cooling capacity: 7.2MW centrifugal - glycolised water; 1.5 MW absorption 8.7 MW 制冷量： 7.2MW 离心机; 1.5 MW 溴化锂吸收式制冷 Ice storage capacity: 324 tons of ice/day. 畜冰量：324吨/天 7.8 MW heating capacity 7.8 MW 供热量 8 floors with ±1200 cooling ceiling units per floor 8层楼，每层楼1200个左右末端 ±13000 TA balancing valves (STAD 10 to STAF 300) 总共13000个左右TA平衡阀 （ STAD 10 to STAF 300 ） 9730 TA terminal control valves + actuators 9730个TA末端控制阀以及执行器 Presettings calculated with TA Circuit TA Circuit 计算出结果后进行预设定 Full air and hydronic balancing achieved by The CommTech Group 由CommTech 集团进行全面的空气以及水力平衡 Hydronic balancing by 2 technicians with 2 TA-CBI 2位工程师用2台CBI完成了整个系统的水力平衡,China September 2004,41,第二个水力工况条件,The differential pressure across the control valves must not vary too much. 通过控制阀的压差不能有太大的变化,第二个水力工况条件,China September 2004,42,对非线性特性进行补偿,Cooling/heating coil,Control valve,Control is easy !,供冷/供热盘管,调节阀,控制非常容易！,China September 2004,43,两通调节阀阀权度,The available Dp on a fully shut two-way control valve depends on the load conditions (i.e. on the opening of all other control valves). 两通阀全关时资用压差取决于负荷情况 （即取决于所有其它调节阀的开启度,The available Dp at one given location is: 某一点的资用压 min. at design conditions, 最小值：发生于设计工况下 max. for the min. total flow in the plant pump head. 最大值：发生于系统流量最小情况下 水泵扬程,设计流量下调节阀全开时,调节阀全关时,China September 2004,44,在现实条件下控制阀阀权度经常远远不能满足要求,现实条件下, 两通阀的尺寸选择过大以及根据系统要求流量变化而变化的压差导致阀权度远达不到要求 在较低的系统要求下, 只有很少的流量和管道摩擦力, 导致作用于控制阀的压差增大 一个很小的室温的变化可观的增加输出能量 结果 = 振荡控制,China September 2004,45,两通调节阀阀权度,Control valve authority should not be lower than 0.25,控制阀阀权度不应低于0.25,行程,流量,China September 2004,46,压差的变化,0,1,0,2,0,3,0,4,0,5,0,6,0,7,0,8,0,9,0,1,0,0,1,1,0,1,2,0,1,3,0,5,0,1,0,0,1,5,0,2,0,0,2,5,0,3,0,0,50 % power,20 % flow,4% pressure drop,At 50 % of the heat output, the flow in the plant is only 20% of the design value and the pressure drops are reduced to 4%. All the available pump head applies itself on the 2-way control valves. 在50%热输出时，系统中流量只有设计流量的20%，压降降至设计压降的4%。 所有的水泵资用压头作用于两通调节阀上。,100%,China September 2004,47,控制质量下降,Modulating control becomes ON/OFF !,Flow,Flow,Opening,Opening,Power,50%,9%,34%,50%,开度,调节型控制变成了开关型！,功率,流量,开度,流量,China September 2004,48,过低的阀权度使调节控制工作如开/关阀!,变化的压差造成的过低的阀权度导致昂贵的两通阀的工作状态象便宜的开/关阀门 结果 : 温度高低波动,Temperature,Set point,Time,Temperature,Set point,Time,Theory,Reality,China September 2004,49,压差的变化,If C is less than 0.4, 如果C小于0.4, The differential pressure must be locally stabilised to ensure stable and accurate modulating control. 则必须对压差进行就地控制以确保稳定和精确的调节型控制。,How to determine in which plants differential pressure variations will significantly affect the controllability?,?,Use the C coefficient:,怎样判断在哪些系统中压降的变化将显著影响控制能力？,利用系数C：,China September 2004,50,工作过程,+,-,+,-,DP,STAP,STAD,Flow measurement,Differential pressure adjustment,DH,流量测量,压差调节,China September 2004,51,工作过程,pB,pA,= pA-pB = Circuit Dp for design flow,Dp STAP,Dp STAD,Spring pushes to open the STAP. Secondary diff. pressure Dpl applies itself on the membrane: 二次侧压差p1作用于膜片上： When Dpl increases, the STAP shuts. 当pl增加时，STAP关闭。 When Dpl decreases, the STAP opens. 当pl减小时，STAP打开。,在设计流量下环路压降,弹簧驱动打开STAP。,pB,pA,China September 2004,52,压力A通过与STAF的泻水口(1)STAP的出水口(2)相连的毛细管传导 压力B作用于阀芯隔膜(3)的另一侧 当作用于阀芯隔膜(3)压差(AB)大于设定弹簧拉力时, 阀将逐渐关小只到到达新的平衡点,(4),(3),A,B,(2),DpL,H,(1),(2),(4),B,A,STAP如何工作,China September 2004,53,STAP安装在支路,China September 2004,54,平衡阀门 设计流量 (100%),50% 设计流量,部分流量时典型阀权度 手动平衡,China September 2004,55,自动平衡 (动态) 设计流量 (100%),50% 设计流量,部分流量时典型阀权度 自动平衡,China September 2004,56,压差控制器 (STAP) 安装于各个环路,设计流量 100%,50% 设计流量,部分流量时典型阀权度 STAP安装在支路,China September 2004,57,STAP安装在各个盘管,China September 2004,58,压差控制器 (STAP) 安装于各个控制阀,设计流量 100%,50% 设计流量,部分流量时典型阀权度 STAP安装在各个环路,China September 2004,59,Stabilisation of the differential pressure applied on the control valves. 稳定控制阀两端的压差 Ensures stable and accurate modulating control. 确保稳定及精确的调节型控制 Reduces the risk of noise in terminal unit control valves. 降低末端调节阀产生噪音的危险 Allows the shutting of 2-way control valves even for high pump heads. 即使水泵压头很高,两通阀也能关闭 Dynamic balancing 动态的平衡 Simple procedure.平衡步骤简单 Ideal for staged projects.对分期实施的项目效果更好,差压控制器的好处,China September 2004,60,第三个水力工况条件,The water flows must be compatible at system interfaces. 一二次环路水流量必须一致,第三个水力工况条件,China September 2004,61,TA Autoflow 自动平衡阀,AC & YR 型 15 50mm 易于拆卸的阀芯, 用于小口径管道 WS 对夹型 50 350mm 使用多个80mm的阀芯,用于大口径管道。,China September 2004,62,TA Autoflow自动平衡阀 AC 型 15 50mm,防脱锌 (DZR)铜合金阀体, 英制标准螺纹接口。 阀芯的筒体和弹簧由等级300的不锈钢制成。,弹簧,阀芯,测量点,关断 (球阀),接盘管的连接末端,China September 2004,63,全 “自动” 操作,自动流量限制式平衡阀芯。 平衡阀由工厂预设，避免在施工现场调整。,China September 2004,64,TA Autoflow 自动平衡阀自动限制流量,China September 2004,65,TA Autoflow 自动平衡阀自动限制流量,China September 2004,66,TA Autoflow 自动平衡阀自动限制流量,China September 2004,67,TA Autoflow 自动平衡阀自动限制流量,China September 2004,68,TA Autoflow 自动平衡阀自动限制流量,China September 2004,69,TA Autoflow 自动平衡阀自动限制流量,China September 2004,70,不同压差下工作状态,压差超过最大设计要求，阀芯筒体全收缩-与节流孔板的功能一致。,阀芯筒体根据压差的变化调整开度精确保持设计流量在±5%的范围内。,压差低于最小设计要求，阀芯筒体全开-与节流孔板的功能一致。,China September 2004,71,不同压差下工作状态,如下所示例子，压差范围14 210 kPaD,China September 2004,72,解决冷冻机分步启动的问题 在没有自动平衡设备的条件下，即使每台冷冻机都安装一台泵，流量也会因为冷冻机分步启动而产生波动。,Chiller Condenser ON 10 L/s,Cooling Towers,30L/s,Chiller Condenser ON 10 L/s,Chiller Condenser ON 10 L/s,China September 2004,73,解决冷冻机分步启动的问题 对并联运行的定流量水泵，总流量由总的阻力决定- 包括管道。,Head Pressure,Total flow (l/s),System resistance curve,30 All units on,0,3 Combined pumps head curve,1 pump head curve,2 Combined pumps head curve,10,20,Operating point all units running,China September 2004,74,解决冷冻机分步启动的问题 在系统没有自动平衡的条件下，当部分设备关闭时，管道中流量减少，泵头阻力减少，保持工作的泵加速运行产生过流。,Chiller Condenser ON 17 L/s,Cooling Towers,17L/s,Chiller Condenser OFF 0 L/s,Chiller Condenser OFF 0 L/s,China September 2004,75,解决冷冻机分步启动的问题 在没有自动平衡设备的条件下，当管道中