供暖、通风和空调(HVAC)管道系统设计用于将传热流体传递到多个空气处理器，在建筑物中提供冷却(冷冻水)或加热(液体循环加热)负荷。典型的暖通空调系统由一个主回路和一个二次回路组成。主回路包括冷水机组或锅炉以及主循环泵。二次回路从一次回路中抽取流体，由二次泵、供气集管、各种空气处理机和回集管组成。主要和次要回路是相连的，因此流体在回路之间混合。
设计暖通循环水系统的关键是控制空气处理流量，以维持空调空间的温度。实现这一目标有两种方法;一个是定量系统，另一个是可变需求系统。下面是太平洋西北地区的一个项目如何通过使用可变需求系统而不是定容量系统实现成本节约的案例研究。
系统建模
在设计新系统或对现有管道系统进行重大修改之前，创建暖通空调管道系统的计算机液压模型是一个好主意。管道软件可以提供正确选择泵和控制阀所需的信息。BETVICTOR体育官网该模型还可以很好地理解泵、管道和控制阀之间的相互作用。BETVICTOR体育官网
图片1。建模的HVAC系统(图片由作者提供)计算机化模型的信息还可用于对两种控制系统的泵送成本进行经济分析。图1是暖通空调系统模型的效果图。
为了进行分析，需要分析恒定流量控制和可变需求控制之间的差异，并分别进行泵送成本分析。
图片2。年运营成本计算结果:体积不变恒定量控制vs.可变需求控制
在图1中管道布局的恒流量控制下，两台二级泵的运行速度仅为660加仑/分钟(gpm)。BETVICTOR体育官网由于这是一个定容系统，两个泵将在这个流量常年不断地运行。BETVICTOR体育官网为了保持体积恒定，一些气流将通过空气处理器，其余的将通过旁路。
在可变需求系统中，负载的流量根据所需的加热或冷却需求而变化。第一个要求是估计所需的流量。它们是基于供暖或空调负荷，并可能随着一年中的时间和一天中的时间而变化。
在此分析中，假定冬季的平均流量要求为最大设计流量的30%，春季和秋季为最大设计流量的45%，而夏季的设计流量为最大设计流量的85%。请注意，最大设计负载是基于一年中最热或最冷的一天的需求。
图片3。年度运营成本计算结果:可变需求定容积泵送成本
在这个项目中，该系统每年的抽水成本为每千瓦时(kWh) 8美分。这应该是对其他地方成本的保守估计，因为全国平均水平接近每千瓦时13美分。SP1和SP2的运行成本分别为10,012美元和BETVICTOR体育官网10,062美元。总而言之，二次泵在恒定容积和固定转速下的运行成本为20074美元。BETVICTOR体育官网
可变需求抽水成本
可变需求成本稍微复杂一些，因为全年负荷变化更大。这里，我们使用了上面提到的流量，并考虑到夏季、冬季、春季和秋季各占全年的25%。春季和秋季的需求是一样的，所以它们加起来总共占了一年的50%。
该系统仅使用一个二级泵就能满足全年的需求。这个二级泵的运行成本在夏季为3080美元，冬季为140美元，春季和秋季加起来为560美元，全年总计为3780美元。
二次泵的年运行成本低于常需系统的相关成本。BETVICTOR体育官网通过安装变频驱动器(VFD)可以降低成本。在生命周期泵送成本计算中，将变频器的成本考虑在内是很重要的。
图片4。典型等容电路定容系统
定容系统是这样的，无论负载如何，都有恒定体积的流体流向每个空气处理机。到空气处理器的管道由一个三通阀组成，该三通阀将气流导向空气处理器或旁路管线(图4)。
在定容系统中，旁路管路和到空气处理机的总流量是恒定的，而不管到空气处理机的流量是多少。三通阀引导流体通过旁路管路，除非对空气处理机有要求。当对空气处理机提出要求时，三通阀将重新定位，将一些流体输送到空气处理机，并将较少的流体通过旁路管路。当空气处理机不再有需求时，阀门通过旁路重新引导气流。
定容设计的主要优点是，一旦系统平衡，通过对每个负载设置设计流量，控制系统是稳定的。三通阀能够在不影响通过系统的总流量的情况下将流量导向空气处理机。
定容系统的缺点是，无论系统的加热或冷却负荷如何，每个空气处理机的流量全年都是相同的。换句话说，在暖通空调冷冻水系统中，无论是冬天最冷的日子，还是夏天最热的日子，通过二次回路的流量都是相同的。因此，定容系统通常会产生较高的运行成本，因为无论系统负载如何，通过二次系统的流量都是相同的。
图片5。典型可变需求电路可变需求系统
现在能源成本更高，可变需求系统变得更受欢迎。在可变需求系统中，三通阀和旁路管路被减压器和控制阀串联取代，以调节空气处理机的流量(图5)。由于其他负载中的控制阀调节流量，控制阀上的压差可以变化。由于系统负载的变化，控制阀之间的压差变化很大，可能会导致控制阀出现问题。
为了克服这个问题，在流量控制阀的上游放置了一个压力调节器，以吸收供应集管和返回集管之间的一些多余压差。压力调节器的工作是降低通过控制阀的压降。然后可以使用较小的阀门执行器，从而实现更精细的控制。
使用可变需求系统节省了运行成本，因为通过系统的流量变化以满足系统需求，而不是保持恒定的系统流量。
通过添加VFD，可以在可变需求系统上实现更大的成本节约。如前所述，压力调节器通常位于控制阀的上游，以限制整个控制阀的最大压差。当其他路径的流量下降时，泵在其泵曲线上向后移动，并在整个泵上提供更大的压差。这就导致了一个更大的压力差在供应和返回的头。压力调节器的工作是吸收一些多余的压差，使控制阀能够正常工作。
通过安装一个变速驱动器(VSD)，并根据各个控制阀的压差控制泵的速度，在相同流量的情况下，泵产生的扬程更小。这导致压力调节器的压差降低。由于泵扬程更小，泵消耗的能量更少，从而进一步节省。
每个控制阀之间需要有一个最小的压差，以使阀门正常工作。VSD的目的是减慢泵的速度，只提供足够的扬程，以使控制阀正常工作。系统中通常有一种控制阀的压差最小，这被称为最液压遥控控制阀。一个压差传感器可以安装在最液压遥控阀，以控制泵的速度。
结论
根据对空气处理机的各种负载组合，系统中大多数液压遥控阀都可以改变。因此，可能需要额外的压差传感器，从而产生额外的仪器。伟德体育娱乐
在大型HVAC系统中可能有许多负荷，因此在每个控制阀上插入压差仪表的成本可能会过高。伟德体育娱乐如果只将压差控制装置安装在可能面临最低压降的阀门上，可能更具成本效益。这需要对暖通空调管道系统有全面的了解。