基于FLOWMASTER的空调冷水管网系统仿真

摘要

2013年，我国建筑能耗占全国总能耗的30％左右，而在发达国家，建筑能耗已经达到其总能耗的36％，而暖通空调能耗又占建筑能耗的65％，也就是说，暖通空调能耗已经占到其总能耗的23％左右。随着人们对室内环境和建筑节能的要求愈来愈高，变流量技术在暖通空调系统中已经得到了广泛的采用，但变流量系统的调节往往会对系统中其他设备产生耦合干扰，影响空调管网系统的稳定性，导致管网中出现水力失调、末端用户冷热不均以及减少系统中调节装置使用寿命等问题。所以提高管网系统的稳定性对提高空调的舒适性、减小系统能耗以及增加系统中自动调节装置的寿命都具有重要的意义。本文针对空调冷水管网系统的稳定性问题，应用流体网络仿真软件FLOWMASTER展开了以下研究:
　　(1)介绍了FLOWMASTER软件求解的基本原理，并应用其根据某综合营业楼空调系统的设计数据建立其冷水管网的仿真模型，进行仿真计算。将得到仿真结果与设计数据进行比较，发现本文中作为研究对象而选中的具有代表性末端的最大流量误差只有2％，而平均误差只有不到0.8％，各楼层最大流量误差为1％，平均误差只有0.5％，系统总的流量误差只有0.3％，误差都在合理的范围内，从而验证仿真模型的正确性。
　　(2)引入流量偏移以及系统稳定性概念，以变流量系统中的末端调节、干管调节以及水泵调速调节等对仿真对象进行调节，并通过FLOWMASTER的仿真计算，掌握了各末端流量变化规律以及定量的分析比较各末端稳定性的优劣。发现当系统中有调节时，各末端的稳定性与其自身阻抗有关，阻抗越小，其稳定性越差，当对该末端进行调节时，对其它末端的影响越大;反之，则稳定性越好，对该末端进行调节时，对其它末端的影响越小。对供水干管上某一管段进行流量调节时，该管段之前楼层的各末端流量将会增加而该管段之后的楼层的各末端流量将会减少，并且离该管段越近流量偏移越大;但同一楼层上各末端的流量是同比增大或减小的。对水泵进行调速时，系统阻抗不变，各层末端流量同比例增大或减小。
　　(3)通过对比在压差控制下阀门调节和水泵调速调节在提高系统稳定性中的作用，发现对各末端阀门分别进行压差控制时，才能够保持整个管网系统的稳定性，但是在这种方案下当某一末端调节时其余末端受到的干扰大且调节繁杂，初投资成本较大;其余压差控制方案控制相对简单，成本相对较小，但对整个管网系统的稳定性只能比不加控制时有一定的提高，其中以最不利楼层供、回水干管压差控制水泵转速的方案最佳。
　　(4)采用FLOWMASTER软件对冷水管网进行换热计算，发现该冷水管网在大部分时间下都在的供、回水温差小于5℃（最低只有2℃）的工况下运行，存在“大流量小温差”的能源浪费问题，有一定的节能空间。从减少水泵输送能耗的角度出发，比较了阀门调节、水泵压差调速、水泵温差调速三种方案的节能效果，得出温差变频调速最节能。最后将其应用于仿真对象的节能改造中，并确定泵的调速范围，最终使供回水温差在80％的时间下保持在5℃，在超出水泵的调速范围时只能保持温差为4℃，若仅对水泵的输送能耗进行分析，温差控制大该系统中的应用可以节能70％的水泵输送能耗。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究的背景和意义

1．2 国内外研究发展现状

1．2．1 空调水系统稳定性发展现状

1．2．2 空调节能发展现状

1．2．3 空调系统仿真技术的发展现状

1．3 研究的主要内容

第2章 冷水管网系统相关基础

2．1 管网体系统的稳定性

2．1．1 管网稳定性定义

2．1．2 稳定性的分析方法

2．2 提高管网稳定性的方法

2．2．1 管网结构对稳定性的影响

2．2．2 自力式压差控制阀

2．2．3 动态平衡电动调节阀

2．3 管网节能的调节方法

2．3．1 阀门调节时泵能耗理论分析

2．3．2 水泵变频调速时泵能耗的理论分析

2．3．3 温差控制与压差控制时的节能对比

2．4 管网系统仿真软件

第三章 冷水管网系统的仿真研究

3．1 某综合营业楼概况

3．2 冷冻水系统主要元件的模型建立

3．2．1 冷水机组模型的建立

3．2．2 水管模型的建立

3．2．3 风机盘管模型的建立

3．2．4 冷冻水泵模型的建立

3．3 稳态仿真结果及分析

3．4 闭式异程冷水系统的稳定性

3．4．1 最不利环路所在楼层稳定性分析

3．4．2 干管调节对各楼层末端稳定性影响

3．4．3 调节泵转速对末端稳定性的影响

3．5 管网能耗分析

3．5．1 空调系统中冷负荷的构成

3．5．2 节能空间分析

3．6 本章小结

第四章 冷水管网稳定性提高与节能方案

4．1 阀门的压差控制模型

4．2 末端阀门压差控制对稳定性的影响分析

4．2．1 最不利末端阀门的压差控制

4．2．2 最不利末端阀门压差控制对其所在楼层的稳定性影响

4．2．3 各末端阀门分别压差控制的稳定性分析

4．3 供水干管压差控制阀对稳定性的影响分析

4．3．1 干管阀门压差控制时最不利末端稳定性分析

4．3．2 干管阀门压差控制时最不利楼层稳定性分析

4．3．3 不同干管控制方案下最不利楼层稳定性分析

4．4 水泵压差调速控制时管网稳定性分析

4．4．1 水泵的末端压差调速控制时管网稳定性分析

4．4．2 水泵的干管压差调速控制管网稳定性分析

4．5 温差控制在仿真对象中的应用

4．5．1 变频节能在冷水系统中应用的关键

4．5．2 调速范围的确定

4．5．3 水泵变频控制前后的对比

4．6 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 本文研究总结

5．2 存在的问题及研究展望

参考文献

致谢

作者攻读硕士学位期间参加的科研项目和发表的相关论文