2011年1月4日 星期二

流量平衡---難搞卻必要的習題




在大型的冰水系統當中,往往一根冰水主幹管會將冰水分配到各個不同樓層的空調箱或送風機去,然後利用裝置在送風機或空調箱上的閥來控制冰水的流量以控制現場的溫濕度.由於現場的熱負載會隨著運轉條件的不同而變動,經由每支管路的流量也會隨著變動.

上圖是一棟商業大樓的冰水送水圖,它分別在每一個樓層裝置了各個樓層所需的送水泵浦,然後依據不同的熱負載量來控制冰水的流量,三台不同的泵浦會提供一個冰水主機不致跳機的最低流量給冰機,然後再依據各自的熱負載去調整泵浦的流量.

在台灣,最常見的是所謂一次泵---二次泵系統,一次泵提供主機所需的水量,二次泵提供現場所需的水量,二次系統熱負載的變動會讓現場的閥動作,造成管路壓力的升高,然後再用變頻器將二次泵的水量及揚程降下來,一次泵的入水管的head上面跟二次泵的head上面,會做一根平衡管來平衡水量的流向,只要不要犯太大設計上的錯誤,這樣的系統通常都能穩定的運轉.

問題出在ㄧ對多的管路之上,如果二次泵的冰水從主幹管出去,必須送到5個區域,例如1~5F,不同的區域因為用途不同會有不同的送風機配置,若是二次泵送出去的水量為1000GPM,這些水就會乖乖的按照我們想要的意思跑嗎?自動的把這1000GPM的水分配到1~5F,讓1~5F的溫度都如我們預期般的清涼?

當然不是!有句俗諺說水往低處流,很貼切的形容了水會往較低阻力的地方流動,即使是各個樓層的配管都一樣,因為位置高度的不同,每一樓的冰水管裏面也不會保證有一樣的流量,若是不加以調整,就可能會發生有的地方已經快感冒,其他的地方卻快中暑的現象,因為有的地方的空調箱或送風機可以得到設計上發揮冷凍噸數所需的水量,而相對阻力大的地方卻無法得到所需的設計水量,因此無法發揮預期的冷凍能力.這在大型的系統裏面屢見不鮮.

系統配管完成後,必須調整各個樓層的水量,讓每一個樓層都能平均分配到該有的設計水量,並且是在各層管路都有裝水量跟閥的開度較為線性的前提下(例如平衡閥)才有辦法調整,如果只是裝了一些非線性的閥,由於夏天跟冬天的負載會變動影響到需求水量,調節成功的機會並不大.

有些配管工程連平衡閥都沒裝,或是裝了沒調整,都會造成流量不平衡,在商業大樓會影響使用者的舒適度,在電子廠會因為溫濕度控制的不好,影響產品的良率.甚至還可能造成企業倒閉.

舉例而言:一個百貨公司在人潮鼎盛的假期內,因為水量分配的不好,最不需要冷氣的書店,賣衣服的地方冷得半死,一些鐵板燒,火鍋的地方卻熱得半死,客戶會想繼續留在裏面消費嗎?像這樣的情況在很多地方都會看到,包括工廠也一樣.只是程度輕微或嚴重程度不同而已.

流量計算及平衡是一件辛苦而麻煩的工作,需要很多的時間和心血,卻不是一件做了以後馬上有效果的事情.因為負載是會變動的.有些工廠特別喜歡到處亂插管,更會造成平衡更差,繼而產生更多的問題.讓事情更難解決,造成整日疲於奔命的窘況.而這一切,如果事先能夠做好測試及調整的工作,應該都是可以避免的.