刍议一次泵变流量系统的设计

　　摘要：随着设计水平及机械加工水平的进步，冷水机组的效率越来越高。这使得冷水机房的能耗结构发生了较大的变化。水泵的能耗比例已经成为一个比较重要部分，所以如何在水泵的节能措施上取得取得进展已成为一项重要课题。本文主要根据笔者多年的工作经验及知识积累介绍了空调冷水一次泵变流量系统的工作原理、组成、优点以及其适用性。

　　关键词：一次泵;冷冻水;变流量;组成;优点;适用性

　　引言

　　随着科学技术的发展，空调在如今的社会中，越来越多的得到了应用，但也因为空调的普遍使用，使其产生的能耗占据了生活的大部分。工程实践表明,导致集中空调系统电耗高的主要原因是目前我国大型建筑空调冷水系统多为定流量系统,系统运行中普遍存在着“大流量,小温差”的问题,因此造成冷水循环泵扬程过大、电耗过高。

　　一、空调冷水一次泵变流量系统的原理及组成

　　(1)一次泵变流量系统的原理

　　空调冷水一次泵变流量系统其原理主要有两点：其一是在负荷侧通过调节电动两通调节阀的开度改变流经末端设备的冷水流量,以适应末端用户空调负荷的变化;其二是在冷源侧采用可变流量的冷水机组和变频调速冷水泵,使蒸发器侧流量随负荷侧流量的变化而改变,从而最大限度地降低冷水循环泵的能耗。同时,要确保通过冷水机组蒸发器的水流量在安全流量范围内变化,维持冷水机组的蒸发温度和蒸发压力相对稳定,保证冷水机组能效比相对变化不大。

　　(2)一次泵变流量系统的组成

　　空调冷水一次泵变流量系统的典型配置如图1。在冷源侧配置变频泵,每台冷水机组的进(出)水管上设置慢开慢关型隔断阀,冷水泵与冷水

　　1冷水机组2变频调速冷水泵3电动隔断阀4旁通控制阀

　　5电动两通调节阀6末端空气处理装置7止回阀

　　机组不必一一对应设置,且二者启停应分开控制;在空调冷水供回水总管之间设置旁通管,旁通管上设置旁通控制阀(电动调节阀),当负荷侧冷水量小于单台冷水机组许可的最小流量时,旁通管上的电动调节阀打开,使流经冷水机组蒸发器的最小流量为负荷侧冷水量与旁通管流量之和,最小流量由流量计或压差传感器测得。另外,系统末端需安装电动两通调节阀。

　　二、空调冷水一次泵变流量系统的优点及适用性

　　(1)一次泵变流量系统的优点

　　在管路系统固定不变的前提下，变频水泵的效率特性和水系统的阻力特性接近，理论上水泵的能耗与流量成3次方的关系，系统的阻力随着部分负荷时流量的下降而下降[(水量1/水量2)2=水阻1/水阻2]。在部分负荷运行时段，水泵如冷水机组一样，部分负荷时流量减小，与此同时水泵的能耗大幅降低从而达到节能的目的。

　　一次泵变流量系统与一次泵定流量、二次泵变流量系统的优势如下

　　(2)适用性

　　一般情况下,冷源侧定流量、负荷侧变流量的一次泵系统适用于水温要求一致,且各区域管路压力损失相差不大的中小型工程。冷源侧和负荷侧分别设置一级泵和二级泵的二次泵变流量系统适用于负荷侧系统较大、阻力较高的工程,且当各区域管路阻力相差悬殊或水温要求不同时,宜按区域分别设置二级泵。

　　三、空调冷水一次泵变流量系统设计要点

　　(1)冷水机组的选择

　　对于一次泵变流量系统采用的可变流量冷水机组,机组蒸发器的允许流量变化范围和允许流量变化率是衡量冷水机组性能的重要指标。机组蒸发器的允许流量变化范围越大,越有利于冷水机组的加、减机控制,节能效果越明显;机组蒸发器的允许流量变化率越大,冷水机组变流量时出水温度波动越小。

　　(2)冷水机组的启动控制

　　在启动另一台冷水机组之前,应让正在工作的冷水机组几乎满负荷运行。当所监测的蒸发器出水温度超过了设定值的允许偏差上限,或其水流量超过了该机组所允许的最大流量时,才启动另一台冷水机组运行。通常做法是以压缩机运行电流为依据,若机组运行电流占额定电流的百分比大于设定值,并且这种状态持续10~15min,则开启另一台机组。这种控制方式的好处是供水温度控制精度高,在系统供水温度尚未偏离设定温度时,已加机了。

　　(3)冷水泵的选择及控制

　　对于一次泵变流量系统,在设计中宜采用“集合母管并联”后再与蒸发器串联的方式进行配管。此种连接方式下,冷水泵与冷水机组在控制方面不呈一一对应关系,冷水机组的启停数量由用户端空调瞬时总负荷决定,而冷水泵启停数量的控制则根据用户端空调水流量实际需求值并同时结合水泵、电动机及变频器效率分析决定水泵启停台数。

　　(4)压差、流量传感器的选择

　　在一次泵变流量系统中,旁通阀控制的信号源由冷水机组蒸发器瞬间流量值或压差的测定值提供,因此压差、流量传感器的安装位置及精准与否对空调冷水一次泵变流量系统相当重要。在空调冷水一次泵变流量系统的设计中必须选用准确度高和重现性好的压差、流量传感器。

　　四、结束语

　　结合上述，只有掌握冷冻水系统的运行原理和不同工况时的控制才能在实际设计工作中根据建筑和工程的具体形式，灵活选用设计方法。另外，国家大力提倡建设节约型社会和发展低碳经济,节能降耗将作为衡量一项工程的重要指标。一次泵变流量系统既节省机房面积和降低初投资,又减少了水泵的全年运行能耗,具有较大的节能潜力,发展前景十分看好。但我们要根据每一个工况特点从而合理的选用设计形式、合适的设备和控制策略,才能圆满地完成设计工作,使其达到真正节能的目的。