一次泵變流量空調(diào)系統(tǒng)什么原理？如何應用？本文揭開它的神秘面紗

1、一次泵變流量空調(diào)系統(tǒng)什么原理？如何應用？本文揭開它的神秘面紗展開全文隨著世界能源形勢越發(fā)嚴峻，建筑能耗不斷增加，中央空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能改造工作日趨重要。工程實踐證明，導致集中空調(diào)系統(tǒng)電耗高的主要原因是我國大型建筑空調(diào)冷水系統(tǒng)多為定流量系統(tǒng)，系統(tǒng)運行中普遍存在失流量，小溫差”的問題，由此造成冷凍水泵揚程過大、電耗過高。在過去的幾十年中，由于技術(shù)的進步，變速裝置的成本大大降低，這使得 變速泵在空調(diào)系統(tǒng)中的廣泛應用成為可能?？照{(diào)系統(tǒng)一次泵變流量系統(tǒng)的工作原理：一方面是在負荷側(cè) 通過調(diào)節(jié)電動兩通調(diào)節(jié)閥的開度改變流經(jīng)末端設備的冷水 流量，以適應末端用戶空調(diào)負荷的變化；另一方面是在冷源 側(cè)采用可變流量的冷水機

2、組和變頻冷凍水泵，使蒸發(fā)器側(cè)流 量隨負荷側(cè)流量的變化而變化，從而最大限度地降低冷水泵 的能耗4-6 o 一般來說，制冷機蒸發(fā)器存在一個最低限流量， 一般為蒸發(fā)器額定流量的 50%,當制冷機蒸發(fā)器流量小于其 最低限流量時，制冷機就會進行自保護而停止工作7。在一次泵變流量系統(tǒng)運行過程中，當系統(tǒng)負荷減小，水泵流量減 小接近蒸發(fā)器最低限流量時，通常需要設置旁通，打開旁通 閥減小系統(tǒng)阻力，讓部分流量直接流經(jīng)旁通管而進入蒸發(fā) 器，保證蒸發(fā)器的流量不小于最低流量要求8。本文以莫實際工程的空調(diào)一次泵變流量水系統(tǒng)為對象，通過建立該系統(tǒng) 的模擬模型，對該系統(tǒng)的變流量控制進行模擬，分析該方法 的控制效果并給由在實際

3、工程中的應用建議。一、變流量系統(tǒng)控制分析在中央空調(diào)的設計中，設計人員一 般是根據(jù)建筑所需的最大負荷來選擇相應容量的設備，然而 對于大部分建筑而言，空調(diào)系統(tǒng)大部分時間都在部分負荷下 運行，此時采用水泵變頻調(diào)節(jié)技術(shù)會較好地滿足末端用戶的 冷量需求同時也可以節(jié)約水泵能耗 9 o一次泵變流量系統(tǒng)常用的水泵變頻方法有溫差控制法和壓 差控制法，由于簡單可靠的特點，壓差變頻控制方法得到了 廣泛的應用10,11。本研究采用分集水定壓差控制法調(diào)節(jié)水 泵的頻率。在一天的運行過程中，當末端盤管所需流量增大 時，末端盤管回水管上的二通控制閥開度增大，在水泵不變 速條件下，環(huán)路的壓差會減小。此時水泵的控制器感知壓力 變

4、化與設定值比較產(chǎn)生輸由信號增大冷凍水泵運行頻率，加 大流量與揚程，環(huán)路的壓差自然升高，從而保證末端有足夠 的水量可取。同樣，當末端盤管所需流量減小時，末端盤管 回水管上的二通控制閥閥門開度減小，在水泵不變速條件 下，環(huán)路的壓差會增大。此時水泵的控制器感知壓力變化與 設定值比較產(chǎn)生輸由信號改變變頻器的頻率，從而減小冷凍 水泵運行頻率，環(huán)路的壓差減小，達到預設的設定值。在變流量水系統(tǒng)中（通常是指水泵變頻運行），當末端閥門不斷關(guān)小或關(guān)閉時，系統(tǒng)阻力加大，水泵流量減小，當系統(tǒng) 流量減小至蒸發(fā)器最低限流量時，此時需要打開旁通閥減小 系統(tǒng)阻力，讓部分流量直接流經(jīng)旁通管而進入蒸發(fā)器，保證 蒸發(fā)器的流量不小于

5、最低流量要求。二、系統(tǒng)描述與模擬平臺圖 1空調(diào)冷凍水系統(tǒng)如圖1。冷凍水系統(tǒng)設有2臺螺桿式冷水機， 蒸發(fā)器額定流量為 92 m3/h。設置2臺冷凍水泵，選取的水 泵參數(shù)為單臺額定流量 101 m3/h,揚程32.7mH2O,額定功 率22 kWo該空調(diào)系統(tǒng)末端有四大用戶，即 A、 B、C、D 用戶。空調(diào)冷凍水系統(tǒng)用戶側(cè)通過分集水器以并聯(lián)方式連接。A、B用戶末端為組合式空調(diào)器，C用戶為多臺風機盤管，D用戶為多臺小型空調(diào)柜機。該空調(diào)系統(tǒng)的水泵、冷水機組和D用戶的小型空調(diào)柜 24小時不間斷運行，A用戶、B用戶和C用戶每天早上6時開啟， 晚上24時停運，每日運行 18個小時。A用戶、B用戶和D 用戶三個

6、大支路空調(diào)器采用風水一體化控制進行末端水量 及風量的協(xié)調(diào)控制。圖二Flowmaster為一維工程流體管路系統(tǒng)仿真軟件，內(nèi)置的一維 流體動力系統(tǒng)解算器和流體系統(tǒng)仿真軟件包，可對流體管路 系統(tǒng)進行完整分析，并能對穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)過程進行模擬。Flowmaster自帶的組件庫涵蓋了目前流體系統(tǒng)所需的絕大多 數(shù)標準組件，每個流體系統(tǒng)都由不同的流體元件構(gòu)成，如泵、閥門、管路、末端設備等。在系統(tǒng)建模的過程中，可以直接 調(diào)用軟件中的組件，再通過節(jié)點連接，從而完成空調(diào)水系統(tǒng) 模型的建立。該空調(diào)一次泵冷凍水系統(tǒng)的控制模型如圖2所示。管網(wǎng)建模時采用阻力件替代冷水機組等空調(diào)設備。一次泵變流量系統(tǒng) 中，水泵變頻控制通過在分

7、水器及集水器上設置壓差測點， 將壓差測量值輸入到控制器中以進行水泵頻率調(diào)節(jié)。壓差旁 通控制也是通過分集水器的壓差測量值作為壓差旁通控制器的輸入以控制旁通閥門的開度。本系統(tǒng)設計選型明顯偏大，實際的現(xiàn)場調(diào)研表明在系統(tǒng)最大負荷時也只需要開啟1臺制冷機及1臺冷凍水泵。在本研究進行模擬分析時，以一 機一泵方式進行模擬分析。三、模擬結(jié)果與分析在變流量水系統(tǒng)中，當末端進行調(diào)節(jié)（閥門關(guān)小或關(guān)閉）時，系統(tǒng)阻力加大，水泵流量減小，當系統(tǒng) 流量過小時通常需要設置旁通保證蒸發(fā)器的流量不小于最 低流量要求。目前常用的旁通控制方法為定壓差旁通控制， 具體是在冷凍水系統(tǒng)的分水器和集水器上設置壓差傳感器， 以分集水器間壓差作

8、為壓差旁通控制器的輸入，并與設定壓 差值比較產(chǎn)生輸由，調(diào)節(jié)旁通閥門開度進行流量旁通，并維 持分集水器間壓差恒定。水泵壓差變頻控制和壓差旁通控制作用原理是當系統(tǒng)運行 流量較大時壓差旁通閥處于關(guān)閉狀態(tài)，水泵通過變頻調(diào)節(jié)維 持分集水器壓差恒定，以保證末端有足夠的資用壓力獲取需 要的流量。當系統(tǒng)所需流量降低，相應水泵頻率降低至最低 頻率（最低頻率需要根據(jù)系統(tǒng)的流量值而定），此時水泵頻率不再降低，壓差旁通控制器通過調(diào)節(jié)旁通閥門開度來維持 分集水器壓差恒定，并旁通一部分流量使蒸發(fā)器流量不低于 其最低限流量。在該控制中涉及到兩個壓差設定值，一個是水泵壓差變頻控 制時的滿足末端流量的壓差設定值，一個是旁通壓差

9、控制滿足蒸發(fā)器最低限流量的壓差設定值。這兩個壓差值如何設 定，一直是變流量控制系統(tǒng)一個難點。在實際工程中，一次 泵變流量系統(tǒng)的壓差旁通設定值通常按照選型水泵揚程的 一半考慮。本研究選取15mH2O作為壓差設定值，選取典型 設計日的末端空調(diào)設備所需流量作為末端流量控制器的輸入流量，模擬分析該變流量系統(tǒng)壓差旁通控制效果。水泵頻率、揚程、分集水器壓差設定值與壓差控制模擬值如圖3。通過對系統(tǒng)不同工況的測試分析，為避免系統(tǒng)運行過 程中系統(tǒng)流量低于蒸發(fā)器最低限流量，水泵的最低頻率應設為37Hz o結(jié)果顯示，壓差控制模擬值和壓差設定值 (15mH2O)基本一致。在白天(6:00-24:00),四個支路全開，

10、水泵頻率為 38Hz42Hz之間；在夜間(0:00-6:00),只 有C支路運行，水泵以最低頻率37Hz運行。圖三圖四系統(tǒng)流量分配如圖 4。在白天，四大支路均開啟，系統(tǒng)總流 量為6085m3/h , 38Hz42Hz之間,高于最低頻率設定 37Hz , 壓差旁通控制不作用，旁通閥門關(guān)閉。在夜間，只有 C支路 運行，此時水泵以最低頻率37Hz運行，旁通閥門開啟，止匕時的旁通流量為40 m3/h左右，系統(tǒng)流量為49 m3/h。制冷機 組的額定流量為92m3/h ,制冷機組所需最低限流量一般為制冷機組額定流量的二分之一，即46 m3/h,此時系統(tǒng)流量能夠滿足制冷機組最低限流量的需求。水泵一天的運行功

11、耗為 198 kWh。從模擬結(jié)果中的末端閥門開度來看，在壓差設定值定為 15mH2O時，水泵變頻運行的頻率仍然很高，水泵的能耗雖 然有所降低，但是并未達到最佳的節(jié)能效果。根據(jù)運行結(jié)果 分析，可以選取11mH2O作為壓差設定值進行系統(tǒng)運行。此 時水泵的最低頻率設為 33Hz o 圖五 圖六按照上述參數(shù)進行模擬控制時，水泵頻率、揚程、分集水器 壓差設定值與壓差控制模擬值如圖5。在白天(6:00-24:00),系統(tǒng)四個支路全開，水泵頻率為33Hz 35Hz之間；在夜間(0:00-6:00),水泵以最低頻率 33Hz運行。系統(tǒng)流量分配如圖6。白天系統(tǒng)總流量為 5082m3/h之間，壓差旁通閥門關(guān) 閉。

12、在夜間，只有C支路運行，水泵以最低頻率33Hz運行, 旁通閥門開啟，此時旁通流量為44m3/h左右，系統(tǒng)流量為53 m3/h ,此時系統(tǒng)流量能夠滿足制冷機組安全運行流量需 求。水泵一天的運行功耗為147 kWh o可以看由水泵變頻控制的壓差值可以通過進一步優(yōu)化來節(jié)約能耗，實際工程中的 壓差設定值需要進過多次調(diào)試進行優(yōu)化。一次泵變流量系統(tǒng)的壓差設定值一方面控制水泵變頻運行滿足末端流量需求（旁通閥關(guān)閉），另一方面是在水泵以最低頻率運行時，進行壓差旁通控制滿足制冷機組安全運行最 低限流量需求。在選定壓差設定值后，為了滿足制冷機蒸發(fā) 器最低限流量的需求，需要確定水泵的最低頻率。如果最低 頻率選擇不當則

13、會造成系統(tǒng)流量過小，影響冷水機組的安全 運行。在這種控制方式下，由于根據(jù)壓差設定值及控制的實 際壓差值無法直接系統(tǒng)的流量到底是多少，所以需要通過不 同工況的測試才能設定最小頻率。不同的控制壓差值，最小 頻率也不一樣。雖然通過多工況的測試，可以設定給定壓差 下的最低頻率值，但運行工況多變，難以適應多工況情況。建議采用在一次泵變流量系統(tǒng)中設置流量傳感器直接采用 最小流量旁通控制，有利于系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。四、結(jié)論本文根據(jù)莫一空調(diào)系統(tǒng)末端采用流量調(diào)節(jié)、水泵采 用變頻運行實際情況，搭建模擬平臺，進行水系統(tǒng)管網(wǎng)水力 特性模擬分析。分析了水泵壓差變頻控制與壓差旁通控制的 控制效果。結(jié)果表明，在這種控制方式下，為了滿