空調(diào)系統(tǒng)冷凍水循環(huán)水泵的節(jié)能設(shè)計(jì)方法

1、空調(diào)系統(tǒng)冷凍水循環(huán)水泵的節(jié)能設(shè)計(jì)方法（中國礦業(yè)大學(xué) 力學(xué)與建筑工程學(xué)院 建環(huán)11-2班 郭浩）摘要：建筑空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行負(fù)荷僅為設(shè)計(jì)負(fù)荷的 50%70%左右，而冷凍水泵作為空調(diào)系統(tǒng)中最主要的耗能設(shè)備，在整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行過程中存在相當(dāng)大的節(jié)能改造空間。本文從空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能重要性以及重點(diǎn)闡述的冷凍水循環(huán)水泵的節(jié)能，分析了空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行工況，從運(yùn)行工況中得出空調(diào)能耗的原因，從冷凍水泵的單臺(tái)、多臺(tái)串并聯(lián)的運(yùn)行情況進(jìn)行水泵選型，并從冷凍水一次泵變頻節(jié)能和二次泵變流量兩個(gè)方面對(duì)冷凍水循環(huán)水泵的節(jié)能坐車進(jìn)一步闡述。對(duì)水泵的選型方法作一定了解。關(guān)鍵詞：冷凍水泵 節(jié)能優(yōu)化 水泵選型 一次泵 二次泵1 課題研究的意義中

2、國是一個(gè)能源生產(chǎn)和消費(fèi)大國。近年來節(jié)能減排已成為國家生活乃至全社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)，也是能源可持續(xù)發(fā)展的必由之路。我國建筑能耗也已迅速上升到社會(huì)總能耗的33%以上?？照{(diào)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)構(gòu)成了現(xiàn)代建筑的三大重要“器官”。暖通空調(diào)已占到總建筑能耗的 50%60%。在空調(diào)系統(tǒng)中，主要能耗設(shè)備有冷水機(jī)組、水泵、末端設(shè)備等,其中空調(diào)水泵的能耗大約占冷水機(jī)組能耗的13%左右?？照{(diào)負(fù)荷是隨氣象因素等條件的變化而變化的,因此空調(diào)系統(tǒng)在大部分時(shí)間內(nèi)工作于部分負(fù)荷狀態(tài)。建筑空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行負(fù)荷僅為設(shè)計(jì)負(fù)荷的 50%70%左右，而冷凍水泵作為空調(diào)系統(tǒng)中最主要的耗能設(shè)備，在整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行過程中存在相當(dāng)大的節(jié)能改造空間。

3、本文主要就空調(diào)系統(tǒng)中冷凍水循環(huán)水泵的節(jié)能設(shè)計(jì)進(jìn)行探討，從冷凍水循環(huán)水泵的運(yùn)行工況、水泵組合方式、水泵選型以及冷凍水一次泵、二次泵的節(jié)能設(shè)計(jì)角度進(jìn)行分析。 2 冷凍水系統(tǒng)耗能分析中央空調(diào)系統(tǒng)包括了“末端風(fēng)系統(tǒng)”、“輸配系統(tǒng)”、“冷水機(jī)組”，具有“多輸入、多輸出、強(qiáng)耦合”等特點(diǎn)。無論是冷水機(jī)組、冷凍水泵，又或者末端、閥門的控制策略的變化，均有可能導(dǎo)致冷凍水系統(tǒng)、甚至是冷水機(jī)組運(yùn)行工況發(fā)生波動(dòng)。圖2.1空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行示意圖從上圖可以看出，冷凍水作為流動(dòng)“能質(zhì)”，在冷凍水輸配系統(tǒng)中可視為從冷水機(jī)組出發(fā)后為起點(diǎn)，經(jīng)過冷凍水泵、閥門、末端后，回到冷水機(jī)組蒸發(fā)器，此為一個(gè)循環(huán)。冷水機(jī)組同時(shí)作為“能質(zhì)”流動(dòng)的起

4、點(diǎn)和終點(diǎn)?？照{(diào)冷水機(jī)組主要包括了以下四部分：蒸發(fā)器，冷凝器、壓縮機(jī)以及氣液換熱器，其中冷凍水作為“能質(zhì)”流經(jīng)蒸發(fā)器與制冷劑進(jìn)行熱交換；壓縮機(jī)為冷水機(jī)組的中樞元件，通過制冷劑工況的變化，在蒸發(fā)器和冷凝器之間傳遞熱量；冷凝器則將熱量傳遞給冷卻水。冷凍水系統(tǒng)作為一個(gè)內(nèi)部相互關(guān)聯(lián)，與冷水機(jī)組也存在關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)，作為“能質(zhì)”的冷凍水，由于其流量的變化必然對(duì)其他部件的能效產(chǎn)生影響。但具體的影響是大還是小，在本章中通過理論分析，可出以下結(jié)論：1 在冷水機(jī)組不能做到變流量運(yùn)行的時(shí)候，冷凍水系統(tǒng)的變流量運(yùn)行，尤其是一次冷凍水泵系統(tǒng)的變流量運(yùn)行是不可行的。然而，隨著冷水機(jī)組工藝的發(fā)展，冷水系統(tǒng)的變流量運(yùn)行，不會(huì)對(duì)冷

5、水機(jī)組產(chǎn)生安全方面的隱患。但流量的變化對(duì)冷水機(jī)組的蒸發(fā)器的傳熱量以及傳熱系數(shù)影響不大；但對(duì)冷水機(jī)組的蒸發(fā)溫度以及 COP 的影響較大。因此，冷凍水流量的改變，與主機(jī)具有相關(guān)性。在進(jìn)行冷凍水泵節(jié)能改造的節(jié)能量認(rèn)定需要將冷水機(jī)組劃分在邊界內(nèi)。2 由于對(duì)冷凍水泵的節(jié)能改造導(dǎo)致的冷凍水流量的改變，對(duì)末端的傳熱系數(shù)變化較小，更不會(huì)影響空調(diào)末端的能耗值。冷凍水泵與空調(diào)末端沒有相關(guān)性。3 在空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，閥門調(diào)節(jié)不可避免，更無法預(yù)計(jì)。閥門的變化以及空調(diào)末端的啟停以及電動(dòng)二通閥的改變，均會(huì)一定程度上改變管網(wǎng)的特性曲線。因此，在進(jìn)行冷凍水泵改變流量后的能耗計(jì)算中，采用相似律進(jìn)行分析，是不合理的，應(yīng)該盡量

6、避免。通過本章的研究，可以明確冷凍水泵的節(jié)能改造，尤其是變頻改造，對(duì)冷水機(jī)組的 COP 的影響非常大，因此，冷凍水泵與冷水機(jī)組具有明顯的相關(guān)性；相反，與空調(diào)末端并沒有較大的相關(guān)性，可不加以考慮。同時(shí)，對(duì)閥門的研究討論得出，由于閥門的變化，導(dǎo)致空調(diào)冷凍水管網(wǎng)曲線是不斷變動(dòng)，且不可預(yù)見的。3冷凍水泵節(jié)能優(yōu)化3.1三種控制方式冷凍水泵的運(yùn)行控制策略包括了臺(tái)數(shù)控制、變頻控制、臺(tái)數(shù)控制結(jié)合變頻控制三種，分別如下：（1）臺(tái)數(shù)控制：若空調(diào)系統(tǒng)有多臺(tái)冷凍水泵，且均定頻運(yùn)行。當(dāng)冷凍水進(jìn)水溫度高于設(shè)定上限值時(shí)，增開一臺(tái)冷凍水泵；當(dāng)冷凍水進(jìn)水溫度低于設(shè)定下限值時(shí)，關(guān)閉一臺(tái)冷凍水泵。（2）變頻控制：若冷凍水泵為變頻水

7、泵，當(dāng)冷凍水進(jìn)水溫度低于設(shè)定進(jìn)水溫度下限值時(shí)，冷凍水泵變頻運(yùn)行，通過改變冷凍水泵的電機(jī)頻率，進(jìn)而改變冷凍水流量。（3）臺(tái)數(shù)和變頻控制：當(dāng)系統(tǒng)存在多臺(tái)冷凍水泵，且均安裝有變頻裝置。則變頻運(yùn)行為優(yōu)先，根據(jù)冷凍水的進(jìn)水溫度，調(diào)節(jié)冷凍水泵頻率。若冷凍水泵的輸入頻率值達(dá)到變頻器設(shè)定頻率值下限時(shí)，冷凍水泵的進(jìn)水溫度仍然無法滿足冷凍水進(jìn)水溫度下限，則關(guān)閉一臺(tái)冷凍水泵；若冷凍水泵的輸入頻率值達(dá)到工頻時(shí)，冷凍水泵的進(jìn)水溫度仍然無法高于冷卻水進(jìn)水溫度上限，則增開一臺(tái)冷凍水泵。3.2 節(jié)能優(yōu)化冷凍水泵的節(jié)能改造措施，主要有更換小流量高效率的定頻水泵，或者對(duì)水泵葉輪進(jìn)行切削處理以降低流量；或者對(duì)單臺(tái)水泵加裝變頻器；如

8、果空調(diào)系統(tǒng)存在多臺(tái)水泵并聯(lián)運(yùn)行，還需要進(jìn)行泵組的優(yōu)化等等。針對(duì)這些節(jié)能改造措施，注意分析其運(yùn)行工況的變化以及對(duì)冷凍水系統(tǒng)的影響。首先，節(jié)能改造的首要目的是改變了管網(wǎng)的流量，一定程度上解決了“大流量小溫差”的現(xiàn)象。但要注意的是，節(jié)能改造后如果僅僅更換小流量高效率的定頻水泵，或者對(duì)水泵葉輪進(jìn)行切削處理無法解決建筑實(shí)際負(fù)荷在不停波動(dòng)的狀況。因此，該措施只能針對(duì)建筑負(fù)荷波動(dòng)比較小的情況。對(duì)冷凍水系統(tǒng)的影響還有一個(gè)重要方面就是減小了冷凍水泵的運(yùn)行能耗，但其節(jié)能率有限。其次，進(jìn)行變頻改造，則主要解決的時(shí)候建筑長期處于部分負(fù)荷的情況，根據(jù)建筑的實(shí)際負(fù)荷，基于變頻器的控制機(jī)理，調(diào)節(jié)冷凍水泵的葉輪轉(zhuǎn)速，以達(dá)到改

9、變流量的目的。不同的控制機(jī)理，其節(jié)能率是不一樣的，就原理來講，采用溫度控制的節(jié)能率最大；采用定壓差控制，其節(jié)能率最低。在實(shí)際中，有很多建筑存在著冷凍水泵并聯(lián)運(yùn)行的情況，泵組的優(yōu)化需要考慮對(duì)泵組中某一臺(tái)或者幾臺(tái)水泵改造后，對(duì)整個(gè)泵組的影響。在此基礎(chǔ)上，可以得出，若泵組假設(shè)只有兩臺(tái)水泵（實(shí)際情況中，兩臺(tái)水泵并聯(lián)是最普遍的），則只對(duì)其中一臺(tái)冷凍水泵進(jìn)行變頻改造，是不合理的；最好的改造方法是對(duì)兩臺(tái)冷凍水泵同時(shí)進(jìn)行變頻改造。在冷凍水泵定頻運(yùn)行的情況下，只能采用壓差旁通控制，通過冷水機(jī)組的流量不發(fā)生變化；在冷凍水泵變頻情況下，由于流量變化需要冷凍水泵與末端聯(lián)合控制。因此，亦不考慮末端是否安裝電磁二通閥。因

10、此，可將節(jié)能工況劃分為以下幾種：表3.1 節(jié)能工況的劃分工況冷水機(jī)組冷凍水泵工況1單臺(tái)運(yùn)行1臺(tái)變頻水泵工況2單臺(tái)運(yùn)行1臺(tái)定頻水泵工況3單臺(tái)運(yùn)行2臺(tái)變頻水泵工況4單臺(tái)運(yùn)行2臺(tái)定頻水泵工況52臺(tái)并聯(lián)2臺(tái)變頻水泵工況62臺(tái)并聯(lián)2臺(tái)定頻水泵4 冷凍水循環(huán)水泵的選型4.1 水泵選型的基本要求水泵的選型是依據(jù)設(shè)計(jì)流量Go及相應(yīng)的揚(yáng)程H。兩個(gè)參數(shù)確定的，為了節(jié)省能耗，要求水泵在高效段0.9max運(yùn)行，如圖4.1所示。圖4.11水泵G-H性能曲線 2.管網(wǎng)性能曲線 3.水泵G-曲線同時(shí)在部分負(fù)荷情況下，系統(tǒng)的流量G應(yīng)該在0-Go之間變化。所以要求水系統(tǒng)水泵的高效段盡可能寬。顯而易見，較大設(shè)計(jì)流量Go的系統(tǒng)中，

11、僅僅使用一臺(tái)水泵是不合適的。下面就較大設(shè)計(jì)流量Go情形下討論水泵的選型。4.2 水泵選型方式的比較(1兩臺(tái)同型號(hào)水泵并聯(lián)運(yùn)行如圖4.2所示，對(duì)于某一Go、Ho，當(dāng)采用二臺(tái)相同水泵并聯(lián)時(shí)，每一臺(tái)水泵的揚(yáng)程H相同，流量G各承擔(dān)一半。當(dāng)Go屬于并聯(lián)工作的高效段n，且揚(yáng)程H滿足要求時(shí)，兩臺(tái)水泵都在高效段運(yùn)行。在工段，可關(guān)閉一臺(tái)水泵，另一臺(tái)水泵仍在高效段運(yùn)行。圖4.21.單臺(tái)水泵的G-H性能曲線 2.并聯(lián)水泵的G-H性能曲線 3.單臺(tái)水泵的-G性能曲線 段.單臺(tái)水泵的高效段 段，單臺(tái)水泵的高效段(2兩臺(tái)不同型號(hào)的水泵并聯(lián)運(yùn)行如圖4.3所示，對(duì)于同一G0, H0，采用二臺(tái)不同水泵并聯(lián)時(shí)，要求這兩臺(tái)水泵處于

12、高效段時(shí)的揚(yáng)程很接近，且并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，Go處于高效段段，那么可考慮這兩臺(tái)水泵并聯(lián)。當(dāng)系統(tǒng)流量小時(shí)，關(guān)閉水泵a, b水泵可在高效段H段運(yùn)行。當(dāng)系統(tǒng)流量更小時(shí)，關(guān)閉水泵a.b水泵仍可在高效段I段運(yùn)行。本文闡述的就是以這種方式并聯(lián)的各種情況。圖4.3(3三臺(tái)同型號(hào)水泵并聯(lián)運(yùn)行如圖4所示，可以看出，為了滿足系統(tǒng)冷負(fù)荷的變化，流量變化的調(diào)節(jié)范圍可以更大，可分別通過三臺(tái)水泵同時(shí)運(yùn)行、停一臺(tái)水泵兩臺(tái)水泵運(yùn)行和停兩臺(tái)水泵一臺(tái)水泵運(yùn)行三種工作方式來實(shí)現(xiàn)流量調(diào)節(jié)，且水泵都在高效段運(yùn)行。11臺(tái)水泵的G-H性能曲線 2.2臺(tái)水泵并聯(lián)的G-H性能曲線 3.3臺(tái)水泵并聯(lián)的G-H性能曲線(4三臺(tái)不同型號(hào)的水泵并聯(lián)運(yùn)行如圖5所

13、示，可以看出，與圖4相比，流量變化的調(diào)節(jié)范圍就更大，可分別用三臺(tái)水泵兩兩并聯(lián)、一臺(tái)單機(jī)運(yùn)行、三臺(tái)水泵井聯(lián)運(yùn)行七種工作方式，仍能滿足在高效段運(yùn)行為了適應(yīng)空調(diào)系統(tǒng)變負(fù)荷的需要，空調(diào)水泵必須具備良好的流量調(diào)節(jié)特性，在設(shè)計(jì)選型時(shí)常采用多臺(tái)水泵并聯(lián)運(yùn)行。本文通過分析得出:在保持水泵在高速效率運(yùn)行條件下，采用不同型號(hào)但高效段揚(yáng)程相近的水泵并聯(lián)時(shí)的流量調(diào)節(jié)范圍可比同型號(hào)的水泵并聯(lián)要寬些。5 空調(diào)冷凍水一次泵變頻節(jié)能一次泵變頻技術(shù)有三方面:水泵變頻能耗、變頻控制方式以及變頻泵臺(tái)數(shù)設(shè)置。在當(dāng)前的空調(diào)水系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，二次泵水系統(tǒng)使用變頻水泵得到了普遍的認(rèn)可，而一次泵變頻卻始終得不到推廣。究其原因，不外乎有以下幾點(diǎn)擔(dān)

14、心：蒸發(fā)器水流量變化必然引起冷水機(jī)組的出水溫度波動(dòng)，甚至導(dǎo)致機(jī)組運(yùn)行不穩(wěn)定，變流量會(huì)對(duì)制冷機(jī)運(yùn)行產(chǎn)生不利影響。因?yàn)樗畟?cè)流量變化會(huì)致蒸發(fā)器(或冷凝器的換熱效率降低，并產(chǎn)生結(jié)凍危險(xiǎn)，制冷機(jī)水側(cè)變流量后，會(huì)明顯下降，導(dǎo)致制冷機(jī)的能耗增大，結(jié)果會(huì)抵消水泵所節(jié)省的能量，使整個(gè)系統(tǒng)節(jié)能效果不突出，甚至不節(jié)能。5.1水泵變頻能耗采用變頻技術(shù)關(guān)鍵是要看其節(jié)能多少,也即采用變頻后水泵能耗越小越好"現(xiàn)在的研究中都不約而同的提到與節(jié)流調(diào)節(jié)法和旁通控制相比,在部分負(fù)荷時(shí),降低水泵轉(zhuǎn)速可以節(jié)約大量能源。當(dāng)轉(zhuǎn)速降低一半,流量也減少一半,管路的阻力損失H隨著水泵轉(zhuǎn)速n成平方比關(guān)系減小,所耗功率降為原功率的1/8。

15、水泵的特性曲線越陡,并聯(lián)運(yùn)行時(shí)增量越大,反之,泵的特性曲線越平坦,增量越小,越不適宜并聯(lián)工作;管路阻抗越小,并聯(lián)后增量越大,越適宜水泵的并聯(lián)工作,曲線為陡降型的泵與曲線緩升型的管路結(jié)合,并聯(lián)后的增量較大。管路壓降是計(jì)算水泵能耗的重要參數(shù)之一。水泵變頻后,由于管路中冷水的流態(tài)可能發(fā)生變化,系統(tǒng)中的閥門開度的變化,系統(tǒng)的阻力特性也隨之改變,也即管路特性曲線發(fā)生變化,但也只是進(jìn)行了定性的分析,未對(duì)管路壓降的確定進(jìn)行定量分析。5.2 變頻控制方式一次泵變頻技術(shù)的關(guān)鍵是確定合理的變頻控制方式,水泵變頻控制方式主要有溫差控制方式和壓差控制方式。1.溫差控制方式溫差控制的原理為當(dāng)空調(diào)負(fù)荷減小時(shí),供回水溫差減

16、小,系統(tǒng)通過溫差傳感器將這一信號(hào)傳遞給變頻器,控制水泵減速運(yùn)行,減少水流量,使溫差增大到傳感器的溫差設(shè)定值,反之控制水泵增速運(yùn)行,使溫差減小到傳感器的溫差設(shè)定值。溫差控制存在反應(yīng)慢、易受干擾、不能根據(jù)負(fù)荷變化準(zhǔn)確分配各用戶所需的冷凍水量、不能提供適當(dāng)?shù)乃畨呵曳€(wěn)定性和可靠性較差的缺點(diǎn)。冷凍水泵采用溫差控制在工程中出現(xiàn)的不多,主要原因是這類設(shè)計(jì)有一定限制,外網(wǎng)各空調(diào)用戶均需按同一規(guī)律性同步變化,否則容易出現(xiàn)管網(wǎng)水力失衡問題,影響空調(diào)品質(zhì),并且溫差控制方式需要測(cè)試點(diǎn)冷凍水溫差隨負(fù)荷變化有較明顯的變化。以上較一致的表明溫差控制方式存在很多不足且運(yùn)用中有諸多限制。2.壓差控制方式壓差控制方式的原理為部分

17、負(fù)荷下,室內(nèi)溫控器根據(jù)室內(nèi)溫度的變化來改變動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開度,從而引起供回水管壓差的變化,壓差傳感器將這一信號(hào)傳送給變頻器,與設(shè)定值進(jìn)行比較,從而控制水泵的轉(zhuǎn)速。壓差控制方式的優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)靈敏,一旦系統(tǒng)中某處壓力產(chǎn)生變化,系統(tǒng)能及時(shí)感知并采取動(dòng)作,適合于用戶端采用二通閥的系統(tǒng)?？照{(diào)系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)水系統(tǒng)流量在很大范圍內(nèi)變化,實(shí)際最不利環(huán)路可能從一個(gè)支路變?yōu)榱硪粋€(gè)支路,靠唯一的壓差設(shè)定值,有可能會(huì)出現(xiàn)部分用戶空調(diào)效果差或失效的現(xiàn)象,為保證系統(tǒng)正常運(yùn)行,通常可以在幾個(gè)有可能是最不利環(huán)路的供回水管上安裝壓差傳感器,實(shí)際運(yùn)行時(shí)根據(jù)其最小的壓差控制水泵轉(zhuǎn)速"研究只是定性的說在可能的最不利環(huán)路上安裝壓差傳

18、感器,而到底怎么樣才算是可能的最不利環(huán)路,實(shí)際當(dāng)中應(yīng)該定量的對(duì)各個(gè)時(shí)刻冷凍水系統(tǒng)進(jìn)行分析,通過計(jì)算得到最不利環(huán)路。采用變壓差控制能最大限度的降低壓差設(shè)定值,從而減少閥門的節(jié)流損失,具有更好的節(jié)能效果,但需復(fù)雜的控制系統(tǒng)和相應(yīng)的控制算法。變壓差控制具體做法為:a.任何時(shí)候所有的閥門開啟度都小于90%,此狀態(tài)連續(xù)保持十分鐘,把壓差設(shè)定值減少10%;b.任何時(shí)候所有的閥門開啟度都大于95%,此狀態(tài)連續(xù)保持8分鐘,則壓差設(shè)定值增加10%。5.3變頻泵臺(tái)數(shù)設(shè)置空調(diào)系統(tǒng)的冷凍水系統(tǒng)通常是多臺(tái)水泵并聯(lián)運(yùn)行,變頻泵臺(tái)數(shù)的設(shè)置方式有部分水泵變頻和全部水泵變頻兩種,對(duì)于這兩種并聯(lián)變頻運(yùn)行方式的研究主要有:不同方式

19、的優(yōu)缺點(diǎn)以及水泵的啟停方式。并聯(lián)水泵全部變頻調(diào)速可以使水泵都在高效率工況下運(yùn)行,節(jié)能效果最好,并且操作簡單,但初投資較大;采用部分變頻工作時(shí)雖然初投資較少但節(jié)能效果較差。部分水泵變頻的運(yùn)行方式,由于出口壓力不一致,導(dǎo)致能耗增加,變速泵易磨損,而且水泵啟動(dòng)順序的切換邏輯過于復(fù)雜;隨著變頻泵的減速,變頻后工頻泵的流量大于變頻前工頻泵的流量,當(dāng)工頻泵超出水泵的最大流量時(shí),造成水泵過載。為防止變速泵減速時(shí),工頻泵過載,應(yīng)在工頻泵出口設(shè)置調(diào)節(jié)閥,變頻泵出口設(shè)置逆止閥。6 空調(diào)冷凍水二次泵變流量二次泵系統(tǒng)分為機(jī)組側(cè)定流量循環(huán)和負(fù)荷側(cè)變流量循環(huán),負(fù)荷側(cè)變流量循環(huán)節(jié)省了部分負(fù)荷下水泵的輸送動(dòng)力。一次泵系統(tǒng)初投

20、資低,但要求系統(tǒng)設(shè)備承壓能力高,二次泵系統(tǒng)初投資高,運(yùn)行管理比一次泵系統(tǒng)要復(fù)雜,但運(yùn)行費(fèi)用相對(duì)較低。6.1二次泵流量調(diào)節(jié)方式當(dāng)用戶負(fù)荷變化時(shí),通過關(guān)小或開大用戶側(cè)二通閥的開度來達(dá)到流量調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)方式叫節(jié)流調(diào)節(jié),節(jié)流調(diào)節(jié)是通過提高系統(tǒng)管路阻力,改變水泵的工作點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)的。如圖5.1,該系統(tǒng)的二次泵是由3臺(tái)水泵并聯(lián)供水的,兩臺(tái)水泵、兩臺(tái)制冷機(jī)和旁通管組成一次泵循環(huán),三臺(tái)水泵、用戶側(cè)和旁通管構(gòu)成二次泵循環(huán),每臺(tái)水泵都是定速運(yùn)行的。當(dāng)用戶負(fù)荷減少時(shí),關(guān)小用戶側(cè)二通閥,導(dǎo)致流經(jīng)用戶側(cè)的水流量減少,同時(shí)二通閥前后壓差增大,為防止二通閥因前后壓差過大而損壞,在二次泵出口安裝出口壓力控制閥V,壓差控制器根據(jù)檢測(cè)

21、到的供回水管壓差來調(diào)節(jié)出口壓力控制閥的開度以避免二通閥因前后壓差過大而損壞。當(dāng)用戶側(cè)流量小于水泵運(yùn)行的最低流量時(shí),水泵運(yùn)行時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)喘振現(xiàn)象,為了避免這種現(xiàn)象,可以在二次泵的出口和入口之間安裝旁通閥VZ,當(dāng)用戶側(cè)流量小于水泵運(yùn)行的最低流量時(shí),開啟旁通閥VZ,多余的流量從旁通閥流過。一次泵循環(huán)是定流量運(yùn)行的,當(dāng)用戶側(cè)流量減少時(shí),多余的流量從旁通管經(jīng)過。圖6.1對(duì)圖5.1所示的系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn),增加水泵臺(tái)數(shù)控制功能,如圖5.2,二次泵臺(tái)數(shù)用供回水管壓差控制法控制,當(dāng)用戶負(fù)荷減少時(shí),壓差控制器檢測(cè)到的壓差增大,當(dāng)大于設(shè)定值時(shí),關(guān)掉一臺(tái)二次泵,于是壓差會(huì)減小。當(dāng)用戶負(fù)荷增大時(shí),壓差控制器檢測(cè)到的壓差會(huì)減

22、小,當(dāng)小于設(shè)定值時(shí),開啟一臺(tái)二次泵,于是壓差會(huì)增大。一次泵臺(tái)數(shù)用旁通管流量控制法,程序控制器根據(jù)安裝在旁通管上的流量計(jì)檢測(cè)到的流量來啟停一次泵,當(dāng)用戶負(fù)荷從滿負(fù)荷逐漸減小時(shí),旁通管自左至右的流量會(huì)逐漸增大,當(dāng)流量達(dá)到一臺(tái)一次泵的流量時(shí),程序控制器會(huì)關(guān)閉一臺(tái)一次泵和制冷機(jī);當(dāng)用戶負(fù)荷逐漸增加時(shí),旁通管向右的流量會(huì)逐漸減少,用戶負(fù)荷繼續(xù)增加時(shí),旁通管向右的流量會(huì)減少至零,接著會(huì)出現(xiàn)自右向左的流量,當(dāng)向左的流量達(dá)到一臺(tái)一次泵的流量時(shí),程序控制器會(huì)啟動(dòng)一臺(tái)一次泵和制冷機(jī)。圖6.2當(dāng)用戶負(fù)荷很低,水流量小于一臺(tái)二次泵的最低流量時(shí),開啟旁通閥VZ,讓多余的流量從旁通閥流過,避免水泵在低于最低流量下運(yùn)行。這

23、種控制方式較純粹的節(jié)流控制要節(jié)能,但由于這種控制方式還需要節(jié)流和旁通的輔助,其節(jié)能幅度不大,雖然節(jié)流和旁通的幅度沒有純粹的節(jié)流控制的大。轉(zhuǎn)速控制根據(jù)水泵的相似定律,水泵的功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比,可見,當(dāng)部分負(fù)荷時(shí),改變水泵的轉(zhuǎn)速有很大的節(jié)能潛力。目前,水泵的調(diào)速方法有很多,有驅(qū)動(dòng)電機(jī)極數(shù)改變實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的改變,從而實(shí)現(xiàn)水泵的調(diào)速,可控硅串級(jí)調(diào)速,液力藕合器無級(jí)調(diào)速,變頻調(diào)速等其中，變頻調(diào)速在市場(chǎng)上應(yīng)用最廣,無特別指明,本文所述的調(diào)速是指變頻調(diào)速。在轉(zhuǎn)速控制的二級(jí)泵系統(tǒng)中,壓差控制器根據(jù)供回水的壓差來控制二次泵的轉(zhuǎn)速,當(dāng)用戶負(fù)荷減小時(shí),壓差增大,壓差控制器降低水泵的轉(zhuǎn)速,反之,提高水泵的轉(zhuǎn)速。

24、當(dāng)水泵轉(zhuǎn)速降低時(shí),其功率減小,同時(shí)流量和揚(yáng)程也減小,因此,在采用轉(zhuǎn)速控制的系統(tǒng)中,要確保水泵提供的揚(yáng)程滿足系統(tǒng)的要求。空調(diào)水循環(huán)系統(tǒng),雖然屬于閉式系統(tǒng),但末端設(shè)備運(yùn)行要求一定的壓差,因此水泵轉(zhuǎn)速過低時(shí),其產(chǎn)生的揚(yáng)程不能滿足要求。普通的供水系統(tǒng)屬于開式系統(tǒng),存在靜壓差,因此,水泵運(yùn)行時(shí),其產(chǎn)生的揚(yáng)程至少要克服靜壓差,因此,其轉(zhuǎn)速不能過低。一個(gè)流體輸配系統(tǒng)的輸送水泵存在一個(gè)最低轉(zhuǎn)速,在該轉(zhuǎn)速下,其產(chǎn)生的揚(yáng)程是系統(tǒng)運(yùn)行所需的最低揚(yáng)程,稱這個(gè)最低轉(zhuǎn)速是該系統(tǒng)水泵的下限轉(zhuǎn)速,下限轉(zhuǎn)速與水泵的性能曲線和系統(tǒng)管路特性曲線有關(guān)。臺(tái)數(shù)與轉(zhuǎn)速聯(lián)合控制單純的臺(tái)數(shù)控制不能滿足流量的連續(xù)變化,要以節(jié)流和旁通為輔助調(diào)節(jié)方

25、式才能達(dá)到要求,有相當(dāng)一部分電耗浪費(fèi)在節(jié)流閥和旁通管上,這不符合節(jié)能的要求。單純的轉(zhuǎn)速控制雖然在較大的流量段能實(shí)現(xiàn)連續(xù)調(diào)節(jié),但在流量很低時(shí),由于系統(tǒng)對(duì)揚(yáng)程的要求,水泵還是需要在下限轉(zhuǎn)速上運(yùn)行,加上變頻器和電機(jī)低頻率運(yùn)行時(shí)效率會(huì)降低,這導(dǎo)致部分能耗的浪費(fèi)。為了解決單純的臺(tái)數(shù)控制和轉(zhuǎn)速控制的缺點(diǎn),出現(xiàn)合兩者的控制方法,即臺(tái)數(shù)與轉(zhuǎn)速聯(lián)合控制。當(dāng)兩臺(tái)水泵定速運(yùn)行不能滿足系統(tǒng)流量要求,而三臺(tái)水泵定速運(yùn)行流量大于系統(tǒng)流量要求時(shí),可以采用控制三臺(tái)水泵的轉(zhuǎn)速,以達(dá)到系統(tǒng)流量要求。當(dāng)系統(tǒng)流量減小至兩臺(tái)水泵定速運(yùn)行流量以下時(shí),停掉一臺(tái)水泵,控制兩臺(tái)水泵的轉(zhuǎn)速,以滿足系統(tǒng)流量。當(dāng)系統(tǒng)流量增加至兩臺(tái)水泵定速運(yùn)行流量以

26、上時(shí),增開一臺(tái)水泵,控制三臺(tái)水泵的轉(zhuǎn)速。水泵的臺(tái)數(shù)與轉(zhuǎn)速聯(lián)合控制方式克服了單純的臺(tái)數(shù)控制方式和轉(zhuǎn)速控制方式的缺點(diǎn),目前,實(shí)際工程中的流體輸配系統(tǒng)的節(jié)能運(yùn)行都是采用這種控制方式的,很有必要深入了解這種控制方式。(1空調(diào)冷凍水泵變頻調(diào)速運(yùn)行時(shí),管路系統(tǒng)的特性曲線不再與滿負(fù)荷或設(shè)計(jì)負(fù)荷時(shí)的相似拋物線重合,而要隨負(fù)荷變化而變化,從而導(dǎo)致冷凍水泵的揚(yáng)程不與轉(zhuǎn)速或流量的平方成正比。因此在空調(diào)系統(tǒng)中,不能直接應(yīng)用泵的相似定律或比例定律來確定變速泵的工況點(diǎn)。(2冷凍水泵變頻采用壓差控制時(shí),冷凍水泵變頻運(yùn)行的工作點(diǎn)的軌跡不再是一條恒定的拋物線,而是隨空調(diào)用戶變化而變化的一簇拋物線,追蹤每一負(fù)荷下的準(zhǔn)確工況點(diǎn)將變

27、得很困難,但可以確定冷凍水泵的變頻運(yùn)行區(qū)間即上、下限。(3在一個(gè)較簡單的空調(diào)系統(tǒng)(或Se不變的系統(tǒng)中,可以通過/等效靜揚(yáng)程0獲得冷凍水管路的等效管路系統(tǒng)特性曲線。應(yīng)用該等效特性曲線,可以較為方便地確定變頻冷凍水泵的工況點(diǎn)和獲得實(shí)際的總的管路系統(tǒng)特性曲線,還可以清楚地反映出冷凍水泵變頻運(yùn)行時(shí)工況點(diǎn)隨流量變化的軌跡或趨勢(shì)。(4在一般的空調(diào)系統(tǒng)中,變頻冷凍水泵的功耗既不是與流量的三次方成正比,也不是如文獻(xiàn)5所得出的與流量的一次方成正比,而是有著比較復(fù)雜的變化規(guī)律,其變化過程與空調(diào)負(fù)荷及用戶的位置有著密切的關(guān)系。計(jì)算冷凍水泵的耗功和節(jié)能量時(shí)應(yīng)加以重視,否則就會(huì)夸大或貶低冷凍水泵的變頻節(jié)能效果。7 總結(jié)

28、本文根據(jù)空調(diào)水系統(tǒng)運(yùn)行的特性,研究水系統(tǒng)節(jié)能運(yùn)行的各種控制策略，著重于冷凍水循環(huán)水泵的節(jié)能運(yùn)行設(shè)計(jì)。通過認(rèn)識(shí)到當(dāng)前空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能的重要意義，分析影響空調(diào)水系統(tǒng)耗能的主要因素，并有針對(duì)性的在冷卻水、冷凍水、冷水以及空調(diào)末端進(jìn)行節(jié)能措施改造。對(duì)冷凍水一次泵變頻節(jié)能以及二次泵變流量節(jié)能做了重點(diǎn)闡述。通過對(duì)本次空調(diào)系統(tǒng)冷凍水循環(huán)水泵節(jié)能的方法設(shè)計(jì)，讓我進(jìn)一步深刻認(rèn)識(shí)到空調(diào)系統(tǒng)的原理和對(duì)我們社會(huì)生活的重要意義，對(duì)今后的學(xué)習(xí)生活有巨大的促進(jìn)。參考文獻(xiàn)1 清華大學(xué)建筑節(jié)能研究中心. 中國建筑節(jié)能年度發(fā)展研究報(bào)告 2010M. 中國建筑工業(yè)出版社.2 江億. 我國建筑能耗狀況與節(jié)能重點(diǎn)J. 共建和諧人居. 2

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