一次泵變流量系統(tǒng)的應用探討

1、. 一次泵變流量系統(tǒng)的應用探討勁暉、萌、吳剛 摘要：介紹了一次泵變流量系統(tǒng)的特點，分析了冷凍水變流量運行的技術(shù)關(guān)鍵，并且對其進展了能耗與經(jīng)濟性分析；說明了與一次泵定流量系統(tǒng)和二次泵系統(tǒng)相比，一次泵變流量系統(tǒng)在節(jié)省水泵能耗方面有很大的優(yōu)勢，具有很好的應用前景。 關(guān)鍵詞：一次泵變流量；一次泵定流量；二次泵；節(jié)能；經(jīng)濟性 中圖：TU831.3 文獻標識碼：A 作者簡介：勁暉(1980-)，女碩士，從事空調(diào)系統(tǒng)的應用研究。 通訊地址：200001 市中路268號來福士廣場10樓特靈空調(diào)公司 萌：華東建筑設計研究院， 200002 吳剛：特靈空調(diào)公司， 200002 、前言 一次泵變流量系統(tǒng)是根據(jù)負荷的

2、變化，利用水泵變頻調(diào)節(jié)一次水流量來到達節(jié)能的目的。隨著制冷機技術(shù)的不斷提高以及自控技術(shù)的開展,變流量技術(shù)的可靠性已經(jīng)大大提高,同時由于水泵的功率與流量的三次成正比,降低系統(tǒng)的水流量可以大大的降低水泵的能耗,因此一次泵變流量系統(tǒng)具有巨大的節(jié)能潛力。本文將結(jié)合已普遍應用的一次泵定流量系統(tǒng)和二次泵系統(tǒng)，對一次泵變流量系統(tǒng)的應用進展探討。 2、空調(diào)水系統(tǒng)形式 2.1、一次泵定流量系統(tǒng) 一次泵定流量系統(tǒng)如圖1(a)所示。該系統(tǒng)常每臺機組配有一臺水泵，水泵保持定流量運行，水泵與機組聯(lián)動，當加載一臺冷水機組時，其對應的水泵先啟動，當減載一臺機組時,先關(guān)閉機組,然后關(guān)閉水泵；系統(tǒng)末端安裝電動二通調(diào)節(jié)閥,中間的

3、旁通管上設有壓差旁通閥,用來平衡一次水和二次水的流量。機組的加減機控制分別是通過控制供水溫度和旁通水量來實現(xiàn)的。當供水溫度高于設定溫度運行一段時間(通常為1015min)，就會啟動另一臺冷水機組,當旁通水量到達單臺機組設計流量的110%120%，并持續(xù)運行一段時間(通常1015min)，系統(tǒng)會減載一臺機組。 2.2、二次泵系統(tǒng) 二次泵系統(tǒng)如圖1(b)所示。該系統(tǒng)中每臺機組同樣需要配備一臺定速一次泵來維持恒定流量，一次泵與機組聯(lián)動,系統(tǒng)加減機組的控制原理也與一次泵定流量系統(tǒng)一樣；系統(tǒng)末端采用二通調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)流量，二次水根據(jù)系統(tǒng)最遠端的壓差變化變頻調(diào)節(jié)二次泵轉(zhuǎn)速來維持設定的壓差值;二次泵系統(tǒng)的旁通管

4、不需要設壓差控制器。 2.3、一次泵變流量系統(tǒng) 一次泵變流量系統(tǒng)見圖1(c)。該系統(tǒng)采用變頻調(diào)節(jié)，不設定泵速,旁通管上設有壓差控制閥。當系統(tǒng)水量降低到單臺冷水機組的最小允許流量時,旁通一局部水量,使冷水機組維持定流量運行。最小流量由流量計或壓差傳感器測得。系統(tǒng)末端仍然安裝二通調(diào)節(jié)閥,水泵的轉(zhuǎn)速由系統(tǒng)最遠端壓差的變化來控制。冷水機組和水泵不必一一對應,它們的啟停也分別獨立控制。該系統(tǒng)的加機控制原理仍是控制機組的出水溫度,而減機控制原理是以負荷為依據(jù),通過運行電流比來控制。 3、一次泵變流量系統(tǒng)的技術(shù)關(guān)鍵 3.1、冷水機組的流量圍 由于受傳熱效率等因素的影響,為了平安運行和防止蒸發(fā)器結(jié)冰,一次水流

5、量必須在一定圍,因此需要選擇最小流量盡可能低的冷水機組。機組蒸發(fā)器最小流量由其類型、回程以及管束尺寸決定。同時,對不同的機組效率也對應不同的蒸發(fā)器最小流量。一般,機組效率越高,機組蒸發(fā)器流量變化的圍就越窄。目前離心機的最小流量一般都能到達設計流量的30%左右。 3.2、冷水機組的局部負荷特性 如圖2所示(以1000t離心機為例)，在負荷為50%100%的圍,蒸發(fā)器分別為定流量和變流量的冷水機組的效率幾乎是一樣的。圖3所示為變流量時流量與壓降的變化曲線(以1000t離心機為例)。由圖3可知,在蒸發(fā)器可變圍機組負荷與流量壓降根本成線性關(guān)系。 3.3、旁通控制閥 旁通控制閥的選型一定要合理。閥門的流

6、量必須滿足單臺冷水機組的最小流量，并且應具有線性控制特性，即流量與閥門的開度成線性關(guān)系。當系統(tǒng)壓力減小，閥門仍然可以正常翻開，當系統(tǒng)壓力升高,閥門應具有正確的關(guān)斷能力，并且在設計壓力下不滲漏。閥門還必須有彈簧復位功能，當系統(tǒng)關(guān)閉或流量測定裝置失靈時,為了確保冷水機組的平安運行，閥門自動復位到開啟狀態(tài)。盡量縮短流量測定的信號和閥門控制信號的時間滯后，以提高反響和控制速度。 3.4、可允許流量變化率 可允許流量變化率(即冷水機組所允許的，每分鐘相對設計流量的變化率)是一次泵變流量系統(tǒng)中冷水機組選型的重要參數(shù)。 在系統(tǒng)發(fā)生加減冷水機組時會出現(xiàn)最大的流量變化。如圖4所示,當系統(tǒng)在一臺機組運行的狀態(tài)下,

7、加載另一臺機組的瞬間,兩臺機組的流量各自減少和增加了50%。當機組流量減少50%的瞬間，機組會計算出溫差需要加倍，這意味著冷凍水的出水溫度要大大降低，甚至降到零度以下。在這種情況下，機組會根據(jù)溫度判斷蒸發(fā)器將結(jié)冰，于是機組控制器會做出停機或卸載的指令。實際上，閥門翻開需要一定時間，并不是瞬時完成的，但是在短時間完成如此大的流量變化仍然存在上述危險。 解決這一問題的通常做法是：在加載一臺冷水機組之前,先卸載正在運行的機組。但是對于出水溫度精度要求較高的工藝性空調(diào)來說，不能有很長的卸載時間。因此，在機組選型時，可允許流量變化率的值越高越好。在一般的一次泵變流量系統(tǒng)中，可允許流量變化率應至少取25%

8、30%。這意味著加載一臺冷水機組后,大約需要1.5min系統(tǒng)就可以穩(wěn)定下來。 4、能耗與經(jīng)濟性分析對空調(diào)系統(tǒng)來說，在大局部的運行時間，系統(tǒng)的負荷在75%左右。對于一次泵定流量系統(tǒng)來說，假設總是維持100%的設計流量，則會造成大流量小溫差現(xiàn)象。為了循環(huán)旁通管的水量，則導致水泵的能耗被白白浪費。對于二次泵系統(tǒng)來說，由于二次水側(cè)采用變頻調(diào)節(jié)，能耗比比一次泵定流量系統(tǒng)有所降低，但由于其一次水側(cè)仍保持定流量運行，仍會造成局部水泵能耗浪費。一次泵變流量系統(tǒng)的水量根據(jù)末端負荷的變化來調(diào)節(jié)，只有在到達冷水機組最小允許流量時維持定流量運行，因此最大限度地節(jié)省了水泵的能耗。下面將通過一個具體的例子對三種水系統(tǒng)形式

9、的能耗進展分析。*大酒店建筑面積為3000m2，共18層。其中主樓局部(718層)為4星級客房,裙房局部(16層)為集餐飲、娛樂為一體的休閑場所。該建筑設計冷負荷為4330kW，采用1268kW及968kW冷量的螺桿機各兩臺。3種水系統(tǒng)冷凍水泵的選型如下：(1)一次泵定流量IS200150315A2:Q=280m3/h,H=44m,P=55kWB125100200A2:Q=187m3/h,H=44m,P=37kW(2)二次泵變流量 一次泵:IS2001502502:Q=280m3/h,H=20m,P=37kWIS150125315A2:Q=187m3/h,H=20m,P=22Kw 二次泵:IS

10、200150315A2:Q=280m3/h,H=44m,P=55kWIS150125400A:Q=187m3/h,H=38m,P=37Kw (3)一次泵變流量 IS200150315A2: Q=280m3/h,H=44m,P=55kW IS125100200A2: Q=187m3/h,H=44m,P=37kW 利用Trace700對這3個水系統(tǒng)方案進展比擬,結(jié)果如表1所示。 從表1可以明顯地看出一次泵變流量系統(tǒng)在冷卻水泵上的節(jié)能效果是十清楚顯的。就水泵的能耗來說，其比一次泵定流量系統(tǒng)節(jié)約了75%，比二次泵變流量系統(tǒng)節(jié)約了60%。 注：回報周期：一次泵變流量與一次泵定流量：2年；二次泵變流量與一次泵定流量：5.2年。 但是,在實際工程中，業(yè)主不僅關(guān)注節(jié)能效果，對經(jīng)濟效益更加關(guān)注。如果初投資過大，因收周期太長，就會降低業(yè)主使用這項節(jié)能技術(shù)的積極性。表2給出了對上述三種方案進展經(jīng)濟性分析的結(jié)果，結(jié)果說明一次泵變流量系統(tǒng)所增加的投資只需要2年就可以回收。 5、結(jié)論 (1)隨著制冷機技術(shù)與自控技術(shù)的開展，冷水機組變流量運行的平安性已可以得到保障，突破冷水機組定流量的設計理念成為可能；同時，變流量系統(tǒng)自控系統(tǒng)也比其他水系統(tǒng)形式復雜很多； (2)一次泵變流量系統(tǒng)利用變頻裝置，根據(jù)末端負荷調(diào)節(jié)系統(tǒng)水流量，最大限度地降低了水泵的能耗，與傳統(tǒng)的一次泵定流量系統(tǒng)和二次泵系統(tǒng)相比具有很大的節(jié)能優(yōu)勢，對空