部分負(fù)荷下一次泵水系統(tǒng)變流量可行性分析

1、局部負(fù)荷下一次泵水系統(tǒng)變流量可行性分析提要：本文試圖解決一次泵水系統(tǒng)變頻中的兩個(gè)關(guān)鍵性問題：1.冷機(jī)是否可適應(yīng)水側(cè)的變流量運(yùn)行。2.變流量運(yùn)行對(duì)冷機(jī)P和整個(gè)系統(tǒng)的影響。通過對(duì)冷機(jī)廠家的技術(shù)調(diào)研、冷機(jī)變流量運(yùn)行的熱力學(xué)模型分析以及整個(gè)一次泵水系統(tǒng)變流量運(yùn)行的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比擬，消除了人們對(duì)于冷機(jī)不能適應(yīng)變流量工況的擔(dān)憂，指出水側(cè)在一定范圍內(nèi)變流量運(yùn)行不會(huì)給冷機(jī)P帶來明顯影響流量減至設(shè)計(jì)流量的60%，P下降不到10%，而整個(gè)水系統(tǒng)的節(jié)能效果那么是相對(duì)顯著的，進(jìn)而從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上論證了局部負(fù)荷時(shí)一次泵水系統(tǒng)采取變頻運(yùn)行的可行性，并通過計(jì)算，得出了水泵能耗占空調(diào)水系統(tǒng)總能耗20%以上時(shí)可以到達(dá)節(jié)能的效果。另外

2、，本文對(duì)實(shí)際工程提出了一些技術(shù)要求。關(guān)鍵詞：冷機(jī)，一次泵水系統(tǒng)，變流量，P一、前言在當(dāng)前的空調(diào)水系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，變流量節(jié)能的概念可謂已深化人心。在國內(nèi)多年的變流量設(shè)計(jì)或者改造工程中，二次泵水系統(tǒng)使用變頻水泵得到了普遍的認(rèn)可，但一次泵變頻卻始終得不到推廣。實(shí)際上，相對(duì)二次泵系統(tǒng)，一次泵系統(tǒng)中使用變頻水泵有許多有利條件，如設(shè)備初投資和占地比擬少，對(duì)運(yùn)行調(diào)節(jié)和自控系統(tǒng)要求較低。另外，根據(jù)ThasB.Hartan的觀點(diǎn)，較之二次泵系統(tǒng)，一次泵系統(tǒng)變流量在運(yùn)行中更為高效1。目前，一次泵變頻技術(shù)的推廣相當(dāng)有限，究其原因，不外乎有以下幾點(diǎn)擔(dān)憂，其中以第一點(diǎn)和第二點(diǎn)最為關(guān)鍵：1、流量運(yùn)行會(huì)對(duì)冷機(jī)運(yùn)行產(chǎn)生不利影響。

3、水側(cè)流量變化可能會(huì)導(dǎo)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)。2、冷機(jī)水側(cè)變流量后P會(huì)明顯下降，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，甚至是不節(jié)能的。3、變頻會(huì)對(duì)整個(gè)大樓電網(wǎng)帶來不利沖擊。4、初設(shè)計(jì)的問題。在這種情況下，有必要對(duì)這些問題進(jìn)展深化研究，以論證一次泵變頻的可行性。二、可變流量冷機(jī)產(chǎn)品技術(shù)調(diào)研分析隨著冷機(jī)控制技術(shù)的開展，冷機(jī)蒸發(fā)器和冷凝器內(nèi)的流量已經(jīng)允許在一定范圍內(nèi)變化，一般為設(shè)計(jì)流量的30%130%。例如在日立的水冷螺桿式冷水機(jī)組樣本中，就已明確給出不同型號(hào)冷機(jī)允許變流量的范圍，如表1所示。此外，日立的測試數(shù)據(jù)說明，當(dāng)冷卻水出口溫度保持恒定時(shí)，冷凍水流量和冷卻水流量

4、分別變化為原來的83%和85%時(shí)，冷機(jī)P下降了約0.4左右，下降幅度約9%，其中包括冷凍水出水溫度降低下降約5造成的P下降。對(duì)開利、頓翰布什等廠家冷機(jī)產(chǎn)品的調(diào)研結(jié)果與根本符合以上的結(jié)論，即：冷機(jī)允許蒸發(fā)器、冷凝器水側(cè)流量的變化范圍為設(shè)計(jì)流量的3050%；同時(shí)，流量變化時(shí)冷機(jī)P變化幅度不超過10%。冷機(jī)蒸發(fā)器允許的最大和最小水流量3/h表1型號(hào)最大冷凍水流量3/h最小冷凍水流量3/h流量減少幅度%RU40S381171.1RU80S752665.3RU100S883065.9RU150S1154759.1RU200S1705667.1RU400S32115950.5三、一次泵水系統(tǒng)變流量運(yùn)行對(duì)冷

5、機(jī)P影響的熱力學(xué)研究蒸發(fā)器的蒸發(fā)溫度是決定冷機(jī)P的一個(gè)重要因素，本文用熱力學(xué)方法來分析蒸發(fā)溫度和哪些因素有關(guān)。在局部負(fù)荷時(shí)，使用變流量運(yùn)行，通過比擬變流量情況下這些因素與滿負(fù)荷設(shè)計(jì)流量情況下的對(duì)應(yīng)值，得出蒸發(fā)溫度的變化情況。在分析中，設(shè)定冷機(jī)控制冷凍水的進(jìn)出水溫度為12/7。根據(jù)蒸發(fā)器側(cè)的傳熱方程，分析影響蒸發(fā)溫度的各個(gè)因素，可以得到變流量運(yùn)行時(shí)，蒸發(fā)溫度和相對(duì)流量的關(guān)系：1這里，為調(diào)節(jié)比例系數(shù)：，1,2為和特定蒸發(fā)器和設(shè)計(jì)工況有關(guān)的常量。A、B為相對(duì)傳熱系數(shù)和相對(duì)流量關(guān)系中的系數(shù)：。在圖1中可以看出，盡管對(duì)于不同的蒸發(fā)器，A、B值有所不同，但是變化趨勢一樣，并且曲線比擬接近。圖1蒸發(fā)器相對(duì)傳

6、熱系數(shù)隨相對(duì)流量的變化規(guī)律根據(jù)文獻(xiàn)3中實(shí)測得出的數(shù)據(jù)，可回歸得到與滿負(fù)荷情況比擬的相對(duì)負(fù)荷即蒸發(fā)器的傳熱量和設(shè)計(jì)流量相比擬的相對(duì)流量的關(guān)系式：2根據(jù)式2進(jìn)展局部負(fù)荷時(shí)的變流量運(yùn)行調(diào)節(jié)，由1式模擬開利蒸發(fā)器蒸發(fā)溫度的變化趨勢，得到圖2結(jié)果。從圖中可以看出，蒸發(fā)溫度隨冷凍水量的減少呈降低的趨勢，但是變化不大，在1以內(nèi)。根據(jù)不同的A、B值進(jìn)展計(jì)算，可以得到一樣的結(jié)果。下面分析在冷卻水流量不變的情況下冷機(jī)P隨冷凍水流量的變化。冷機(jī)P的變化與壓縮機(jī)功率、蒸發(fā)溫度te、蒸發(fā)器傳熱系數(shù)K有關(guān)，te和K的變化在前面的分析中已經(jīng)給出，由樣本數(shù)據(jù)可以得到變流量下壓縮機(jī)功率隨蒸發(fā)溫度的變化規(guī)律，進(jìn)而得出冷機(jī)P的變化

7、。圖3是所得的結(jié)果。由圖中可以看出，冷機(jī)的P隨流量減少呈下降的趨勢，在流量下降60%范圍內(nèi)P下降10%左右。由以上的計(jì)算結(jié)果，可以得出以下的結(jié)論：1、流量的減少導(dǎo)致了蒸發(fā)器傳熱系數(shù)的降低，總相對(duì)傳熱系數(shù)大約和相對(duì)流量的0.2次方成正比。2、在供回水溫度不變的條件下，流量變?yōu)樵O(shè)計(jì)流量60%，蒸發(fā)溫度下降不到1，P降低的幅度不超過10%。這里熱力學(xué)計(jì)算的結(jié)果和冷機(jī)廠家的數(shù)據(jù)根本相符?？偟膩碚f，冷凍水的流量對(duì)冷機(jī)蒸發(fā)溫度和P的影響不大。只要保證流量沒有降低到最小流量以下，保證蒸發(fā)器不被凍結(jié)，理論上冷機(jī)完全可以實(shí)現(xiàn)變流量。四、一次泵水系統(tǒng)變流量運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)整體性能分析雖然流量的降低導(dǎo)致了冷機(jī)本身P的下降

8、，但同時(shí)也使泵的能耗大大降低。為了比擬這兩種互為矛盾的結(jié)果對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的影響，定義冷水機(jī)組綜合P，計(jì)算公式為：(3)冷水機(jī)組P可以反映出冷凍水變流量后，整個(gè)系統(tǒng)的能耗情況。基于以上分析，得出水泵能耗占整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)能耗的不同比例下，冷水機(jī)組綜合P的變化。如圖4。由圖中可以得出：水泵能耗占整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)能耗的比例越大，系統(tǒng)綜合P升高幅度越大。泵耗較小，那么節(jié)能幅度不大。20%左右為臨界狀態(tài)，泵耗比例在比臨界比例以下，綜合P先有所下降再上升。所以，假設(shè)泵耗占整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)能耗20%以上時(shí)，使用變流量系統(tǒng)可以到達(dá)節(jié)能的效果。以北京某賓館建筑面積3.3萬為例，1999年空調(diào)系統(tǒng)用電量為391萬度，其中水泵耗電

9、量占空調(diào)用電量的25%?？紤]到一年內(nèi)大局部時(shí)間在局部負(fù)荷下運(yùn)行，系統(tǒng)的平均負(fù)荷為設(shè)計(jì)情況的80%。假設(shè)采用變流量運(yùn)行，水流量相應(yīng)調(diào)整為設(shè)計(jì)流量的60%，那么冷水機(jī)組綜合P升高近10%，即變流量后每年節(jié)電約40萬度。以每度電0.5元計(jì)，每年可節(jié)省費(fèi)用20萬元，經(jīng)濟(jì)效益明顯。五、一次泵變頻中的考前須知一次泵水系統(tǒng)中是通過一次泵變頻來實(shí)現(xiàn)的。通過筆者對(duì)中外文獻(xiàn)的調(diào)研，在一次泵系統(tǒng)變頻設(shè)計(jì)和改造的實(shí)際工程中，要注意以下幾方面的問題。1、盡量保證與相似工況點(diǎn)近似，才能到達(dá)最正確的節(jié)能效果。2、系統(tǒng)在制冷量低于最小臨界負(fù)荷時(shí)不能運(yùn)行。3、流量降低有所控制，不能使流動(dòng)呈層流狀態(tài)。4、要保證滿足系統(tǒng)從最小到最

10、大負(fù)荷，全流量范圍內(nèi)的所有揚(yáng)程。5、水泵程序化運(yùn)行，要保證水泵的最高效率和最小的徑向推力。6、設(shè)計(jì)改造時(shí)，要可以提供出整個(gè)泵裝置電力配線與水系統(tǒng)結(jié)合后的效率評(píng)估，以備查詢計(jì)算。7、負(fù)荷計(jì)算時(shí)記錄逐時(shí)負(fù)荷，為變頻設(shè)計(jì)制定參考值。六、結(jié)論本文在調(diào)研和計(jì)算的根底上得出了以下結(jié)論：1、目前有許多冷機(jī)可以在變流量的情況下工作，且對(duì)冷機(jī)的P影響不大。根據(jù)廠家產(chǎn)品樣本提供的數(shù)據(jù)，變化幅度不超過10%。2、用熱力學(xué)分析的方法得出，冷凍水流量變化為原流量的60%，蒸發(fā)溫度下降只有1，P下降幅度小于10%，與樣本數(shù)據(jù)相符。3、雖然冷機(jī)本身的P會(huì)隨冷水流量降低而略有減少，但由于泵耗的大幅度降低，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)而言，總體

11、能耗減少。并且泵耗所占比例越大，節(jié)能效果越明顯。泵耗在20%以上，變流量都會(huì)帶來系統(tǒng)的能量節(jié)剩總之，一次泵水系統(tǒng)變流量運(yùn)行在實(shí)際工程中的應(yīng)用完全是實(shí)在可行的，它不會(huì)對(duì)冷機(jī)性能帶來明顯的不利影響，而從整個(gè)水系統(tǒng)的角度出發(fā)，可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。七、參考文獻(xiàn)1、ThasB.Hartan,P.E,Designissuesfvariablehilled-aterflthrughhillers,ASHRAETransatins:Sypsia,v102.n2.1996,679-683.2、郭慶堂、吳進(jìn)發(fā)等，實(shí)用制冷工程設(shè)計(jì)手冊(cè)，p315，北京，中國建筑工業(yè)出版社，1997.3、高養(yǎng)田，空調(diào)變流量水系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)開展，暖通空調(diào)，1996，3，p21.4、J.Grdn,K.Ng,H.T.hua,.K.Li,Hvaryingndenserlantflrateaffetshillerperfrane:therdynaidelingandexperientalnfiratin,ASHRAETransatins:Sypsia,Ther