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一次泵冷機(jī)定流量系統(tǒng)的選擇

1空調(diào)系統(tǒng)自動(dòng)控制的目由于能源不足等原因,空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能吸引了越來(lái)越多的用戶和設(shè)計(jì)師??照{(diào)系統(tǒng)優(yōu)化是實(shí)現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能的重要措施,但實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化的最終手段是空調(diào)系統(tǒng)的自動(dòng)控制。對(duì)冷水系統(tǒng)的優(yōu)化來(lái)說(shuō),就是每臺(tái)冷凍機(jī)和水泵都在最佳效率下運(yùn)行,因而如何選擇正確的冷凍機(jī)房控制策略將至關(guān)重要。2旁通管系統(tǒng)控制下圖為一次泵冷機(jī)定流量系統(tǒng)圖,它以控制方法簡(jiǎn)單、施工方便、系統(tǒng)穩(wěn)定成熟的優(yōu)點(diǎn)仍舊受到國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)商、設(shè)計(jì)施工單位的青睞。機(jī)組運(yùn)行時(shí),一次泵保持定流量,當(dāng)負(fù)荷增加而加載一臺(tái)冷水機(jī)組的時(shí)候,其對(duì)應(yīng)的冷凍水泵先啟動(dòng),而負(fù)荷降低減載一臺(tái)冷水機(jī)組的時(shí)候,先關(guān)閉一臺(tái)機(jī)組,然后關(guān)閉其對(duì)應(yīng)的水泵,既水泵和機(jī)組聯(lián)動(dòng),冷機(jī)的保持在額定流量下工作。旁通管就是起到平衡機(jī)組側(cè)和用戶測(cè)水量的作用。如圖所示,當(dāng)末端負(fù)荷增大,旁通管內(nèi)流向從左向右;當(dāng)末端負(fù)荷減小,旁通管內(nèi)流向?yàn)閺挠蚁蜃?。二通調(diào)節(jié)閥引起的壓差變化來(lái)調(diào)節(jié)壓差旁通閥的開(kāi)度,從而調(diào)節(jié)旁通水量。目前與之相匹配的冷凍機(jī)房控制策略主要有兩類(lèi)。第一類(lèi)控制方式:冷凍機(jī)的加機(jī)是以系統(tǒng)供水設(shè)定溫度為依據(jù),當(dāng)系統(tǒng)供水溫度大于設(shè)定溫度,而且這種狀態(tài)持續(xù)10~15分鐘,另一臺(tái)冷水機(jī)組投入使用;減機(jī)控制則是以旁通管的流量為依據(jù),當(dāng)旁通管內(nèi)的冷凍水從供水管流向回水總管,并且達(dá)到單臺(tái)冷凍機(jī)設(shè)計(jì)流量的110~120%,如果這種狀態(tài)持續(xù)10~15分鐘,控制系統(tǒng)將減掉一臺(tái)冷凍機(jī)。第一類(lèi)控制方式:冷凍機(jī)的加減機(jī)是以制冷量為依據(jù)的,根據(jù)冷凍機(jī)進(jìn)出冷凍水水溫以及流量,可計(jì)算得到冷機(jī)實(shí)時(shí)冷量,根據(jù)實(shí)時(shí)冷量與系統(tǒng)設(shè)定冷量的比較而加減機(jī)??傊?第一類(lèi)控制方式可近似看作以總供水量為控制目標(biāo)的運(yùn)行模式;第二類(lèi)控制方式是以制冷量為控制目標(biāo)的運(yùn)行模式。3電動(dòng)兩通閥的控制模式目前大部分工程較常使用的空調(diào)系統(tǒng)方式為兩種:變風(fēng)量為主的空調(diào)系統(tǒng)、新風(fēng)加風(fēng)機(jī)盤(pán)管空調(diào)系統(tǒng)。無(wú)論那種方式,空調(diào)機(jī)組表冷器供冷量都是通過(guò)電動(dòng)兩通閥自動(dòng)控制。變風(fēng)量為主的空調(diào)系統(tǒng)中,當(dāng)空氣處理機(jī)組變風(fēng)量運(yùn)行時(shí),通常前半程由送風(fēng)溫度控制電動(dòng)兩通閥,通過(guò)室溫控制末端裝置的風(fēng)量來(lái)達(dá)到對(duì)風(fēng)機(jī)總風(fēng)量的控制;當(dāng)送風(fēng)量下降至下限時(shí),則由回風(fēng)(或室溫)直接控制電動(dòng)兩通閥。當(dāng)空氣處理機(jī)組在定風(fēng)量方式下運(yùn)行時(shí),隨著需冷量的減少,電動(dòng)兩通閥將自動(dòng)關(guān)小,從而減少流過(guò)的水量,但同時(shí)表冷器水溫差將增大。新風(fēng)加風(fēng)機(jī)盤(pán)管空調(diào)系統(tǒng)中,新風(fēng)處理機(jī)組采用定風(fēng)量方式運(yùn)行,電動(dòng)兩通閥也將隨著需冷量的減少而關(guān)小,從而減少流過(guò)的水量。對(duì)于風(fēng)機(jī)盤(pán)管而言,其電動(dòng)兩通閥通常采用位式控制模式,打開(kāi)時(shí)為設(shè)計(jì)流量,關(guān)閉時(shí)流量為零。通過(guò)對(duì)水系統(tǒng)總冷量和流量特性的綜合分析,兩空調(diào)系統(tǒng)的總冷量與流量大抵可用下圖中曲線3、1表示,曲線2則表示冷量與水流量呈線性關(guān)系。4空調(diào)系統(tǒng)不適合采用以制冷量為目標(biāo)的控制模式以往設(shè)計(jì)中,一次泵冷機(jī)定流量系統(tǒng)兩種控制策略,在新風(fēng)加風(fēng)機(jī)盤(pán)管系統(tǒng)和變風(fēng)量為主的空調(diào)系統(tǒng)中都有大量應(yīng)用,且隨機(jī)性很大,全憑設(shè)計(jì)人員個(gè)人偏好。實(shí)際上,如從系統(tǒng)優(yōu)化、節(jié)能角度分析,兩種控制策略應(yīng)有各不相同的最佳應(yīng)用條件,以下分別舉例闡述。1)新風(fēng)加風(fēng)機(jī)盤(pán)管空調(diào)系統(tǒng)如圖2曲線1所示新風(fēng)加風(fēng)機(jī)盤(pán)管系統(tǒng),假定水系統(tǒng)有三臺(tái)冷水機(jī)組、三臺(tái)定頻水泵,總水流量為Gz,總冷量為Qz。當(dāng)系統(tǒng)流量G=100%Gz時(shí),系統(tǒng)所需冷量Q=100%Qz;當(dāng)系統(tǒng)流量G=58%Gz時(shí),Q=77%Qz;當(dāng)系統(tǒng)流量G=25%Gz時(shí),Q=47%Qz。如果以總供水量來(lái)控制機(jī)組的運(yùn)行臺(tái)數(shù),當(dāng)流量下降至58%Gz時(shí),系統(tǒng)的需冷量77%Qz遠(yuǎn)大于冷水機(jī)組臨界轉(zhuǎn)換點(diǎn)58%Qz,如果這時(shí)停止1臺(tái)冷水機(jī)組會(huì)造成系統(tǒng)供冷量不足,其結(jié)果是供水溫度升高,直至高于冷水機(jī)組設(shè)出水設(shè)定溫度,導(dǎo)致剛剛停運(yùn)的冷水機(jī)組再次啟動(dòng),如此往復(fù)頻繁啟停冷水機(jī)組造成系統(tǒng)運(yùn)行的不穩(wěn)定性。同理,當(dāng)流量下降至25%Gz時(shí),系統(tǒng)的需冷量為52%Qz,也遠(yuǎn)大于冷水機(jī)組臨界轉(zhuǎn)換點(diǎn)25%Qz。因而新風(fēng)加風(fēng)機(jī)盤(pán)管系統(tǒng)不適合采用以總供水量為控制目標(biāo)的運(yùn)行模式?,F(xiàn)在看一看以制冷量為控制目標(biāo)的運(yùn)行模式。為了保證建筑的供冷要求,當(dāng)冷量下降至58%Qz之前,不應(yīng)停運(yùn)冷水機(jī)組,由于三臺(tái)水泵與冷水機(jī)組聯(lián)動(dòng),水泵也必須全部開(kāi)啟。從曲線1可知系統(tǒng)冷量下降至58%Qz之前,所需流量?jī)H為35%Gz左右,這就意味著有一臺(tái)水泵運(yùn)行的水量完全沒(méi)有起作用,只能通過(guò)壓差旁通閥流回回水總管。從以上分析可知,對(duì)于新風(fēng)加風(fēng)機(jī)盤(pán)管系統(tǒng),以制冷量為目標(biāo)的控制模式在運(yùn)行穩(wěn)定性和保證建筑冷熱量方面優(yōu)于以總供水量為目標(biāo)的控制模式。但是,前者在系統(tǒng)運(yùn)行節(jié)能方面還存在很大的問(wèn)題,值得進(jìn)一步探討。2)變風(fēng)量為主的空調(diào)系統(tǒng)如圖2曲線3所示變風(fēng)量為主的空調(diào)系統(tǒng),假定系統(tǒng)有三臺(tái)冷水機(jī)組、三臺(tái)定頻水泵,總水流量為Gz,總冷量為Qz。如果以制冷量為控制目標(biāo)來(lái)控制冷水機(jī)組的運(yùn)行臺(tái)數(shù)。當(dāng)用戶側(cè)的需冷量減少至58%Qz時(shí),用戶測(cè)需要的流量大約為73%Gz,大于兩臺(tái)水泵的額定供水量。如果此時(shí)停止一臺(tái)冷水機(jī)組和相應(yīng)的水泵后,將導(dǎo)致供水量不足。表冷器電動(dòng)兩通閥將開(kāi)大以增加供水量,但此時(shí)正在運(yùn)行的兩臺(tái)水泵流量已經(jīng)達(dá)到額定值,電動(dòng)兩通閥的開(kāi)大只會(huì)使系統(tǒng)水阻力降低而導(dǎo)致水泵的工作點(diǎn)向低揚(yáng)程、大流量方向移動(dòng),嚴(yán)重的時(shí)候可能造成水泵電機(jī)過(guò)載而發(fā)生事故。同理,當(dāng)用戶側(cè)的需冷量減少至25%Qz時(shí),用戶測(cè)需要的流量大約為37%Gz,也存在上述問(wèn)題。因而變風(fēng)量為主的空調(diào)系統(tǒng)不適合采用以制冷量為控制目標(biāo)的運(yùn)行模式。如果以流量為控制目標(biāo)來(lái)控制冷水機(jī)組的運(yùn)行臺(tái)數(shù)。當(dāng)用戶側(cè)流量減少至58%Gz時(shí),用戶測(cè)需要的冷量約為45%Gz,可以停止一臺(tái)冷水機(jī)組和對(duì)應(yīng)的水泵,多余的水量通過(guò)壓差旁通閥流回回水總管。同理,當(dāng)用戶側(cè)流量減少至25%Gz時(shí),用戶測(cè)需要的冷量約為15%Gz,可停止一臺(tái)冷水機(jī)組和對(duì)應(yīng)的水泵。從以上分析可知,對(duì)于變風(fēng)量為主的空調(diào)系統(tǒng),以制冷量總供水量為目標(biāo)的控制模式在運(yùn)行穩(wěn)定性和保證建筑冷熱量方面優(yōu)于以為目標(biāo)的控制模式。但是,為平衡用戶側(cè)和冷機(jī)側(cè)水量不均,前者仍然無(wú)法避免系統(tǒng)水在平衡管內(nèi)白白的流動(dòng)而損耗電能。5次泵冷機(jī)變流量系統(tǒng)的控制策略隨著冷凍機(jī)技術(shù)的發(fā)展,尤其是機(jī)組控制技術(shù)的發(fā)展,冷機(jī)蒸發(fā)器完全可以在變流量情況下工作,因此使一次泵冷機(jī)變流量系統(tǒng)得以成功實(shí)現(xiàn)。如圖3所示,冷凍機(jī)和水泵的臺(tái)數(shù)不用一一對(duì)應(yīng),它們的臺(tái)數(shù)變化和啟停分別獨(dú)立控制。水泵為變速泵,其轉(zhuǎn)速由系統(tǒng)最遠(yuǎn)端的壓差傳感器來(lái)控制。仍設(shè)置帶電動(dòng)閥的旁通管,但是只有當(dāng)系統(tǒng)水量小于單臺(tái)冷凍機(jī)最小允許值時(shí),旁通閥才打開(kāi),旁通一部分水量使冷凍機(jī)運(yùn)行在最小允許流量之上,最小流量也由系統(tǒng)遠(yuǎn)端的壓差傳感器測(cè)得。由于一次泵冷機(jī)變流量系統(tǒng),打破水泵與冷凍機(jī)聯(lián)動(dòng)的運(yùn)行方式,兩者單獨(dú)啟停、獨(dú)立控制,很好的解決了末端所需水量和冷機(jī)側(cè)水量差異較大的矛盾,因而一次泵冷機(jī)定流量系統(tǒng)的兩種控制策略都適用于它,而不用考慮其更適合變風(fēng)量為主的空調(diào)系統(tǒng),還是新風(fēng)加風(fēng)機(jī)盤(pán)管空調(diào)系統(tǒng)。下面舉例具體說(shuō)明一次泵冷機(jī)變流量系統(tǒng)的控制策略。同樣以三臺(tái)冷凍機(jī)為例,配置兩臺(tái)變速泵。當(dāng)系統(tǒng)滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí),旁通閥關(guān)閉,旁通管內(nèi)流量為零。當(dāng)冷負(fù)荷減小,末端的電動(dòng)二通閥關(guān)小。為了維持設(shè)定壓差值,水泵轉(zhuǎn)速減小,使整個(gè)系統(tǒng)包括冷凍機(jī)的流量都減小。因?yàn)橥ㄟ^(guò)每臺(tái)冷凍機(jī)的流量都大于其蒸發(fā)器最小允許流量,此時(shí)旁通閥仍然關(guān)閉,旁通管內(nèi)流量為0。當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷繼續(xù)減小使流量小于單臺(tái)冷凍機(jī)的最小允許流量,旁通閥打開(kāi)使機(jī)組在最小流量下安全運(yùn)行。當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷增加,機(jī)組在滿負(fù)荷下已無(wú)法維持供水溫度,供水溫度升高后的狀態(tài)如果維持10~15分鐘,另一臺(tái)機(jī)組就會(huì)加載。值得注意的是,某些工況下機(jī)組蒸發(fā)器實(shí)際流量大于機(jī)組的額定流量,這種情況在機(jī)組定流量系統(tǒng)中是不可能出現(xiàn)的,這也印證了水泵的控制完全以末端負(fù)荷來(lái)控制,和機(jī)組的控制分開(kāi),不受其限制。由于國(guó)內(nèi)變流量冷水機(jī)組市場(chǎng)還未成熟,因此一次泵冷機(jī)變流量系統(tǒng)的應(yīng)用還很有限,根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn),設(shè)計(jì)工程師在實(shí)施的過(guò)程中應(yīng)注意如下兩點(diǎn):一是冷水機(jī)組的最小和最大流量變化;另一個(gè)是冷水機(jī)組對(duì)運(yùn)行中流量變化的處理能力。由于受傳熱效率等因素的影響,為了安全運(yùn)行和防止蒸發(fā)器結(jié)冰,蒸發(fā)器變流量的冷水機(jī)組還是必須運(yùn)行在一定的流量范圍內(nèi)。除此之外,冷水機(jī)組還必須有能力應(yīng)付蒸發(fā)器在運(yùn)行中的流量變化,做到在流量變化的時(shí)候機(jī)組安全運(yùn)行,并維持設(shè)定的出水溫度。在選擇冷水機(jī)組的時(shí)候,一定要求廠家對(duì)這兩方面能力進(jìn)行明確。6水系統(tǒng)控制方式比選對(duì)于一次泵機(jī)組定流量水系統(tǒng),以總供水量為控制目標(biāo)的運(yùn)行模式適用于新風(fēng)加風(fēng)機(jī)盤(pán)管空調(diào)系統(tǒng),以總冷量為控制目標(biāo)的運(yùn)行模式適用于變風(fēng)量為主的空調(diào)系統(tǒng),這樣可以最大限度的保證系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)、冷量滿足要求,但是由于機(jī)組側(cè)和用戶測(cè)水量的差異將引起旁通管內(nèi)大量

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