空调冷水一次泵变流量系统管网曲线变化分析
空调冷水一次泵变流量系统管网曲线变化分析
摘要：对空调冷水一次泵变流量系统的原理及系统控制方案比较进行了详细的介绍，并对
一次泵变流量系统在干管压差控制下系统管网特性曲线及水泵工作点的变化进行了分析。
关键词：一次泵变流量系统 干管压差控制管网曲线
Abstract: The principle and system control programs comparison of variable primary flow system of air conditioning cold water are described in detail, and the changes of the system pipe network characteristic curve and the pump operating point of variable primary flow system in the control of main pipe pressure are analyzed in the paper.
Key words: variable primary flow system; main pipe pressure control; the curve of pipe network
1 引言
随着我国对建筑节能的日益重视，以及人们节能意识的加强，各种建筑节能技术研究不断发展。建筑中空调系统能耗约占整个建筑能耗35%以上，而空调系统能耗中大约25%~30%份额为循环系统冷冻水泵与冷却水泵的输配能耗，所以空调系统的节能措施尤其是空调水系统的节能手段是建筑节能技术研究的一个重要方面。
2 空调冷水一次泵变流量系统的原理
空调冷水一次泵变流量系统具有管路系统简单，节省机房面积，减少业主初投资，消除空调系统“低温差综合症”，冷水机组高效运行，节能效果显著等优点，已引起越来越多的空调系统设计者和业主的关注，在系统较小或各环路负荷特性或压力损失相差不大的中小型工程项目中得到了广泛应用。空调冷水一次泵变流量系统典型设备及附件配置如图1所示。
1—分水器2—集水器3—冷水机组4—冷水循环泵 5—止回阀
6—压差控制器7—旁通电动调节阀8—末端空气处理装置9—电动两通调节阀
图1 空调冷水一次泵变流量系统示例图
空调冷水一次泵变流量系统的工作原理：当系统用户侧空调负荷发生变化时，通过改变电动两通调节阀的开度而控制流经末端设备的冷水流量。空调系统中压差控制器监测用户侧差压值，根据压差监测信号，控制冷水泵转速和运行台数，调节旁通管开度，确保冷水机组蒸发器的水流量在安全流量范围内变化条件下，提供空调系统所需的冷水流量和管路系统资用压力，从而最大限度地节省空调冷冻水大量水泵输送能源，获得明显的节能运行效益。
3.空调冷水一次泵变流量系统控制方案
空调冷水一次泵变流量系统控制方案一般有以下三种：（1）温差控制法—保持供回水干管温差恒定不变；（2）干管压差控制法—保持供回水干管压差恒定不变；（3）末端压差控制法—保持最不利环路压差恒定不变；
冷冻水泵温差变流量控制方案，从空调系统热力特性出发，能够保证室内温／湿度要求，真实反映系统空调负荷的变化，节能效果显著。但冷冻水泵采用温差控制在工程中出现的不多，主要原因是这类控制系统的设计应用有一定的限制，局限于空调系统各用户侧的负荷按照统一规律性同步变化，否则容易出现管网水力失衡，进而使得各用户的供冷量达不到要求，影响用户侧的空调使用品质。另外冷冻水泵温差便流量控制存在滞后现象，控制不够灵敏。
冷冻水泵压差变流量控制方案，从空调冷水循环水泵运行特性出发，充分发挥水泵高效率运行，空调水系统运行稳定，系统整体水力平衡性好，且系统中压差变化比温差变化反映快，控制灵敏，因此在实际空调工程设计中此种控制方式应用最多。但由于压差控制方案并没有考虑系统的热力特性，不能真实地反映出空调系统负荷变化情况。且节能效果相对于温差控制方案来说，节能效果稍差。
4.干管压差控制水泵变流量系统管网特性变化分析
由于末端压差控制方案中对系统最不利环路的确定困难较大，且系统的控制布线给工程施工带来了难度和麻烦，所以实际空调系统变流量控制系统的设计中沿用了一次泵定流量中差压旁通控制的做法，即将差压测点设置在分水器与集水器之间，也就是上述的干管压差控制方案。下面就以干管压差控制方案为例，在假设空调冷冻水循环均为全变速泵的条件下，具体讨论一次泵变流量空调系统冷冻水量跟踪用户侧水流量的变化调节控制过程。
4.1 水泵变频变速调节理想水力工况分析
干管压差控制方案中水泵变频变速调节理想水力工况分析如图2所示。图中，空调冷冻水系统设计管网特性曲线为曲线Ⅰ，冷水循环水泵设计的工作点为点a。当实际运行中用户侧的负荷减少时，其所在支路的电动阀关闭和比例调节两通阀开度变小，用户侧水流量则由设计流量G减小为G’，与此同时阀门开
度的减小，导致系统支路阻力增加，空调冷冻水系统供回水干管作用压差增加，管网特性曲线变得陡峭，由曲线Ⅰ变化为曲线Ⅱ，为了保持空调供回水干管压差不变，电动压差旁通控制系统控制循环水泵电机变频器，调节水泵转速，由设计转速n减小为n’，水泵实际运行的工作点相应地由a点滑移到a’点，相应地循环水流量调整到实际所需要的流量G’，供回水干管之间的压差恢复到系统的设定值。工程实际运行结果表明当水泵电机变频器频率在其60%~70%满频的区间内变化时，冷冻水循环水泵高效地运行，改变水泵转速可以获得明显的节能效果。但当水泵的转速改变时，水泵不满足相似定律，水泵变频节能率三次方定律不成立。
图2 水泵变频变速调节理想水力工况分析图 图3 水泵台数调节理想水力工况分析图
4.2 水泵台数调节理想水力工况分析
考虑到水泵电机变频器效率和电机散热等因素影响，水泵转速并非是可以无限制地减小，通常空调系统实际运行中水泵的变速调节设有一个最低转速限制（约为水泵额定转速的30%），所以当水泵实际运行的转速小于最低转速限制时，需要进行水泵的台数控制。干管压差控制方案中水泵台数调节理想水力工况分析如图3所示。图中，两台水泵并联运行同时工作时，管网特性曲线为曲线Ⅰ’，水泵运行工作点为点b，所对应冷水系统循环流量为2G，水泵的扬程为H0。当停止其中一台水泵工作时，单台运行水泵的工作点由点b滑移到点c，此点c即为单台泵在管网特性曲线不变条件下工作点。但设置的电动压差旁通控制系统为了保持空调供回水干管压差不变，发出信号调节冷冻水供、回水干管上的旁通阀开启程度，相应地管网的特性曲线由曲线Ⅰ’变为曲线Ⅱ’，单台水泵的运行工况点由c滑移到点b’，此时空调冷冻水的循环水流量相应的调整到实际所需要的流量G，供回水干管之间的压差恢复到系统的设定值。
在电动压差旁通控制系统调节水泵转速和台数过程中，当空调冷冻水系统循环水流量小于冷热源允许流过的最小水流量时，电动压差旁通控制系统调节冷冻水供、回水干管上的旁通阀开启程度，对流量进行分流旁通，使得冷热源的水流量在其允许的流量范围内变化，保证冷水机组的安全、高效运行。
5 结语
随着我国对能源短缺问题的重视和对建筑节能工作的要求越来越高，作为一种节能的水系统形式，一次泵变流系统发展潜力巨大，但一个成功的一次泵变流量设计是整个空调系统共同作用的结果。空调末端设备的调节方式具有不同的特性，而舒适性空调系统末端装置的控制方式是不同种控制类型的组合，空调系统的管路特性曲线受到系统控制方式、空调系统设置等因素的影响，使得实际管路特性曲线的变化与理论分析存在着较大的差异。
一次泵变流量系统中控制方案，由于水泵的转速改变时，水泵不满足相似定律，节能率三次方定律不成立。且一次泵变流量系统节能效果，受到系统末端设备控制策略特性等因素的影响，进而节能情况很难进行定量的计算确定。
参考文献
[1] 汪训昌.空调冷水系统的沿革与变流量一次泵水系统的实践[J].暖通空调,2006,36(7):32-40,95
[2] 陆琼文.一次泵变流量系统管路特性分析[J].制冷空调与电力机械.2009,(04)
[3] 陆耀庆.实用供热空调设计手册（第二版）[M].北京：中国建筑工业出版社，2008
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