空調(diào)冷水一次泵變流量系統(tǒng)管網(wǎng)曲線變化分析

摘要：對(duì)空調(diào)冷水一次泵變流量系統(tǒng)的原理及系統(tǒng)控制方案比較進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，并對(duì)

一次泵變流量系統(tǒng)在干管壓差控制下系統(tǒng)管網(wǎng)特性曲線及水泵工作點(diǎn)的變化進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：一次泵變流量系統(tǒng) 干管壓差控制管網(wǎng)曲線

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

隨著我國(guó)對(duì)建筑節(jié)能的日益重視，以及人們節(jié)能意識(shí)的加強(qiáng)，各種建筑節(jié)能技術(shù)研究不斷發(fā)展。建筑中空調(diào)系統(tǒng)能耗約占整個(gè)建筑能耗35%以上，而空調(diào)系統(tǒng)能耗中大約25%~30%份額為循環(huán)系統(tǒng)冷凍水泵與冷卻水泵的輸配能耗，所以空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能措施尤其是空調(diào)水系統(tǒng)的節(jié)能手段是建筑節(jié)能技術(shù)研究的一個(gè)重要方面。

2 空調(diào)冷水一次泵變流量系統(tǒng)的原理

空調(diào)冷水一次泵變流量系統(tǒng)具有管路系統(tǒng)簡(jiǎn)單，節(jié)省機(jī)房面積，減少業(yè)主初投資，消除空調(diào)系統(tǒng)“低溫差綜合癥”，冷水機(jī)組高效運(yùn)行，節(jié)能效果顯著等優(yōu)點(diǎn)，已引起越來(lái)越多的空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)者和業(yè)主的關(guān)注，在系統(tǒng)較小或各環(huán)路負(fù)荷特性或壓力損失相差不大的中小型工程項(xiàng)目中得到了廣泛應(yīng)用。空調(diào)冷水一次泵變流量系統(tǒng)典型設(shè)備及附件配置如圖1所示。

1—分水器2—集水器3—冷水機(jī)組4—冷水循環(huán)泵 5—止回閥

6—壓差控制器7—旁通電動(dòng)調(diào)節(jié)閥8—末端空氣處理裝置9—電動(dòng)兩通調(diào)節(jié)閥

圖1 空調(diào)冷水一次泵變流量系統(tǒng)示例圖

空調(diào)冷水一次泵變流量系統(tǒng)的工作原理：當(dāng)系統(tǒng)用戶側(cè)空調(diào)負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，通過(guò)改變電動(dòng)兩通調(diào)節(jié)閥的開度而控制流經(jīng)末端設(shè)備的冷水流量�？照{(diào)系統(tǒng)中壓差控制器監(jiān)測(cè)用戶側(cè)差壓值，根據(jù)壓差監(jiān)測(cè)信號(hào)，控制冷水泵轉(zhuǎn)速和運(yùn)行臺(tái)數(shù)，調(diào)節(jié)旁通管開度，確保冷水機(jī)組蒸發(fā)器的水流量在安全流量范圍內(nèi)變化條件下，提供空調(diào)系統(tǒng)所需的冷水流量和管路系統(tǒng)資用壓力，從而最大限度地節(jié)省空調(diào)冷凍水大量水泵輸送能源，獲得明顯的節(jié)能運(yùn)行效益。

3.空調(diào)冷水一次泵變流量系統(tǒng)控制方案

空調(diào)冷水一次泵變流量系統(tǒng)控制方案一般有以下三種：（1）溫差控制法—保持供回水干管溫差恒定不變；（2）干管壓差控制法—保持供回水干管壓差恒定不變；（3）末端壓差控制法—保持最不利環(huán)路壓差恒定不變；

冷凍水泵溫差變流量控制方案，從空調(diào)系統(tǒng)熱力特性出發(fā)，能夠保證室內(nèi)溫／濕度要求，真實(shí)反映系統(tǒng)空調(diào)負(fù)荷的變化，節(jié)能效果顯著。但冷凍水泵采用溫差控制在工程中出現(xiàn)的不多，主要原因是這類控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)用有一定的限制，局限于空調(diào)系統(tǒng)各用戶側(cè)的負(fù)荷按照統(tǒng)一規(guī)律性同步變化，否則容易出現(xiàn)管網(wǎng)水力失衡，進(jìn)而使得各用戶的供冷量達(dá)不到要求，影響用戶側(cè)的空調(diào)使用品質(zhì)。另外冷凍水泵溫差便流量控制存在滯后現(xiàn)象，控制不夠靈敏。

冷凍水泵壓差變流量控制方案，從空調(diào)冷水循環(huán)水泵運(yùn)行特性出發(fā)，充分發(fā)揮水泵高效率運(yùn)行，空調(diào)水系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，系統(tǒng)整體水力平衡性好，且系統(tǒng)中壓差變化比溫差變化反映快，控制靈敏，因此在實(shí)際空調(diào)工程設(shè)計(jì)中此種控制方式應(yīng)用最多。但由于壓差控制方案并沒(méi)有考慮系統(tǒng)的熱力特性，不能真實(shí)地反映出空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷變化情況。且節(jié)能效果相對(duì)于溫差控制方案來(lái)說(shuō)，節(jié)能效果稍差。

4.干管壓差控制水泵變流量系統(tǒng)管網(wǎng)特性變化分析

由于末端壓差控制方案中對(duì)系統(tǒng)最不利環(huán)路的確定困難較大，且系統(tǒng)的控制布線給工程施工帶來(lái)了難度和麻煩，所以實(shí)際空調(diào)系統(tǒng)變流量控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中沿用了一次泵定流量中差壓旁通控制的做法，即將差壓測(cè)點(diǎn)設(shè)置在分水器與集水器之間，也就是上述的干管壓差控制方案。下面就以干管壓差控制方案為例，在假設(shè)空調(diào)冷凍水循環(huán)均為全變速泵的條件下，具體討論一次泵變流量空調(diào)系統(tǒng)冷凍水量跟蹤用戶側(cè)水流量的變化調(diào)節(jié)控制過(guò)程。

4.1 水泵變頻變速調(diào)節(jié)理想水力工況分析

干管壓差控制方案中水泵變頻變速調(diào)節(jié)理想水力工況分析如圖2所示。圖中，空調(diào)冷凍水系統(tǒng)設(shè)計(jì)管網(wǎng)特性曲線為曲線Ⅰ，冷水循環(huán)水泵設(shè)計(jì)的工作點(diǎn)為點(diǎn)a。當(dāng)實(shí)際運(yùn)行中用戶側(cè)的負(fù)荷減少時(shí)，其所在支路的電動(dòng)閥關(guān)閉和比例調(diào)節(jié)兩通閥開度變小，用戶側(cè)水流量則由設(shè)計(jì)流量G減小為G’，與此同時(shí)閥門開

度的減小，導(dǎo)致系統(tǒng)支路阻力增加，空調(diào)冷凍水系統(tǒng)供回水干管作用壓差增加，管網(wǎng)特性曲線變得陡峭，由曲線Ⅰ變化為曲線Ⅱ，為了保持空調(diào)供回水干管壓差不變，電動(dòng)壓差旁通控制系統(tǒng)控制循環(huán)水泵電機(jī)變頻器，調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速，由設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速n減小為n’，水泵實(shí)際運(yùn)行的工作點(diǎn)相應(yīng)地由a點(diǎn)滑移到a’點(diǎn)，相應(yīng)地循環(huán)水流量調(diào)整到實(shí)際所需要的流量G’，供回水干管之間的壓差恢復(fù)到系統(tǒng)的設(shè)定值。工程實(shí)際運(yùn)行結(jié)果表明當(dāng)水泵電機(jī)變頻器頻率在其60%~70%滿頻的區(qū)間內(nèi)變化時(shí)，冷凍水循環(huán)水泵高效地運(yùn)行，改變水泵轉(zhuǎn)速可以獲得明顯的節(jié)能效果。但當(dāng)水泵的轉(zhuǎn)速改變時(shí)，水泵不滿足相似定律，水泵變頻節(jié)能率三次方定律不成立。

圖2 水泵變頻變速調(diào)節(jié)理想水力工況分析圖 圖3 水泵臺(tái)數(shù)調(diào)節(jié)理想水力工況分析圖

4.2 水泵臺(tái)數(shù)調(diào)節(jié)理想水力工況分析

考慮到水泵電機(jī)變頻器效率和電機(jī)散熱等因素影響，水泵轉(zhuǎn)速并非是可以無(wú)限制地減小，通�？照{(diào)系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行中水泵的變速調(diào)節(jié)設(shè)有一個(gè)最低轉(zhuǎn)速限制（約為水泵額定轉(zhuǎn)速的30%），所以當(dāng)水泵實(shí)際運(yùn)行的轉(zhuǎn)速小于最低轉(zhuǎn)速限制時(shí)，需要進(jìn)行水泵的臺(tái)數(shù)控制。干管壓差控制方案中水泵臺(tái)數(shù)調(diào)節(jié)理想水力工況分析如圖3所示。圖中，兩臺(tái)水泵并聯(lián)運(yùn)行同時(shí)工作時(shí)，管網(wǎng)特性曲線為曲線Ⅰ’，水泵運(yùn)行工作點(diǎn)為點(diǎn)b，所對(duì)應(yīng)冷水系統(tǒng)循環(huán)流量為2G，水泵的揚(yáng)程為H0。當(dāng)停止其中一臺(tái)水泵工作時(shí)，單臺(tái)運(yùn)行水泵的工作點(diǎn)由點(diǎn)b滑移到點(diǎn)c，此點(diǎn)c即為單臺(tái)泵在管網(wǎng)特性曲線不變條件下工作點(diǎn)。但設(shè)置的電動(dòng)壓差旁通控制系統(tǒng)為了保持空調(diào)供回水干管壓差不變，發(fā)出信號(hào)調(diào)節(jié)冷凍水供、回水干管上的旁通閥開啟程度，相應(yīng)地管網(wǎng)的特性曲線由曲線Ⅰ’變?yōu)榍�線Ⅱ’，單臺(tái)水泵的運(yùn)行工況點(diǎn)由c滑移到點(diǎn)b’，此時(shí)空調(diào)冷凍水的循環(huán)水流量相應(yīng)的調(diào)整到實(shí)際所需要的流量G，供回水干管之間的壓差恢復(fù)到系統(tǒng)的設(shè)定值。

在電動(dòng)壓差旁通控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速和臺(tái)數(shù)過(guò)程中，當(dāng)空調(diào)冷凍水系統(tǒng)循環(huán)水流量小于冷熱源允許流過(guò)的最小水流量時(shí)，電動(dòng)壓差旁通控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)冷凍水供、回水干管上的旁通閥開啟程度，對(duì)流量進(jìn)行分流旁通，使得冷熱源的水流量在其允許的流量范圍內(nèi)變化，保證冷水機(jī)組的安全、高效運(yùn)行。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)對(duì)能源短缺問(wèn)題的重視和對(duì)建筑節(jié)能工作的要求越來(lái)越高，作為一種節(jié)能的水系統(tǒng)形式，一次泵變流系統(tǒng)發(fā)展?jié)摿�巨大，但一個(gè)成功的一次泵變流量設(shè)計(jì)是整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)共同作用的結(jié)果。空調(diào)末端設(shè)備的調(diào)節(jié)方式具有不同的特性，而舒適性空調(diào)系統(tǒng)末端裝置的控制方式是不同種控制類型的組合，空調(diào)系統(tǒng)的管路特性曲線受到系統(tǒng)控制方式、空調(diào)系統(tǒng)設(shè)置等因素的影響，使得實(shí)際管路特性曲線的變化與理論分析存在著較大的差異。

一次泵變流量系統(tǒng)中控制方案，由于水泵的轉(zhuǎn)速改變時(shí)，水泵不滿足相似定律，節(jié)能率三次方定律不成立。且一次泵變流量系統(tǒng)節(jié)能效果，受到系統(tǒng)末端設(shè)備控制策略特性等因素的影響，進(jìn)而節(jié)能情況很難進(jìn)行定量的計(jì)算確定。

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