空调冷冻水一次泵变流量系统的节能与控制.docx

空调冷冻水一次泵变流量系统的节能与控制【摘 要】文章简单介绍了一次泵变流量系统，对一次泵变流量系统的能耗 做出了分析，提出了空调冷冻水一次泵变流量系统的节能与控制方法关键词】：空调；冷冻水系统；节能引言建筑物中央空调系统的冷冻水一次泵，传统上都采用固定转速水泵空调水 的变一次流量控制系统(VPF： Variable-Primary-Flow，也称为：冷冻水一次泵变 频调速控制系统)是近年才开始出现的先进控制方案配置变频调速冷冻水泵， 可以对冷冻水流量进行调节，达到精细化控制的目标虽然在负荷侧都是变水量 控制，但变频调速的一次侧控制和传统固定转速的一次泵系统不同，它比传统方 式控制要求高得多要求楼宇自控系统的工程服务者设计合理的变一次流量控制 解决方案，提供满足要求的控制功能本文结合某大型建筑的变一次流量控制工 程方案，对这种解决方案进行讨论1 一次泵变流量系统的特点一次泵变流量系统(VPF )的定义概述如下，当末端空调负荷变化时，电动二 通阀调节开度，改变冷冻水量，此时采用一定的控制措施，变频水泵和冷冻机组 的水流量都随负荷的改变而改变，在旁通管上增设了旁通控制阀，以维持运行冷 冻机的最小流量，如下图所示。

图1和二次泵变流量系统相比，最显著的一个特点是少了一组定速泵另外在旁 通管上多了一个控制阀，当系统水量小于单台冷冻机最小允许流量时，旁通阎打 开，旁通一部分水量使冷冻机运行在最小允许流量之上最小流量由流量计或压 差传感器测得系统末端仍然安装二通调节阀，水泵的转速由系统最远端压差的 变化控制或供回水温差控制冷冻机和水泵的台数不必一一对应，它们的台数变 化和启停也分别独立控制VPF系统可以改变整个系统中的循环水量，既包括流 经蒸发器的冷冻水流量，和冷却盘管中的冷冻水流量VPF不仅仅节省了二次泵 变流量系统中低效率的一次定流速泵，而且省去了管线，接头及其工程费用，电 力设备等，机房空间的需求也随之降低，这些都可观的节省初投资它较之二次 泵系统不但初投资小，而且能减少水泵的运行能耗2 一次泵变流量系统的节能分析二级泵变流量系统是机房内一次循环水为定流量，用户侧次级循环水为变流 量，而一次泵变流量系统则为全程变流量从理论上说，两系统的用户侧循环水量 和阻力是相同的，不同的是冷水机组循环部分，采用二级泵系统时冷水机组循环 水量和阻力是不变的，采用一次泵变流量系统时，冷水机组侧的循环水量和阻力 相应变化，当冷水机组侧的循环水量、阻力变小时，水泵能耗大为降低。

设定一 次泵系统流量调节范围为 50%一 10%，考虑到变频器在低负荷下的效率降低和 空调系统最小平衡流量的因素，二级泵变流量系统的次级泵流量调节范围也按 50% — 10%设定，则可计算出各水泵的耗电量:a —次泵定流量系统理论计算耗电 量为4200kwh;b —次泵变流量系统理论耗电量为14200kwh;c二级泵变流量系统 （一级泵为定流量）的理论耗电量为28480kwh可见在设定条件下以理论计算的 结果看，一次泵变流量系统比定流量系统节能约 66%，比二级泵变流量系统节能 约 50%3 一次泵变流量系统的控制一次泵变流量系统能够较好的跟踪系统负荷的动态变化，较好的满足系统的 负荷要求，把能耗控制在较低的水平所以系统必须有一套严格的控制方案只 有设计和系统相匹配的高水平监测和控制系统，才能安全可靠运行并真正发挥其 最大效益3．1 冷冻机主机应监测的主要参数主机运行状态；主机故障报警状态；主机负荷水平或百分数，主机电流或电 流百分数；当前供水温度设定值；蒸发器进水和回水温度实测值；冷凝器进水和 回水温度实测值；蒸发器-冷冻水流量实测值；蒸发器冷媒管路压力实测值；冷 凝器冷却.水流量实测值；本次运行时间和累计运行时间；累计启动次数；润滑 油温度和供给水平；接收机房集控系统给出的冷冻水供水温度再设定值，接收机 房集控系统发出的启停控制命令。

3．2 机房冷冻系统应监控的主要内容冷冻水泵、冷却水泵和冷却塔风机：运行状态、故障状态，累计运行时间， 运行次数，机房集控系统能对这些设备进行启停控制冷冻水泵的变频控制：监测供、回水管路之间最不利的压差值，根据系统末 端压差调节水泵转速而在实际运行中，许多情况下，供回水管路之间的最不利 压差值，不是一个固定值，而是需要随负荷侧水流量的变化而调整，因此控制系 统必须能够就地进行压差再设定，再对水泵转速调节冷却塔风机的控制：监测冷却水供回水总管的温度，以冷却塔供水温度没定 值为依据，对冷却塔风机进行变频调速监控电动蝶阀进行相应的连锁控制控 制系统应监测供、回水总管的温度虽然冷冻机能够提供这些数据，但这样能够 增加系统控制的灵活性对冷冻机设置数据接口3．3 冷冻机的启动和停止的连锁控制启动顺序：冷却塔风机冷却塔电动蝶阀冷却水泵冷冻机冷凝器电动蝶阀冷冻 水泵冷冻机蒸发器电动蝶阀冷冻机主机停止顺序：冷冻机主机冷冻机蒸发器电动蝶阀冷冻水泵冷冻机冷凝器电动蝶 阀冷却水泵冷却塔电动蝶阀冷却塔风机3．4 冷冻水一次泵变流量控制为了节约能耗，系统设计人员应根据总负荷水平来控制冷冻机、相应的水泵 及冷却塔的运行台数，并尽可能使这些设备在各自效率最高的区域运转。

对于冷 冻水一次泵变流量系统的控制，建议按以下三个逻辑来控制：通过最不利环路的 压差值及再设定值来控制冷冻水泵的转速，保证系统负荷的需求在水泵运行的 同时，应考虑所有正在运行的单台主机的流量能否满足其蒸发器的最低流量当 只剩一台主机在运行时，系统负荷持续下降，冷冻水流量低于冷机允许的最小流 量设定值时，旁通阀打开，保证冷冻机最小流量其中关于系统冷水主机加机的 控制策略为：主要根据冷冻水供水温度及系统设定供水温度，当系统负荷增加时， 系统在满负荷下无法维持供水温度，供水温度上升，超出设定值超过量一般设 为,2 分钟，则另一台主机就应加载上去其中关于主机减机策略很多，在此推荐 一种较为精确、可靠的方式：我们以压缩机运行电流百分比为依据，即每台机组 的运行电流百分比之和除以运行机组台数减一，如果得到的数值大于设定值，则 需要关闭一台主机这个设定值一般由冷冻机厂商提供，会输入在机房群控程序 中这个逻辑判断由机房通用 DDC 控制器来完成3．5 工程实例（1）项目概述上海某大厦，主要性质为实验室、数据存储中心及餐饮， 共四层， 面积 20000平方米，设计最大冷负荷约为：12400kW2）系统配置冷冻水系统采用一次泵变流量系统。

主机采用单台制冷量为1200RT的离心 式冷冻机三台冷冻水泵采用变频水泵，共三台，流量： 725 立方米每小时，扬 程： 40 米冷却水泵三台，采用定频，流量： 865 立方米每小时，扬程： 33米冷却塔设置于屋顶，冷 却塔风机变频3）系统流程简图见图（1），系统控制简图见图（2）、（3）图2图33．5 压差控制法在舒适性空调系统中，风机盘管所采用的电动两通阀受室内温度控制，当室 内温度高于设定值时，电动阀开启，低于设定值时关闭运行时由于部分电动阀 的关闭，如下图所示，管道的特性曲线从1改变为H,系统内水压分布发生了变 化，水泵的工作点也随之变化，从原来的a点变为a,,流量从Q改变为Q'压 力从H改变为尸，如果要保持系统压力H不变，可以通过将水泵的转速从n降 到n'来实现，此时水泵的工作点为b这种通过水系统内压差的变化来控制水 泵的转速，调节系统流量的方式通常被称为压差控制法图43．6 温差控制法根据供回水温差一定时，冷量与流量成正比的关系，利用制冷机房供、回水 干管的温差控制水泵的流量，使空调负荷变化直接影响流量变化的方式被称为温 差控制法温差控制工艺流程和控制原理图见图 5、图 6。

温差传感器5 可设定 温差为△】，当At减少时，说明水量偏大，需要降低水泵转速减少水量，反之亦 然温差控制流量是建立在系统的负荷平衡基础上，但温差控制只反映了系统的 平均负荷变化，而房间空调负荷的变化规律是不一致的，因此也存在最不利空调 房间的效果问题图5图6一般来说，表面冷却器、换热量与水流量的关系为非线性关系，在风量不变， 供水量为额定供水量的 50%时，供冷量可以达到额定冷量的 70%一 80%，这在 一定程度上可以缓解末端装置由于供水量不足而造成的失调现象但是应考虑到 供水量太低时，由于水力不平衡造成的失调现象，因此，系统的最小供水量不宜 定得太低结束语从上个世纪 60 年代中央空调水系统变流量技术首次成功应用，到现在一次 泵变流量技术的发展，人们对空调系统变流量技术的应用研究已经 40多年了， 但是目前对于一次泵变流量技术的设计和运行中还是存在很多问题，有很多困惑 需要我们去做进一步的研究一次泵变流量系统中流量依据末端负荷的需要逐时 变化、水泵变频调速运行，不但能更好满足室内舒适度要求，而且还能减小节流 损失、提高系统运行效率，使系统能稳定运行参考文献：【1】寒栋.空调冷冻水泵变频调速特性实验研究J】.制冷，2004, 25(6)： 17．21．【2】曹琦，傅明星，谢明华．空调供水系统变频节能【 J 】．自动化博览， 2003， (5)：31 ．32．【3】尤有新.空调冷水泵变频调速浅析【J】.工程设计与研究，2004(1)： 3841．【4】王寒栋.空调冷冻水泵变频控制方式分析与比较【J】.制冷空调与电 力机械， 2004， (1)： 16．21．【5】刘毅，张良.空调变流量系统的分析与探讨【J】.制冷空调，2002, 23(87)： 14 16注：文章内所有公式及图表请以 PDF 形式查看。