空調(diào)水一次泵變流量系統(tǒng)的探討

摘要：一次泵變流量技術(shù)的應(yīng)用使空調(diào)水輸送系統(tǒng)在滿足空調(diào)系統(tǒng)使用需求下節(jié)能運(yùn)行，結(jié)合空調(diào)自控技術(shù)的應(yīng)用，使空調(diào)系統(tǒng)安全穩(wěn)定、操作方便。文章主要闡述了在改造中應(yīng)注意的幾個(gè)技術(shù)問題。

關(guān)鍵詞：一次泵變流量系統(tǒng)；節(jié)能；自控系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TU831.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006—8937（2012）23—0148—02

暖通空調(diào)能耗是建筑能耗中的大戶，據(jù)統(tǒng)計(jì)暖通空調(diào)能耗占建筑能耗的65%，空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能改造對(duì)工業(yè)和民用建筑的節(jié)能有重大意義。隨著近幾年來空調(diào)DDC控制技術(shù)的迅速發(fā)展，越來越多的空調(diào)水系統(tǒng)采用或節(jié)能改造為一次泵變流量系統(tǒng)（簡稱VPF系統(tǒng)）。如圖1所示，一次泵變流量就是空調(diào)水系統(tǒng)在滿足系統(tǒng)負(fù)荷、穩(wěn)定運(yùn)行情況下，采用一次泵變流量運(yùn)行，從而使空調(diào)系統(tǒng)達(dá)到節(jié)能效果。

空調(diào)水VPF系統(tǒng)在空調(diào)自動(dòng)控制系統(tǒng)輔助下運(yùn)行，其技術(shù)特點(diǎn)如下：

①通過冷水機(jī)組蒸發(fā)器的水流量滿足冷水機(jī)組安全要求，維持冷水機(jī)組蒸發(fā)溫度和蒸發(fā)壓力的相對(duì)穩(wěn)定，避免出現(xiàn)因過低水流量而保護(hù)停機(jī)。

②通過自動(dòng)調(diào)節(jié)空調(diào)末端設(shè)備的控制閥開度或開關(guān)，使經(jīng)空調(diào)末端設(shè)備的冷凍水流量滿足末端用戶空調(diào)負(fù)荷的變化。

③通過控制水泵運(yùn)行臺(tái)數(shù)及變頻調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速，使空調(diào)系統(tǒng)冷凍水量滿足空調(diào)負(fù)荷需求，以達(dá)到空調(diào)系統(tǒng)正常運(yùn)行、降低水泵運(yùn)行能耗的目的。

現(xiàn)根據(jù)筆者在某項(xiàng)目改造經(jīng)驗(yàn)，對(duì)空調(diào)水VPF系統(tǒng)改造中幾個(gè)問題作簡要總結(jié)和探討。

1 冷水機(jī)組因素

冷水機(jī)組必須滿足其安全運(yùn)行條件，否則停機(jī)保護(hù)或發(fā)生故障。冷水機(jī)組蒸發(fā)器管內(nèi)水流速度及流速變化的速率滿足設(shè)備要求，流量改變過大將造成冷水機(jī)組的停機(jī)保護(hù)，故在技術(shù)改造中考慮冷水機(jī)組最低水流量及其最大變化速率的限制。如在同一系統(tǒng)中，冷水機(jī)組規(guī)格型號(hào)不一致、大小機(jī)組搭配的話，考慮各冷水機(jī)組蒸發(fā)器額定水阻力盡可能保持在相等的水平，當(dāng)負(fù)荷端空調(diào)負(fù)荷導(dǎo)致空調(diào)冷凍水流量發(fā)生變化時(shí)，流經(jīng)各冷水機(jī)組蒸發(fā)器的水流量可基本實(shí)現(xiàn)同步等比例變化，避免出現(xiàn)大小機(jī)組之間出現(xiàn)“搶水”現(xiàn)象。

2 冷凍水系統(tǒng)配置

泵機(jī)配置的對(duì)應(yīng)關(guān)系問題，常見冷凍水泵與冷水機(jī)組的對(duì)應(yīng)關(guān)系有兩種形式。第一種為冷凍水泵單獨(dú)與冷水機(jī)組一一對(duì)應(yīng)串聯(lián)，各冷水機(jī)組蒸發(fā)器水流量直觀上可得到可靠的保證，由空調(diào)負(fù)荷端實(shí)際瞬間總負(fù)荷輔以冷水機(jī)組工作累計(jì)時(shí)間決定冷水機(jī)組啟停，而冷凍水泵啟停與冷水機(jī)組相對(duì)應(yīng)實(shí)現(xiàn)工作聯(lián)鎖。但在空調(diào)系統(tǒng)中，冷水機(jī)組及水泵存在規(guī)格大小不一并存的情況，在系統(tǒng)變流量過程中，各冷水機(jī)組并聯(lián)回路產(chǎn)生水力不平衡的問題，即大泵將對(duì)小泵產(chǎn)生干擾，令水泵的能源消耗在不平衡方面，大小水泵的同步變頻控制也難以實(shí)現(xiàn)。

另一種為同一規(guī)格的冷凍水泵呈并聯(lián)形式，單母管與冷水機(jī)組配接，冷凍水泵與冷水機(jī)組在控制方面不呈一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，冷水機(jī)組啟停數(shù)量由負(fù)荷端空調(diào)瞬間總負(fù)荷決定，冷凍水泵啟停數(shù)量的控制根據(jù)負(fù)荷端空調(diào)水流量實(shí)際需求值，并同時(shí)結(jié)合水泵、電機(jī)及變頻器效率分析決定水泵啟停臺(tái)數(shù)。針對(duì)大小冷水機(jī)組組合的情況，根據(jù)負(fù)荷智能控制開機(jī)模式，同時(shí)避免了冷凍泵變頻工作時(shí)相互干擾的問題。

3 變頻水泵的設(shè)置

變頻水泵主要通過編程或在變頻器上設(shè)置流冷凍水泵的變頻轉(zhuǎn)速下限。隨著負(fù)荷端空調(diào)負(fù)荷的減少，空調(diào)水循環(huán)流量相應(yīng)減少。當(dāng)流量過小時(shí)，水泵容易產(chǎn)生熱能堆積，徑向、軸向推力增加，易損害水泵的軸承、軸封，影響水泵壽命；為了防止低流量造成的冷水泵的負(fù)面效應(yīng)，須設(shè)置冷水泵最小流量的限制，最小流量為水泵最佳效率點(diǎn)流量的25%。一般空調(diào)系統(tǒng)改造采用工頻電機(jī)，不采用專用變頻電機(jī)（價(jià)格高），為滿足電機(jī)的正常散熱需求，其轉(zhuǎn)速不應(yīng)低于正常標(biāo)準(zhǔn)值的30%；如水泵轉(zhuǎn)速低于30%，空調(diào)水輸送系統(tǒng)工作效率（電機(jī)、變頻器及水泵三者效率的乘積）也隨三者大幅度減低，過低的系統(tǒng)效率抵消了變頻節(jié)能效果。因此在綜合考慮以上因素，空調(diào)水VPF系統(tǒng)中水泵變頻控制器設(shè)定頻率變化下限，變速水泵轉(zhuǎn)速不低于標(biāo)準(zhǔn)值的35%。

4 空調(diào)供回水旁通管及其控制閥門的配置原則

為了使空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，依據(jù)冷水機(jī)組廠家技術(shù)資料，通過冷水機(jī)組蒸發(fā)器的水流量必須大于最小水流量的數(shù)值。旁通管及其控制調(diào)節(jié)閥門的作用就是確保流經(jīng)每臺(tái)工作的冷水機(jī)組蒸發(fā)器的冷凍水流量在任何情況下均不低于設(shè)備所要求的最小流量，否則會(huì)造成冷水機(jī)組低流量保護(hù)而停機(jī)。在系統(tǒng)最不利的情況下，末端空調(diào)流量趨于極低值時(shí)，旁通管將承擔(dān)單臺(tái)冷水機(jī)組保證正常運(yùn)行所需的最低流量。旁通閥的選型根據(jù)計(jì)算而得的閥門系數(shù)CV值選擇，同時(shí)校驗(yàn)閥門水流速度，防止水流速度過高產(chǎn)生氣蝕和水流噪音；旁通閥的流量（旁通閥在約60%的開啟度時(shí)的流量）滿足最大規(guī)格冷水機(jī)組的最低安全流量。根據(jù)冷水機(jī)組蒸發(fā)器進(jìn)出口壓差或流量的實(shí)測值調(diào)節(jié)旁通閥開度，確保每臺(tái)運(yùn)行中冷水機(jī)組蒸發(fā)器的水流速不低于安全流速，而沒有投入運(yùn)行的冷水機(jī)組水閥必須關(guān)閉。

5 空調(diào)控制方案

空調(diào)水VPF系統(tǒng)改造取決于空調(diào)自控系統(tǒng)的完善和設(shè)備及輔件選擇的合理，需要整套精細(xì)化控制方案，為實(shí)現(xiàn)預(yù)定的控制目標(biāo)。空調(diào)自控系統(tǒng)控制方案根據(jù)現(xiàn)場技術(shù)要求、使用方需求以及投資額確定，應(yīng)具備以下主要內(nèi)容：

①在控制主機(jī)開停機(jī)順序上要遵循：先啟動(dòng)冷水及冷卻泵、后開冷水機(jī)組，先停冷水機(jī)組后延遲關(guān)閉冷水及冷卻水泵。

②控制冷水機(jī)組、冷水泵開機(jī)數(shù)量，冷水泵變頻運(yùn)行模式；根據(jù)空調(diào)負(fù)荷計(jì)算控制冷水機(jī)組和水泵的開機(jī)數(shù)量，盡量減少開機(jī)、泵數(shù)量，避免在設(shè)備低效區(qū)運(yùn)行、避免通過冷水機(jī)組的水流量因開機(jī)數(shù)量增多而低于最低設(shè)備安全流量。

③根據(jù)使用需要設(shè)置運(yùn)行安全保護(hù)措施及報(bào)警、顯示及記錄功能等。

④建立工作站，可實(shí)現(xiàn)集中管理、遠(yuǎn)程監(jiān)控及管理等功能。

6 其它注意事項(xiàng)

①冷凍水泵采用全變頻方式，即所有冷凍水泵都采用變頻調(diào)速。避免在一變多定系統(tǒng)中定速泵與變速泵并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，變速泵高速運(yùn)行維持較高壓力導(dǎo)致能耗增加，也造成變速泵較快磨損。

②為了冷水機(jī)組蒸發(fā)器通過的流量不能變化過快，建筑節(jié)能，綠色建筑，節(jié)能建筑，生態(tài)建筑，可持續(xù)建筑，建筑能耗，建筑能源冷水機(jī)組接管的電動(dòng)控制閥不宜使用時(shí)間行程短的電動(dòng)開關(guān)閥。

③防止水泵變頻裝置諧波污染及電源污染措施：變頻裝置須有防護(hù)罩及可靠的接地裝置，以減少變頻器諧波效應(yīng)的產(chǎn)生和在周圍的影響；還可以根據(jù)需要在變頻器進(jìn)線端安裝專用濾波器等降低對(duì)回路電源的污染，防止安裝在變頻裝置附近的精密儀器儀表及弱電系統(tǒng)工作失?；驌p壞。

④在選擇自控配件時(shí)，應(yīng)根據(jù)控制系統(tǒng)要求選配現(xiàn)場一次元件、控制器，其技術(shù)參數(shù)滿足控制系統(tǒng)要求，避免與控制系統(tǒng)沖突。

⑤在改造完工后必須進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試，進(jìn)行各項(xiàng)安全保護(hù)試驗(yàn)、測試相關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)，分析系統(tǒng)運(yùn)行情況，檢驗(yàn)運(yùn)行效果。

⑥VPF系統(tǒng)技術(shù)改造用于空調(diào)冷卻水系統(tǒng)：冷水機(jī)組冷卻水的溫度影響冷水機(jī)組制冷效率，在制冷過程中冷卻水溫度越高，冷水機(jī)組工作效率越低；同時(shí)通過冷水機(jī)組中的冷凝器也有最低冷卻水量、流速要求。因此冷卻水系統(tǒng)VPF系統(tǒng)適用于長時(shí)間處于低負(fù)荷運(yùn)行的空調(diào)系統(tǒng)，可根據(jù)現(xiàn)場情況和當(dāng)?shù)貧夂驐l件減少冷卻水泵和冷卻塔風(fēng)機(jī)的開機(jī)臺(tái)數(shù)和變頻調(diào)節(jié)，達(dá)到節(jié)能效果。

7 結(jié) 語

通過一次泵變流量系統(tǒng)改造使空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行安全穩(wěn)定、高效節(jié)能、操作方便，可為相關(guān)工作者提供參考和借鑒。

參考文獻(xiàn)：

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