基于安全與高效的空調(diào)水循環(huán)泵選型方法與控制策略淺析

劉新民

(上海潤風(fēng)智能科技有限公司,上海)

0 引言

冷水泵是集中式空調(diào)系統(tǒng)的重要組成部分,長期以來,業(yè)界有關(guān)冷水泵的設(shè)計選型和控制策略始終存在著不同的思維方式和技術(shù)路線,雖然變頻調(diào)速冷水泵在工程中已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用,但是業(yè)界對安全運(yùn)行、服務(wù)保障和低碳節(jié)能的追求與努力并未停止。本文針對空調(diào)冷水系統(tǒng)中冷水泵的不同設(shè)計理念和控制策略進(jìn)行比較分析,并對并聯(lián)運(yùn)行冷水泵的設(shè)計選型和控制策略提出反思和探討。

1 單臺冷水泵的討論

圖1顯示了一款離心式水泵在不同葉輪直徑下的4條特性曲線,標(biāo)出了不同設(shè)計工作點(diǎn)、效率和相應(yīng)的電動機(jī)額定功率。由圖可見,設(shè)計工作點(diǎn)并不在水泵最佳效率點(diǎn)上,而是分布在最佳效率點(diǎn)附近,或者說是在高效區(qū)內(nèi)。

圖1 水泵設(shè)計工作點(diǎn)與效率

冷水泵機(jī)組的能量傳輸途徑可用圖2描述,其中Ps為變頻器輸入電功率,Pm為電動機(jī)輸入電功率,Pt為電動機(jī)輸出功率,Pp為冷水泵輸入功率(亦稱軸功率),Pw為冷水泵輸出功率(亦稱有效功率)。能量在傳輸過程中存在一定的功率損耗和轉(zhuǎn)換效率,其中ηv為變頻器效率,ηm為電動機(jī)效率,ηt為機(jī)械傳遞效率,ηp為冷水泵效率[1]。在不同流量或轉(zhuǎn)速工況下Ps、Pm、Pt、Pp、Pw和ηv、ηm、ηp均為變量,當(dāng)ηt=100%時,Pt=Pp。

圖2 冷水泵機(jī)組能量傳輸示意圖

變頻器輸入電功率Ps與冷水泵輸出有效功率Pw之間的關(guān)系可用式(1)表示:

(1)

其中Pw可用式(2)表示:

Pw=ρgQH

(2)

式中ρ為冷水的密度,kg/m3;g為自由落體加速度,m/s2;Q為流量,m3/s;H為揚(yáng)程,m。

由于水泵運(yùn)行中存在容積損失、水力損失和機(jī)械損失,所以水泵輸出的有效功率Pw小于輸入的軸功率Pp,水泵效率ηp為Pw與Pp之比,見式(3)。

(3)

《實(shí)用供熱空調(diào)設(shè)計手冊》采用式(4)計算水泵軸功率,其中流量Q的單位為m3/s[2-3]。

(4)

式(5)為目前廠商通用的水泵軸功率計算式,其中流量Q的單位為m3/h。

(5)

水泵電動機(jī)額定功率Pt(額定輸出功率)的選擇須大于水泵的輸入功率Pp,鑒于配套電動機(jī)容量直接影響水泵機(jī)組的采購價格和應(yīng)標(biāo)能力,常見的水泵電動機(jī)額定功率僅大于軸功率一個等級?！秾?shí)用供熱空調(diào)設(shè)計手冊》采用式(6)計算水泵配用的電動機(jī)額定功率Pt[2-3]:

Pt=kAPp

(6)

式中kA為電動機(jī)容量安全系數(shù),其值見表1[2-3]。

表1 電動機(jī)容量安全系數(shù)

表2 三相異步電動機(jī)的能效等級(節(jié)錄)[4]

包括電動機(jī)在內(nèi)的水泵機(jī)組總效率為ηmηtηp,水泵機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行效率要低于水泵的額定效率ηp,甚至低于水泵設(shè)計工作點(diǎn)的期望效率值。如以ηm=97.4%、ηt=100.0%、ηp=80.0%為例,則水泵機(jī)組總效率ηmηtηp=77.9%,低于電動機(jī)效率ηm和水泵效率ηp,電動機(jī)輸入電功率Pm=Pw/(ηmηtηp)。由于電動機(jī)容量安全系數(shù)kA的緣故,設(shè)計工況下電動機(jī)實(shí)際運(yùn)行負(fù)載低于電動機(jī)額定功率。由于電動機(jī)電磁功率空載損耗的客觀存在,低負(fù)載率工況下電動機(jī)實(shí)際運(yùn)行效率和功率因數(shù)會低于電動機(jī)銘牌標(biāo)稱值。由于變頻器效率ηv、機(jī)械傳動效率ηt及動力電纜損耗等因素的影響,不宜單純以冷水泵設(shè)計工作點(diǎn)效率ηp或水泵軸功率Pp計算或評估冷水泵輸配系統(tǒng)年耗電量。

2 并聯(lián)水泵運(yùn)行的討論

目前多臺冷水泵并聯(lián)運(yùn)行系統(tǒng)在國內(nèi)大型公共建筑項目中得到普遍應(yīng)用,例如上海虹橋交通樞紐T2航站樓制冷站配置8臺冷水泵并聯(lián)運(yùn)行[5]。不同版本的《實(shí)用供熱空調(diào)設(shè)計手冊》給出了5臺相同型號水泵并聯(lián)運(yùn)行時不同的設(shè)計流量參數(shù)(見表3)[2-3],后者是前者的167%。即便是水泵輸出有效功率Pw相等的2臺水泵,由于水泵工作點(diǎn)效率ηp的差異,水泵軸功率Pp也并不相等,故不宜將表3中不同流量的水泵視為相同性能的水泵。

表3 5臺同型號水泵并聯(lián)運(yùn)行時的設(shè)計流量 m3/h

2.1 不同工作點(diǎn)水泵效率

通常水泵銘牌標(biāo)稱的流量和揚(yáng)程并非水泵實(shí)際運(yùn)行時的流量和揚(yáng)程[6],水泵在不同工作點(diǎn)具有不同的效率ηp(如圖1所示)。單臺水泵獨(dú)立運(yùn)行時的流量大于多臺水泵并聯(lián)運(yùn)行時每臺水泵的運(yùn)行流量,但5臺水泵并聯(lián)運(yùn)行時總流量不可能是單臺水泵獨(dú)立運(yùn)行時流量的5倍[2-3],因此,不同臺數(shù)水泵并聯(lián)運(yùn)行時,在役水泵的實(shí)際工作點(diǎn)并不相同,水泵效率ηp和電動機(jī)效率ηm亦不同,對冷水泵組進(jìn)行運(yùn)行能耗研究和模擬分析時水泵效率ηp和電動機(jī)效率ηm均應(yīng)視為變量。

2.2 并聯(lián)水泵安全運(yùn)行

并聯(lián)水泵的安全運(yùn)行需要確保所有在役水泵無論是在并聯(lián)運(yùn)行工況,還是在單臺運(yùn)行工況下都須杜絕電動機(jī)發(fā)生工作電流Ig大于額定電流Ie的過載故障,確保水泵機(jī)組安全運(yùn)行。

2.2.1配套電動機(jī)選型

以海西某大型公共建筑項目為例,分布式區(qū)域制冷站冷水系統(tǒng)設(shè)計總流量為7 600 m3/h,設(shè)計工況下4臺同性能水泵并聯(lián)運(yùn)行時總流量為7 600 m3/h,單臺水泵設(shè)計工作點(diǎn)流量為1 900 m3/h,揚(yáng)程為28.6 m,取ηp=80%代入式(5)得出Pp=185.1 kW,依據(jù)表1取電動機(jī)容量安全系數(shù)kA=1.08,可選配額定功率為200 kW的電動機(jī)。參照產(chǎn)品手冊[7]選配Q=2 000 m3/h、H=32 m、ηp=80%、Pp=217.98 kW的管網(wǎng)泵4臺,鑒于200 kW的電動機(jī)不能滿足217.98 kW水泵軸功率的要求,否則工頻工況時會發(fā)生過載故障,故參照表2需配置額定功率為250 kW的電動機(jī)。從圖3可見,水泵設(shè)計工況工作點(diǎn)B(1 900 m3/h、28.6 m)與選型標(biāo)稱工作點(diǎn)A(2 000 m3/h、32 m)并不在同一條水泵特性曲線上。故配備變頻器將250 kW電動機(jī)的實(shí)際運(yùn)行頻率降低至47.3 Hz,以滿足單臺水泵流量1 900 m3/h、揚(yáng)程28.6 m、效率80%的設(shè)計要求。可見,在設(shè)計工況下4臺并聯(lián)運(yùn)行水泵電動機(jī)輸出的機(jī)械功率均小于250 kW,kA=250 kW÷185.1 kW=1.35,電動機(jī)效率ηm則偏離電動機(jī)銘牌標(biāo)稱的效率點(diǎn)。

圖3 選型與設(shè)計工況水泵特性曲線

當(dāng)并聯(lián)運(yùn)行水泵的臺數(shù)少于4臺時,在役水泵實(shí)際工作點(diǎn)向右下方漂移,單臺水泵的實(shí)際流量Q>1 900 m3/h,揚(yáng)程H<28.6 m,效率ηp<80%,導(dǎo)致軸功率Pp>185.1 kW。并聯(lián)運(yùn)行水泵臺數(shù)越少,每臺在役水泵的流量超過設(shè)計流量(1 900 m3/h)越多,運(yùn)行揚(yáng)程越低,水泵效率越低,水泵軸功率越大,在役水泵的超設(shè)計流量工況可能導(dǎo)致電動機(jī)因過載保護(hù)而發(fā)生停機(jī)事故[6]。因此,在沒有過載保護(hù)措施的條件下,依據(jù)表1電動機(jī)容量安全系數(shù)kA=1.08選擇額定功率為200 kW的電動機(jī)難以滿足該項目多泵并聯(lián)工況安全運(yùn)行的要求。

2.2.2工程案例

水泵總是與一定的管網(wǎng)系統(tǒng)相連接的,在管網(wǎng)系統(tǒng)中水泵的運(yùn)行狀態(tài)還與管網(wǎng)系統(tǒng)的狀況有關(guān)[3],水泵實(shí)際工作點(diǎn)并不是從產(chǎn)品手冊上查核的工作點(diǎn),而是水泵特性曲線與管網(wǎng)特性曲線的交點(diǎn)。多臺水泵并聯(lián)運(yùn)行時,水泵實(shí)際工作點(diǎn)為水泵并聯(lián)運(yùn)行特性曲線與管網(wǎng)特性曲線的交點(diǎn)。

廈門某項目一期占地面積7.26 hm2,建筑面積126 000 m2,空調(diào)機(jī)房設(shè)置于建筑物6層(頂層)。該項目已經(jīng)歷了多次技術(shù)改造,配置23.5 m、607 m3/h的水泵4臺,配套55 kW變頻電動機(jī),銘牌參數(shù)為1 450 r/min、380 V/50 Hz、103 A,恒轉(zhuǎn)矩頻率范圍為30～50 Hz,變轉(zhuǎn)矩頻率范圍為5～30 Hz。表4的實(shí)測數(shù)據(jù)表明,當(dāng)4臺水泵工頻并聯(lián)運(yùn)行時實(shí)測總流量為710 m3/h,僅為裝機(jī)容量的29.24%,與設(shè)計要求相距甚遠(yuǎn)。

單臺水泵流量顯著低于銘牌標(biāo)稱流量(607 m3/h);當(dāng)并聯(lián)運(yùn)行水泵臺數(shù)少于4臺時,每臺水泵的實(shí)際流量均得以增加,同時水泵效率降低,其電動機(jī)負(fù)載率隨并聯(lián)運(yùn)行水泵臺數(shù)的減少而提升。并聯(lián)運(yùn)行水泵臺數(shù)越少,單臺水泵流量越大,電動機(jī)電流也越大。當(dāng)在役水泵電動機(jī)的運(yùn)行電流大于額定電流時,會導(dǎo)致電動機(jī)因過載保護(hù)而發(fā)生停機(jī)事故,甚至可能燒毀電動機(jī)。

常見的電流過載故障多發(fā)生在水泵運(yùn)行流量超過標(biāo)稱流量的大流量區(qū)域,該項目單臺水泵運(yùn)行時實(shí)測流量為358 m3/h,雖然僅為標(biāo)稱流量(607 m3/h)的58.97%,但電動機(jī)運(yùn)行電流已達(dá)103.1 A,大于銘牌額定電流103.0 A,電流負(fù)載率大于100%,處于過載工況。低效率和駝峰型水泵特性是導(dǎo)致電流過載的主要原因。為保障單臺水泵獨(dú)立運(yùn)行時的運(yùn)行條件,避免電動機(jī)因過載保護(hù)而停機(jī),運(yùn)行工程師采用關(guān)小水泵出口閥門開度的手段人為提高管網(wǎng)阻力,迫使所有在役水泵工作點(diǎn)向左漂移,進(jìn)入高揚(yáng)程、低流量且低效率區(qū)。

該項目采用調(diào)節(jié)閥門開度的目的是保障水泵電動機(jī)運(yùn)行電流不過載,導(dǎo)致實(shí)際管網(wǎng)阻力系數(shù)大于設(shè)計值,在役水泵工作點(diǎn)向左偏離,運(yùn)行在部分流量且低效率的工況,導(dǎo)致水系統(tǒng)流量不能滿足設(shè)計要求。雖然表4為典型個案數(shù)據(jù),但是采用關(guān)小閥門開度增加管網(wǎng)阻力來避免水泵過載的現(xiàn)象在國內(nèi)實(shí)際運(yùn)行工程項目中確實(shí)屢見不鮮。該案例說明杜絕電動機(jī)發(fā)生過載是實(shí)現(xiàn)水泵安全運(yùn)行的基本保障,并聯(lián)運(yùn)行水系統(tǒng)中確保部分水泵安全運(yùn)行甚至是決定性因素,依據(jù)設(shè)計參數(shù)和信息建立管網(wǎng)動力學(xué)數(shù)學(xué)模型需得到工程實(shí)踐的驗證。

2.3 并聯(lián)水泵設(shè)計選型

文獻(xiàn)[3]將離心式水泵的性能曲線(H-Q)分為平坦型、陡降型和駝峰型3種類型,對駝峰型特性的定義為當(dāng)流量自零逐漸增加時,相應(yīng)的揚(yáng)程最初上升,達(dá)到最高值后開始下降,如圖4所示。在水泵產(chǎn)品手冊和實(shí)際工程應(yīng)用中,具備陡降型或平坦型特性與駝峰型特性混合的水泵普遍存在,例如圖1給出的4條水泵特性曲線的最高揚(yáng)程均不與Q=0 m3/h對應(yīng),符合駝峰型特性關(guān)于“相應(yīng)的揚(yáng)程最初上升”的定義。駝峰型特性水泵在一定條件下可能出現(xiàn)不穩(wěn)定運(yùn)行[3],設(shè)計選型時需要將水泵工作點(diǎn)的運(yùn)行范圍約束在其最高揚(yáng)程工作點(diǎn)的右側(cè)。

1.平坦型;2.陡降型;3.駝峰型。圖4 水泵H-Q特性

工頻額定轉(zhuǎn)速工況下,離心式水泵的H-Q和ηp-Q特性曲線通?？煞謩e用多次多項式數(shù)學(xué)模型描述[8],亦可通過實(shí)際測量數(shù)據(jù)采用拉格朗日法或最小二乘法等方法擬合計算獲得,前提是實(shí)測數(shù)據(jù)組(H-Q、ηp-Q)足夠多。依據(jù)5～8組數(shù)據(jù)得出的擬合特性曲線與水泵實(shí)際特性偏差過大,尤其是駝峰型特性水泵。水泵產(chǎn)品手冊中的特性曲線多為廠商依據(jù)各自計算機(jī)模擬軟件擬合計算的結(jié)果,圖5給出了由某水泵廠家提供的14組測試數(shù)據(jù)擬合得出的典型水泵特性曲線。由圖可見,當(dāng)試驗樣機(jī)水泵流量大于610 m3/h之后,水泵揚(yáng)程衰減的速率高于流量的增速,雖然有效功率Pw出現(xiàn)降低的趨勢,但由于水泵效率ηp的衰減,水泵軸功率Pp上升的態(tài)勢并未改變?？梢?單純選用陡降型特性水泵并不能有效避免過載故障的發(fā)生。

圖5 水泵特性擬合曲線

為杜絕水泵發(fā)生喘振現(xiàn)象和電動機(jī)出現(xiàn)過載故障,確保水泵的安全和穩(wěn)定運(yùn)行,避免水泵工作在過低效率區(qū)內(nèi),須對水泵工作點(diǎn)的運(yùn)行范圍實(shí)施約束,給出由單臺水泵工頻工況下最小流量Qmin和最大流量Qmax約束的安全運(yùn)行區(qū)間,駝峰型特性水泵還須規(guī)避其駝峰區(qū)。伴隨流量的減小,水泵效率ηp顯著降低。在小流量條件下,用以擬合計算的數(shù)學(xué)模型已不能成立,水泵產(chǎn)品手冊給出的特性與工程數(shù)據(jù)相悖,諸如上例中的小流量大電流過載現(xiàn)象在實(shí)際工程中并不罕見。

無論采用何種水泵群控策略或者節(jié)能技術(shù),在設(shè)計和研究多臺水泵并聯(lián)運(yùn)行的冷水系統(tǒng)時,均須充分考慮不同臺數(shù)水泵并聯(lián)運(yùn)行的不同情況,保障不同流量工況下的安全運(yùn)行,不宜僅以單臺水泵的運(yùn)行曲線作為變頻泵運(yùn)行分析的唯一依據(jù)。根據(jù)ISO 5199:2020計算,與水泵配套的標(biāo)準(zhǔn)電動機(jī)應(yīng)滿足所選水泵H-Q特性曲線上任一工作點(diǎn)運(yùn)行所需功率的要求,不發(fā)生過載故障。以圖1水泵特性標(biāo)稱工作點(diǎn)B(240 m3/h,31.2 m,84.5%,Pp=24.1 kW)為例,配置電動機(jī)額定功率為30 kW,額定電流Ie=55 A(AC-3(三相交流電鼠籠式感應(yīng)電動機(jī)),400 V),當(dāng)Q=360 m3/h、H=20 m、ηp=65%時Pp=30.18 kW,大于額定功率30 kW,導(dǎo)致過載。

2.3.1水泵高效率點(diǎn)選擇

并聯(lián)運(yùn)行水泵工作點(diǎn)的選擇不能僅考慮水泵的高效運(yùn)行,更需要確保水泵機(jī)組在全工況范圍內(nèi)的安全運(yùn)行。水泵設(shè)計工作點(diǎn)不宜選擇在Qmin或Qmax工作點(diǎn)附近,尤其是多臺水泵并聯(lián)運(yùn)行的系統(tǒng),應(yīng)為部分水泵超設(shè)計流量運(yùn)行留出充分的安全運(yùn)行空間。由于設(shè)計工作點(diǎn)逼近水泵特性曲線的末端(右下方),缺乏足夠的過載能力(空間),故如圖6所示的變頻泵運(yùn)行工作點(diǎn)并不適用于多臺水泵并聯(lián)運(yùn)行系統(tǒng)的配置。

圖6 設(shè)計工況過載能力

不同流量負(fù)荷率下,并聯(lián)水泵系統(tǒng)存在著單臺泵運(yùn)行和不同數(shù)量水泵并聯(lián)運(yùn)行多種不同的工況,對應(yīng)多種不同的水泵高效點(diǎn)的設(shè)計選擇。多臺并聯(lián)運(yùn)行水泵設(shè)計選型時,在滿足設(shè)計工況揚(yáng)程和流量要求的同時,追求水泵運(yùn)行在最佳效率點(diǎn)是業(yè)界常見的設(shè)計理念。根據(jù)圖3,設(shè)計選用2 000 m3/h、32 m、80%的水泵4臺,設(shè)計工況下4臺同性能水泵并聯(lián)運(yùn)行時每臺水泵工作點(diǎn)為Q=1 900 m3/h、H=28.6 m,要求在100%設(shè)計流量工況下4臺水泵并聯(lián)運(yùn)行時每臺水泵均運(yùn)行在高效點(diǎn)ηp=80%。那么,當(dāng)部分流量工況時,所有在役水泵均可能偏移其高效區(qū),并聯(lián)運(yùn)行水泵的臺數(shù)越少,水泵工作點(diǎn)離高效點(diǎn)越遠(yuǎn),水泵效率越低。

如若借鑒冷水機(jī)組采用性能系數(shù)(COP)和綜合部分負(fù)荷性能系數(shù)(IPLV)2個指標(biāo)評價[9]的思維方式,按照并聯(lián)水泵機(jī)組在不同流量負(fù)荷工況下運(yùn)行時間的加權(quán)因素,將水泵高效率工作點(diǎn)選擇在100%設(shè)計流量工況的設(shè)計理念就值得商榷了。

北京大興、上海虹橋T2、成都天府等大型國際機(jī)場目前均未進(jìn)入100%設(shè)計工況。以節(jié)能改造之后的廣州白天鵝賓館為例,設(shè)計選用3臺2 461 kW的離心式機(jī)組+2臺1 231 kW的螺桿式機(jī)組[10],從現(xiàn)場運(yùn)行記錄得知冷水機(jī)組常期運(yùn)行臺數(shù)少于等于2臺,并聯(lián)水泵機(jī)組在100%設(shè)計流量工況下的實(shí)際運(yùn)行時間趨向于零,大多數(shù)時候并聯(lián)運(yùn)行的在役水泵臺數(shù)要比設(shè)計工況少得多。

以4臺同性能水泵并聯(lián)運(yùn)行設(shè)計項目為例,設(shè)計工況下4臺水泵的工作點(diǎn)可選擇在水泵最佳效率點(diǎn)左側(cè)的高效區(qū)內(nèi),如圖1中A點(diǎn)所示;在部分流量工況下,若運(yùn)行時頻最長的水泵臺數(shù)為2臺,則將2臺水泵并聯(lián)運(yùn)行工況下的工作點(diǎn)沿水泵特性曲線向右移,趨近水泵最佳效率點(diǎn),如B點(diǎn)所示;單臺水泵運(yùn)行時水泵工作點(diǎn)繼續(xù)沿特性曲線向右移,控制在最佳效率點(diǎn)右側(cè)的高效區(qū)內(nèi),如C點(diǎn)所示。這樣即可將1～4臺水泵工頻運(yùn)行的4種流量工況都控制在高效區(qū)內(nèi),如圖1中工作點(diǎn)A-B-C所示,實(shí)現(xiàn)全工況的高效運(yùn)行,且大部分時間運(yùn)行在最佳效率點(diǎn)附近。

2.3.2水泵工作點(diǎn)的量身定做

之前國內(nèi)部分設(shè)計師對水泵的設(shè)計選型多基于廠商提供的產(chǎn)品手冊,對照手冊按圖索驥,故工程裝機(jī)水泵特性很難滿足設(shè)計工況的要求,水泵設(shè)計工作點(diǎn)常常偏離水泵特性高效區(qū),如圖1中D點(diǎn)所示。其實(shí)國內(nèi)市場上知名品牌水泵廠商可以為設(shè)計師提供量身定做的技術(shù)服務(wù),就是說,廠商通過完善生產(chǎn)工藝,改變?nèi)~輪的形狀、尺寸比、直徑或葉片形狀、角度,以及比轉(zhuǎn)速等技術(shù)措施,可為用戶提供定制產(chǎn)品,盡可能地滿足設(shè)計師提出的技術(shù)要求。當(dāng)然,設(shè)計師在獲得更多話語權(quán)的同時,對設(shè)計師的能力和經(jīng)驗也提出了更高的要求。例如在上例中,設(shè)計師可依據(jù)設(shè)計工作點(diǎn)(1 900 m3/h、28.6 m、80%)提出水泵機(jī)組的技術(shù)要求,并采用相應(yīng)的過載保護(hù)措施。不必像圖3那樣參照產(chǎn)品手冊[7]選配Q=2 000 m3/h、H=32 m、ηp=80%、Pp=217.8 kW的水泵,再配備變頻器將運(yùn)行頻率降低至47.3 Hz。圖1給出的水泵葉輪直徑分別為342、336、321、274 mm的4條水泵特性曲線,若切削精度為1 mm,即有68條不同的水泵特性曲線可供設(shè)計師選用。

例如標(biāo)稱工作點(diǎn)F(225 m3/h、36 m、84.8%、Pp=26.03 kW)位于葉輪直徑336 mm的水泵特性曲線高效區(qū)的左側(cè),關(guān)閉揚(yáng)程為38.9 m,汽蝕余量為1.99 m,最小流量為62.5 m3/h,最佳效率(86.2%)點(diǎn)的流量為255 m3/h,相應(yīng)的配套電動機(jī)容量為30 kW和37 kW。以30 kW為例,電動機(jī)容量安全系數(shù)kA>1.15(30 kW÷26.03 kW),當(dāng)流量為290 m3/h時,盡管水泵效率ηp>84%(圖1中G點(diǎn)),但若Pp>30 kW則發(fā)生過載。因此,只有配置37 kW電動機(jī)的水泵機(jī)組才能保障水泵在整條特性曲線(F-G-H)內(nèi)安全運(yùn)行。由此可見,簡單地依據(jù)表1的安全系數(shù)kA確定水泵電動機(jī)容量并不一定安全,難以排除出現(xiàn)選小電動機(jī)容量的可能。

冷水系統(tǒng)循環(huán)水泵的合理選型是一項跨專業(yè)的技術(shù)活,需要不同專業(yè)的技術(shù)人員充分溝通,相互取長補(bǔ)短方能進(jìn)入佳境,HVAC工程師可通過參加廠家的臺架試驗獲取經(jīng)驗。2012年,虞波曾做過定制水泵技術(shù)服務(wù)的介紹[11],遺憾的是并沒有引起更多設(shè)計師足夠的重視。

3 安全運(yùn)行保護(hù)

關(guān)于水泵并聯(lián)運(yùn)行系統(tǒng)中存在的因電動機(jī)過載而停機(jī)的隱患,須從不同專業(yè)角度、不同技術(shù)層面針對性地采取安全預(yù)防措施,從系統(tǒng)設(shè)計階段開始防范。防范思想是將電動機(jī)過載與保護(hù)性停機(jī)實(shí)施技術(shù)性解耦,在出現(xiàn)電動機(jī)過載時既要保障電動機(jī)安全運(yùn)行,又須確保冷水系統(tǒng)不會因在役電動機(jī)保護(hù)性停機(jī)而發(fā)生系統(tǒng)崩潰事故。

3.1 并聯(lián)水泵工作點(diǎn)選擇

水泵采購招標(biāo)時不僅需要供應(yīng)商提供單臺水泵獨(dú)立運(yùn)行時的水泵特性曲線,還需提供2臺、3臺、4臺直至設(shè)計工況多臺水泵并聯(lián)運(yùn)行的水泵組合特性曲線,分別給出Qmin和Qmax工作點(diǎn)下水泵的揚(yáng)程、流量、轉(zhuǎn)速、電流和功率等相關(guān)技術(shù)參數(shù),承諾所配置的水泵機(jī)組在運(yùn)行區(qū)間內(nèi)安全運(yùn)行(即不過載);變頻調(diào)速水泵機(jī)組應(yīng)標(biāo)明電動機(jī)恒轉(zhuǎn)矩頻率范圍和變轉(zhuǎn)矩頻率范圍,以及最小的允許運(yùn)行頻率,并以合同形式予以保障承諾,有條件的用戶應(yīng)積極參與水泵出廠前的產(chǎn)品性能檢測。

水泵設(shè)計工作點(diǎn)需在水泵特性曲線的安全運(yùn)行區(qū)內(nèi),且與Qmin和Qmax之間建議保留約(20%～30%)Qmax的安全距離。以圖1水泵特性(321 mm)為例,廠商給出Qmin=62.5 m3/h,Qmax≤360 m3/h,即安全運(yùn)行區(qū)域在62.5～360 m3/h之間。若相對安全距離取0.25×360 m3/h=90 m3/h,設(shè)計工作點(diǎn)則宜控制在152～270 m3/h之間的高效區(qū)內(nèi),如有可靠的過載保護(hù)措施,可將設(shè)計選型范圍擴(kuò)大至120～300 m3/h。若將ηp≥80%定義為高效區(qū),水泵設(shè)計工作點(diǎn)的可選范圍約在A～C(流量180～310 m3/h)之間。值得注意的是,盡管水泵工作點(diǎn)C的效率為80%,但流量(310 m3/h)已為Qmax(360 m3/h)的86.1%,難以適用于多臺水泵并聯(lián)運(yùn)行的冷水系統(tǒng)。若沒有安全運(yùn)行保護(hù)措施,不宜將水泵設(shè)計工作點(diǎn)逼近Qmax,保障水泵安全工作的權(quán)重應(yīng)高于水泵效率,尤其是多臺水泵并聯(lián)運(yùn)行的冷水系統(tǒng)。同理,冷水系統(tǒng)進(jìn)入小流量運(yùn)行工況后,不宜繼續(xù)依賴降低頻率改變在役水泵特性曲線的節(jié)能技術(shù)措施,可依靠管網(wǎng)特性曲線的漂移改變水泵工作點(diǎn),畢竟水泵的安全運(yùn)行需要優(yōu)先保障。

3.2 并聯(lián)水泵工程檢測

并聯(lián)水泵系統(tǒng)在投入運(yùn)行前須對水泵在設(shè)計工況和部分流量工況下的電動機(jī)運(yùn)行電流實(shí)施運(yùn)行檢測,并將檢測數(shù)據(jù)記錄存檔。當(dāng)水泵可能出現(xiàn)過載現(xiàn)象時應(yīng)采取必要的安全運(yùn)行保護(hù)措施,不能單純依靠傳統(tǒng)的熱繼電器或電磁繼電器。

3.3 水泵揚(yáng)程監(jiān)測與控制

ASHRAE手冊2016給出了離心式水泵泵體和管道2種進(jìn)出水壓力表的安裝位置示意圖,如圖7所示[12],前者為推薦方案,后者為備選方案。首選泵體安裝壓力表的案例在國內(nèi)較為罕見,魏慶芃團(tuán)隊在水泵泵體進(jìn)出口設(shè)置了壓力表監(jiān)測水泵揚(yáng)程[13-14]?；诎踩Ｕ虾徒?jīng)濟(jì)運(yùn)行兩方面的考慮,可采用泵體定制安裝壓力表或帶有就地顯示的壓差變送器對在役水泵實(shí)施揚(yáng)程監(jiān)測和控制,對水泵輸出的有效功率進(jìn)行計算和監(jiān)測,尤其是對于駝峰型特性水泵。

圖7 離心式水泵泵體壓力表安裝位置[12]

導(dǎo)致水泵運(yùn)行時發(fā)生過載現(xiàn)象的根本原因是部分流量工況下既有管網(wǎng)內(nèi)冷水流速的顯著降低,造成管網(wǎng)阻力損失衰減,在役水泵工作點(diǎn)向右側(cè)傾斜,單臺水泵流量Q的增加和水泵效率ηp的降低導(dǎo)致水泵軸功率Pp超出電動機(jī)額定功率Pt。采用泵體壓差變送器在線監(jiān)測水泵運(yùn)行揚(yáng)程H,當(dāng)H超出其安全范圍時實(shí)時降低水泵運(yùn)行轉(zhuǎn)速(頻率),可有效防止水泵機(jī)組進(jìn)入超負(fù)荷工況運(yùn)行,避免發(fā)生過載,保障水泵安全運(yùn)行。

3.4 變頻器過載降容保護(hù)

與傳統(tǒng)電動機(jī)過流熱繼電器保護(hù)的機(jī)理不同,對配備變頻器的水泵機(jī)組應(yīng)采用具有過載降容運(yùn)行保護(hù)功能的變頻器作為過載保護(hù)防范措施之一。目前市面上品牌變頻器都具有過載降容運(yùn)行的保護(hù)功能,當(dāng)已激活降容保護(hù)功能的變頻器的運(yùn)行電流超過其額定電流時,降容保護(hù)閾值被觸發(fā),變頻器通過降低輸出頻率的方式降低水泵轉(zhuǎn)速,實(shí)現(xiàn)減小電動機(jī)運(yùn)行電流的降容保護(hù)作用。通常變頻器降容保護(hù)默認(rèn)的閾值為額定電流的10%,設(shè)置變頻器的過載降容保護(hù)功能有利于平衡和限制并聯(lián)水泵電動機(jī)的運(yùn)行負(fù)載,避免在役水泵發(fā)生因過載保護(hù)而停機(jī)的事故。

3.5 電動機(jī)保護(hù)器

采用電動機(jī)保護(hù)器+變頻器對并聯(lián)水泵運(yùn)行系統(tǒng)實(shí)施過載防護(hù)是一種新型的技術(shù)措施,目前市面上智能型電動機(jī)保護(hù)器的品牌繁多,僅以某品牌智能電動機(jī)綜合保護(hù)器(MPE)為例進(jìn)行分析。與傳統(tǒng)熱繼電器和過載繼電器不同的是MPE功能完善,融在線檢測、保護(hù)控制和網(wǎng)絡(luò)通信等功能于一體,測量參數(shù)豐富,保護(hù)功能完善,控制和通信功能基本齊全。

信號檢測功能:MPE配置一體化電流互感器,可測量7倍于電動機(jī)額定電流Ie以上的電流過載,除了可在線監(jiān)測三相線電壓、相電壓、三相電流,以及電網(wǎng)頻率、有功功率等常規(guī)電參數(shù)之外,還能同時提供三相電壓不平衡度、相序、三相電流不平衡度、零序電流和功率因數(shù)、視在功率、無功功率,以及消耗電量、運(yùn)行時間等監(jiān)測參量,并具有記錄電網(wǎng)晃電次數(shù)的功能。

電動機(jī)保護(hù)功能:MPE具備全方位電動機(jī)保護(hù)功能,包括過載、欠載、電流不平衡、過壓、欠壓、電壓不平衡、堵轉(zhuǎn)與短路智能識別、接地保護(hù)、PTC(正溫度系數(shù)熱敏電阻)/NTC(負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻)溫度保護(hù)、增安型tE(從過流開始到電動機(jī)繞組溫度上升到極限溫度所需時間)保護(hù)、相序保護(hù)、起動超時等報警和保護(hù)功能。MPE具備鮮明的保護(hù)特性。采用工業(yè)級16位DSP(數(shù)字信號處理)芯片,內(nèi)置12位A/D(模擬信號/數(shù)字信號)轉(zhuǎn)換器,以及多種電動機(jī)負(fù)載運(yùn)行狀態(tài)熱力學(xué)數(shù)學(xué)模型,較好地模擬了電動機(jī)發(fā)熱散熱規(guī)律,保護(hù)器反時限脫扣,使得本身具備了豐富的智能運(yùn)算和診斷功能(如圖8～11所示)。

注:t為溫度,τ為時間,Imax為最大電流,Ie為額定電流。圖8 過載保護(hù)

圖11 堵轉(zhuǎn)保護(hù)

采用時域特征智能識別算法,自動生成特征參數(shù),無需人工干預(yù)即可準(zhǔn)確區(qū)分電動機(jī)啟動電流與堵轉(zhuǎn)故障特性,及時做出保護(hù)動作反應(yīng)。獨(dú)有的短路故障“多特征融合模式識別技術(shù)”,通過綜合采集電動機(jī)的過載、相間平衡度和功率因數(shù)等多參量分析技術(shù),迅速準(zhǔn)確地捕捉相間短路故障特征并做出及時保護(hù)反應(yīng)。尤其是在短路電流和起動電流相當(dāng),甚至小于起動電流而無法采用幅度鑒別保護(hù)時將十分有用。

MPE具有數(shù)字量和模擬量輸入輸出功能,可在250 ms內(nèi)檢測到電動機(jī)過載信號,通過Modbus串行通訊或4～20 mA/0～10 V模擬量實(shí)現(xiàn)對變頻器的調(diào)節(jié)和控制,完成主動性降容保護(hù),即便是駝峰型特性水泵亦可有效地避免水泵過載停機(jī)故障。通過智能電動機(jī)綜合保護(hù)器的實(shí)時計量功能對每一臺電動機(jī)實(shí)施能耗檢測和控制管理(如圖12所示)。

圖12 電動機(jī)綜合保護(hù)器

4 定壓差控制的討論

多級泵系統(tǒng)中,在保障末端用戶泵所需流量的前提下,通過對制冷站內(nèi)水泵機(jī)組臺數(shù)控制和頻率調(diào)節(jié),可以依據(jù)末端供水需求控制實(shí)現(xiàn)冷水系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的[13-14]。目前國內(nèi)空調(diào)冷水系統(tǒng)中常見的控制策略為回水溫度控制、供回水溫差控制和供回水壓差控制等[15-18],由于用戶末端設(shè)備換熱具有顯著的非線性特征及冷水系統(tǒng)的熱惰性,溫度和溫差控制方法在控制機(jī)理上存在不穩(wěn)定性,逐漸退出工程應(yīng)用。供回水壓差控制方法以其對末端負(fù)荷變化的快速響應(yīng)和控制參數(shù)簡單明確等優(yōu)點(diǎn),已在國內(nèi)眾多大型項目中得到了應(yīng)用,成為現(xiàn)階段工程設(shè)計中冷水系統(tǒng)控制普遍采用的方法[19]。供回水壓差控制由于被控參數(shù)取樣位置的不同可分為冷源側(cè)供回水總管壓差控制和用冷側(cè)最不利末端供回水支管壓差控制;鑒于自動控制方式的差異可分為集中式控制和分布式控制2種方式。以圖13所示的空調(diào)冷水輸配二級泵系統(tǒng)[20]為例,表5給出了各換熱站內(nèi)末端用戶泵的供回水資用壓力。

表5 用戶泵供回水資用壓力

圖13 冷水輸配二級泵系統(tǒng)[20]

末端用戶泵站設(shè)計供回水資用壓力的確定,不僅關(guān)系到上游制冷站管網(wǎng)泵揚(yáng)程的選擇和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的能耗,還對下游用戶泵組的設(shè)備選型和運(yùn)行能耗產(chǎn)生直接影響[13-19]。

4.1 供回水總管壓差控制

供回水總管壓差控制系統(tǒng)的被控壓力/壓差信號取值在節(jié)點(diǎn)A、B(見圖13),其控制目標(biāo)是保障所有末端用戶泵站獲得的供回水資用壓力始終不低于設(shè)計值(見表5),由于冷水系統(tǒng)水力失衡的原因,在100%流量設(shè)計工況時部分用戶泵站獲得的供回水資用壓力難免會高于設(shè)計值;當(dāng)冷水系統(tǒng)處于部分流量工況時,由于系統(tǒng)干管內(nèi)流量減少,流動阻力隨之降低,將使各用戶泵站的資用壓力普遍高于設(shè)計值。由于末端各用戶泵揚(yáng)程可依據(jù)設(shè)計流量下的輸送管網(wǎng)水壓圖進(jìn)行設(shè)備選型,利用了用戶泵站入口的冗余資用壓力,用戶泵的運(yùn)行揚(yáng)程可相對降低,有助于用戶泵的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行[19]。

4.2 最不利末端壓差控制

國內(nèi)許多項目采用最不利環(huán)路資用壓差控制的設(shè)計方案,其中包括一些大型項目,卻很少見有標(biāo)定最不利環(huán)路具體位置及壓差控制設(shè)定值的設(shè)計圖,多數(shù)僅列出指導(dǎo)性要求,許多工程師習(xí)慣將系統(tǒng)最遠(yuǎn)環(huán)路視為最不利環(huán)路。定壓控制點(diǎn)的空間位置及設(shè)定值不同,水系統(tǒng)控制特性也不同[16]。

若假設(shè)圖13中9號用戶泵站為冷水系統(tǒng)中最不利用戶,節(jié)點(diǎn)E、F設(shè)計供回水資用壓力為8.3 m,即最不利末端壓差控制系統(tǒng)的定壓差設(shè)定值。與冷源側(cè)總管壓差控制方案相比,最不利末端壓差控制系統(tǒng)在部分流量工況時,由于冷水系統(tǒng)干管內(nèi)流量減小,流速降低,流動阻力損失隨之降低,若繼續(xù)維持最不利末端(9號用戶泵站)壓差在設(shè)計值(8.3 m),將會導(dǎo)致上游各用戶泵站的供回水壓差低于設(shè)計值,出現(xiàn)大面積欠壓態(tài)勢[15-18],而這樣的“欠壓”工況迫使各用戶泵站運(yùn)行在低供水壓力工況下。例如:若設(shè)9號用戶泵站停止運(yùn)行,冷水系統(tǒng)管網(wǎng)節(jié)點(diǎn)C、D下游管段內(nèi)水流量為零,C、D節(jié)點(diǎn)資用壓力等于最不利末端(9號用戶泵站)的定壓差設(shè)計值8.3 m,即便C、D節(jié)點(diǎn)上游所有用戶泵站(1～8號)均運(yùn)行在滿負(fù)荷設(shè)計工況,最不利末端定壓差控制下的冷水系統(tǒng)也無法滿足其余用戶泵站設(shè)計資用壓力(見表5)的要求。也就是說,9號用戶泵站的流量越小,節(jié)點(diǎn)C、D的資用壓力就越趨近于最不利末端定壓差設(shè)定值(8.3 m),低于其設(shè)定值(12.6 m)的要求。因此,最不利末端壓差控制策略固有的欠壓缺陷應(yīng)引起設(shè)計師的關(guān)注。

4.3 所有末端干管壓差控制

為了保證冷水系統(tǒng)中所有末端用戶泵在各種工況下入口資用壓力滿足設(shè)計值要求,該控制系統(tǒng)需在系統(tǒng)中所有用戶泵供回水節(jié)點(diǎn)安裝壓差傳感器,將各節(jié)點(diǎn)的資用壓力均納入壓差控制系統(tǒng),依照表5逐一設(shè)定各控制節(jié)點(diǎn)在設(shè)計工況下的被控參數(shù)設(shè)定值,設(shè)計工況下的設(shè)定值為冷水系統(tǒng)調(diào)試階段的初始設(shè)定值,允許運(yùn)行工程師依據(jù)水系統(tǒng)調(diào)試時的實(shí)際工況調(diào)整設(shè)定值,并需將最終調(diào)試數(shù)據(jù)備案存檔。

5 自動控制技術(shù)解決方案

空調(diào)冷水系統(tǒng)的工藝要求和控制目標(biāo)確定后,需要對被控節(jié)點(diǎn)的壓力/壓差信號進(jìn)行采集與處理。以標(biāo)準(zhǔn)模擬信號(如4～20 mA)為例,在冷水系統(tǒng)中所有(9組)末端用戶泵站供回水控制節(jié)點(diǎn)處分別安裝具有標(biāo)準(zhǔn)模擬量電信號輸出功能的壓差變送器,被控壓差值與模擬量輸出之間的線性關(guān)系如圖14所示。

圖14 被控壓差與標(biāo)準(zhǔn)模擬量電信號

5.1 集中式壓差控制

集中式水泵壓差自動控制系統(tǒng)設(shè)置于制冷站內(nèi),自控系統(tǒng)內(nèi)置中央控制器對9組用戶泵站壓差變送器輸出的模擬量信號進(jìn)行集中讀取,并將讀取到的壓差信號數(shù)據(jù)Δpj(j=1～9)分別與各自的壓差設(shè)定值Δpjs比較。當(dāng)所有Δpj均大于Δpjs時,則可降低制冷站內(nèi)管網(wǎng)泵的運(yùn)行頻率(或減少運(yùn)行臺數(shù));如其中1組Δpj<Δpjs,則應(yīng)提高管網(wǎng)泵的運(yùn)行頻率(或增加運(yùn)行臺數(shù))[17]。

集中式控制的特點(diǎn)是系統(tǒng)中所有被控節(jié)點(diǎn)僅需安裝壓力/壓差變送器完成壓力參量與模擬電信號的轉(zhuǎn)換,被控數(shù)據(jù)的讀取和計算處理均匯集到制冷站內(nèi),由中央控制器集中完成。

5.2 分布式壓差控制

分布式壓差控制需要在所有被控節(jié)點(diǎn)分別安裝壓差變送器和現(xiàn)場控制器,并在現(xiàn)場控制器內(nèi)設(shè)置工作狀態(tài)寄存器Jj。當(dāng)j節(jié)點(diǎn)的實(shí)測壓差值Δpj等于設(shè)計值Δpjs時,令該節(jié)點(diǎn)Jj=00;當(dāng)Δpj<Δpjs時,令該節(jié)點(diǎn)Jj=01;當(dāng)Δpj>Δpjs時,令該節(jié)點(diǎn)Jj=10。例如9號用戶泵站節(jié)點(diǎn)Δp9s=8.3 m,J9=00表示9號用戶泵站實(shí)測壓差Δp9=8.3 m,滿足設(shè)計要求;J9=01表示Δp9<8.3 m,視為9號用戶泵站報警,主動向中央控制器發(fā)出增壓請求信號[17];J9=10表示Δp9>8.3 m,尚有節(jié)能空間。表6給出了不同用戶泵站節(jié)點(diǎn)的壓差狀態(tài)代碼(N),例如在t1時刻,當(dāng)9組控制節(jié)點(diǎn)中出現(xiàn)4組過壓(Δpj>Δpjs)、4組欠壓(Δpj<Δpjs)、1組滿足設(shè)定值要求(Δpj=Δpjs)時,狀態(tài)代碼N=44;若所有被控節(jié)點(diǎn)均欠壓,則狀態(tài)代碼N=09;同理,代碼N=90表示所有被控節(jié)點(diǎn)均處于過壓狀態(tài),N=00則表示9組節(jié)點(diǎn)均滿足設(shè)計壓差設(shè)定值。由于系統(tǒng)中所有寄存器Jj均具有唯一的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信地址,因此可以方便地對冷水系統(tǒng)中所有欠壓(過壓)泵站被控節(jié)點(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確定位和狀態(tài)判斷,為運(yùn)行管理和故障分析提供可靠數(shù)據(jù)。

表6 狀態(tài)代碼(N)

分布式管網(wǎng)泵壓差控制系統(tǒng)置于制冷站內(nèi),依據(jù)用戶側(cè)狀態(tài)代碼N是否滿足設(shè)定值對站內(nèi)管網(wǎng)泵并聯(lián)運(yùn)行臺數(shù)和頻率進(jìn)行調(diào)節(jié),圖15給出了分布式壓差控制程序流程。其中NL為Jj中低位數(shù)據(jù)(Jj=01)之和,是用戶泵站欠壓報警總數(shù);NLs為服務(wù)質(zhì)量設(shè)定值(容忍度[13]),初始值NLs=0;NH為Jj中高位數(shù)據(jù)(Jj=10)之和,用以統(tǒng)計用戶泵站過壓總數(shù);NHs為經(jīng)濟(jì)運(yùn)行設(shè)定值,初始值NHs=0。允許運(yùn)行管理工程師依據(jù)服務(wù)質(zhì)量和節(jié)能需求重新設(shè)定NLs和NHs。f為水泵當(dāng)前運(yùn)行頻率;fmax和fmin分別為最大和最小運(yùn)行頻率的設(shè)定值,fmin不宜低于電動機(jī)恒轉(zhuǎn)矩頻率范圍下限,避免電動機(jī)進(jìn)入變轉(zhuǎn)矩頻率范圍。Δf不宜為恒定值,可采用當(dāng)前運(yùn)行頻率f的相對值。例如:設(shè)Δf=f×1.0%,工頻工況時Δf=50 Hz×1.0%=0.5 Hz,30 Hz時Δf=30 Hz×1.0%=0.3 Hz,還需考慮到NL和NH的權(quán)重影響。Δf取值不宜太大,避免控制系統(tǒng)發(fā)生振蕩,導(dǎo)致被控目標(biāo)長時間不能穩(wěn)定。T為冷水泵在役運(yùn)行臺數(shù);Tmax和Tmin分別為水泵并聯(lián)運(yùn)行臺數(shù)的最大和最小設(shè)定值,例如Tmax=4,Tmin=1。

圖15 分布式壓差控制程序流程

該分布式控制的特點(diǎn)是系統(tǒng)中所有末端用戶泵站不僅需安裝壓力/壓差變送器完成壓力參量與模擬電信號的轉(zhuǎn)換,還需配置具有比較分析和存儲計算能力的簡單現(xiàn)場控制器,現(xiàn)場控制器可內(nèi)嵌在溫度控制器或者壓力/壓差變送器內(nèi),現(xiàn)場控制器內(nèi)設(shè)置工作狀態(tài)寄存器Jj,獨(dú)立完成各用戶泵站被控參數(shù)狀態(tài)的監(jiān)測、比較、存儲和數(shù)據(jù)傳輸。在保障所有末端用戶泵站供回水資用壓力都滿足設(shè)定值的前提下實(shí)現(xiàn)制冷站水泵經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

6 結(jié)論

1) 分析評估冷水泵輸配系統(tǒng)年耗電量時不宜僅考慮冷水泵設(shè)計工作點(diǎn)效率ηp和水泵軸功率Pp,還應(yīng)關(guān)注變頻器效率ηv、電動機(jī)效率、機(jī)械傳動效率ηt及動力電纜損耗等客觀因素的影響。

2) 依據(jù)電動機(jī)容量安全系數(shù)kA(見表1)選配的水泵電動機(jī)難以滿足多臺水泵并聯(lián)運(yùn)行的安全條件。

3) 單純選用陡降型特性水泵并不能有效避免電動機(jī)過載故障的發(fā)生。

4) 多臺水泵并聯(lián)運(yùn)行系統(tǒng)的安全運(yùn)行在設(shè)計階段就應(yīng)得到設(shè)計師的充分重視,采取必要的技術(shù)措施予以保障。

5) 多臺水泵并聯(lián)運(yùn)行系統(tǒng)設(shè)計工況下水泵工作點(diǎn)的選擇與單臺水泵獨(dú)立運(yùn)行時不同,不僅需要考慮冷水系統(tǒng)的高效運(yùn)行,還須確保不同流量工況下冷水泵組的安全運(yùn)行。

6) 品牌水泵廠商可為冷水泵組的設(shè)計選型提供量身定做的技術(shù)服務(wù),盡可能地滿足設(shè)計師的設(shè)計要求,為設(shè)計師掌握冷水泵設(shè)計選型的主動權(quán)創(chuàng)造了條件。

7) 空調(diào)冷水系統(tǒng)運(yùn)行中被控對象和被控參數(shù)的合理確定是HVAC工程師需要掌握的技術(shù)能力,也是需要向自動控制工程師說明清楚的技術(shù)交底內(nèi)容之一。

8) 對并聯(lián)運(yùn)行水泵的設(shè)計與選型進(jìn)行了討論,提出了傾向性意見,給出了多項保障水泵并聯(lián)運(yùn)行冷水系統(tǒng)安全運(yùn)行的技術(shù)措施。

9) 在對比分析不同壓差控制對象和被控參數(shù)的基礎(chǔ)上,提出了具備獨(dú)立完成用戶泵站被控參數(shù)狀態(tài)的監(jiān)測、比較、存儲和數(shù)據(jù)傳輸功能的分布式控制策略,在保障冷水系統(tǒng)中所有被控末端用戶泵站供回水資用壓力均滿足設(shè)定值的前提下實(shí)現(xiàn)制冷站水泵經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。