有关冷水一次泵变流量系统的讨论.docx

有关冷水一次泵变流量系统的讨论袁莉莉(上海交通大学机械与动力工程学院上海 200030 )【摘要 】 本文简要介绍了冷水一次泵变流量系统的特点 、使用条件与相应控制系统的要求 。在具体项目中 ,系统设计 、设备选型和控制逻辑都应综合考虑 。【关键词 】 一次泵变流量系统 最小流量 水泵变频 节能d isc u s s io n o n v a ria b le p rim a ry f low s y s tem【a b stra c t】 the a rtic le b riefly in troduce s the fea tu re, app lica tion cond ition and con tro l system requ irem en ts fo r the ch illed wa te rv a riab le p rim a ry f low system. it shou ld be a ll con side red abou t system de sign, equ ipm en t se lec tion and con tro l a lgo rithm in de ta il p ro jec t app lica tion.【keyword s】 v a riab le p rim a ry f low system , m in im um flow, p ump va riab le frequency, ene rgy saving在中央冷源系统中 ,按冷冻水流量分 ,有定流量系统 、一次泵定流量二次泵变流量系统 (简称一二次 泵系 统 ) 、一 次 泵 变 流 量 系 统 ( va riab le p rim a ry flow system ,简称 v pf系统 ) 。定流量系统中 ,冷水泵定频运转 ,负担系统冷水 的稳定流转 ,压差旁通可相应调节 ,确保系统压力稳定 。一二次泵系统中 ,一次泵定频运转 ,负担制冷机侧冷水的稳定流转 ; 二次泵变频运转 ,提供合适的压 头 ,满足负荷端水量需求 。而一次泵变流量系统中 , 冷水泵变频运转 ,不但负担系统冷水的稳定流转 ,而 且需时时变化 ,提供合适的压头 ,满足负荷端水量需 求 。图 1 为一次泵变流量水系统示意图 。图 1一次泵变流量水系统示意图例变化 。1. 2 冷水机组为并联系统 ,每台机组进水或出水管路1v p f 系统区别于其他系统的特点1. 1 冷水机组型号相等 (推荐 )如型号不等 ,尽可能使蒸发器额定水阻力相等 。当流量变化时 ,流经各蒸发器的水流量基本同步等比装有电动截止阀如冷水机组冷水机组与水泵为一对一的串联系2006年第 3期制冷技术31统 ,亦可实现水泵变频 ,但灵活度不高 。如无备用泵 ,一旦发生故障 ,无法自动切换 。1. 3 水泵并联 ,台数可与冷水机组台数不一致 ,每台 配有变频器 (推荐 )1. 4 如采用压差控制法 ,负荷端须配两通调节阀 ,三通调节阀无法反应压力变化正是由于 v pf 系统有如此多的特点 , 较一二次 泵系统来说 ,省却了二次泵 ,减小了初投资成本 、设备占地面积与水泵尖峰负载 ; 相对定流量系统来说 ,减 少了水泵年运行费用 。表 1 三类系统比较与最大流量变化率 , 以便水系统 参照 冷水 机 组的 参数 ,确保冷水机组的安全 。水泵转速的下限需满足制 冷机最小流量 ,其上限需满足制冷机最大流量 ; 转速 的变化不宜过快 ,需满足最大流量变化率 。2. 3 控制系统的具体要求2. 3. 1 冷水机组冷水机组加卸载须平稳实现 ,是整个冷水机组群 控系统的关键 。建议采用冷水机组系统专用控制模块 ,对多台冷水机组进行加卸载控制 。通过专用控制模块与冷水机组自身的控制模块进行通讯 ,在加卸载 阶段可平衡多台冷水机组的负载 ,从而保证冷水出水 温度稳定 。同时 ,冷水机组电动关断阀要慢开 ,推荐 在 2分钟之内开到 100 %的位置 。这样可保证水流 量不会突变 。制冷机 与水 泵 独立 控制 , 不 必 一一 对应 。由多名设计院高工建议 ,冷水机组冷水流量变化 范围为 50 % 100 % 。用流量计测量制冷机侧实际冷水流量 ,保证制冷 机侧最小冷水流量 。流量计安装处位于总管回水管靠近制冷机处 。选用电磁式流量计 ,以保证精度 。当 水泵转速达到下限 ,流量计同时测量出流量至下限 , 则需根据压差打开旁通阀 ,通过 p id 计算 ,使负荷端 流量满足需求 , 同时保证制冷机 侧最 小冷 水 流量 恒定 。相关控制用测量元件 ,如流量传感器 、压差传感 器等 ,需达到精度与准确度的要求 。2. 3. 2 水泵方法一 : 由最不利环路压差来控制水泵转速 ,改 变系统流量 。最不利环路一般在系统的最远端 ,但复杂系统可能不确定最不利环路 。餐厅等间歇运行的支路对最不利环路的确定增加难度 。对系统最大压 差不确定的系统 ,可取多个探测点 。分层系统需在每隔几层处 ,设压差取样点 。建议压差取样点在末端系统中 ,而不是仅在冷源系统总管处 。方法二 :由供回水温差来控制水泵转速 。这种方 法的理论前提是系统负荷的变化规律是一致的 ,但在 实际情况下很少实现 。需要找出冷量与流量的关系 ,从而可以在温度变化的同时 ,通过调节流量来适应冷 量 。而冷量与流量的关系通常呈非线性关系 ,且因工程而异 ,需要具体分析 。温度控制只反映系统的平均负荷变化 ,也存在最不利房间的效果问题 。温度控制 虽然较压差控制滞后 ,但温度的波动较压差的波动来的稳定 。水泵是一 变 多定 还是 全变 频 ? 建 议 为 全 变 频 。 一变多定 ,即一台为变速泵 、其余为定速泵 ,出口压力3 3 3 :大 ; 3 3 :中 ; 3 :小 。由上表可知 ,一次泵变流量系统的确有优势 ,但 优势的前提为 :一是该项目系统的特点是否符合 v pf 系统 ;二是冷水机组的对于变流量的要求 ; 三是控制 系统的支持 。在一次泵变流量系统中 ,冷水机组负载 控制复杂度增加 ,旁通控制复杂度增加 。这些都需要 有先进 、精确 、成熟的控制系统来确保系统稳定运行 。2 一次泵变流量系统的注意事项2. 1 项目要求首先 ,需根据项目情况 ,确定是否需要一次冷水 泵变流量 。并不是所有的项目都需要 v pf 系统 , 定 流量水系统的稳定可靠运行 ,是变流量系统不能代替的 。 24 小时 运 行 、系 统 负 荷 可 较 大 幅 度 变 化 (超 过30 % ) 、冷水温度允许轻微变化的系统适合采用一次 冷水泵变流量 ,以满足在长时间部分负荷下提高系统效率 。2. 2 冷水机组选型v pf系统在选择冷水机组时需有一定的条件 ,根 据开利公司设计资料规定 :( 1 )冷水流量必须被控制 ,水流速不得低于 0192 m / s。如果低于这一速度限制 ,便会导致蒸发器内温 度和压力过低 。( 2 )冷水流量的变化在 1 分钟内不得超过设计 流量的 30 % 。例如 ,若设计冷水流量为 91 l / s ( 5 c 温差 ) , 那么冷水泵的水流量变化率 v fd 必须设定为小于 1634 l /m in。因此 ,冷水机组选型时 ,应计算相应的最小流量 1994-2013 china academic journal electronic publishing house. all rights reserved. 比较项目定流量 3一二次泵系统一次泵变流量系统初投资成本33 3 33 3设备占地面积33 3 33 3水泵尖峰负载33 3 33 3水泵年运行费用3 3 33 3332制冷技术2006年第 3 期不等 ,导致能耗增加 ,变速泵易磨损 ;而且从运行时间与频率变化来做水泵启动顺序的切换逻辑也过于复 杂 。冷水泵的转速调节范围根据冷水机组流量的建 议值 ,一般为 50 % 100 % , 且需避免 转 速突 变 。而水泵的电机效率 ,在转速低于 40 %时也会大幅度下 降 ,因此同样不适应转速过低 。最后需要注意的是 ,水泵变频器需配置谐波过滤 装置 ,减少对同一供电系统中其他电子装置的影响 。有多个实例表明 ,水泵变频器未配置谐波过滤器 ,结 果引起冷水机组的启动柜故障 。2. 3. 3 旁通对旁通阀的要求 :品牌质量好 ;等比例特征 ;额定 压力推荐比系统压力高一些 ; 关断压差至少大于 300kpa,因阀门长期在较大的压差下工作 ;带弹簧复位执 行器 (有条件的话 ) ,断电后水仍有回路 ,确保系统的安全 。控制旁通阀的压差传感器或流量计精度要高 ,控 制上的滞后要尽量减小 。旁通管需承担保证最大冷量的冷水机组最小流量的功能 。有可能 的话 , 保 留水 泵 定频 工作 的 可能 性 ,即旁通管管径接近最大冷量的冷水机组的管径 。管 道 应 尽 可 能 短 , 阻 力 要 小 , 推 荐 不 小 于0. 25 kpa /m。要求旁通阀的最大流量不大于 3 m / s,阀门与管道的直径不一定相同 。2. 3. 4 末端系统一次泵变流量系统适用于末端为空调箱的全空 气系统 。如采用压差控制法 ,水盘管需装两通阀 ,可 迅速反应压差变化 ,三通阀无法体现压差变化 。风机 盘管 +新风系统不适用 v pf系统 。在大多数风机盘管的水阀无调节 、新风系统的负荷比例又不大的情况下 ,压差调节无法很好体现 。在控制策略上 ,考虑把系统内的空调机组分组 , 错开启停 ,以避免系统流量变化太快 。大温差小流量 的系统 ,更应注意水力工况的平衡 ,各环路之间的动态平衡 ,确保系统的热力工况的平衡 。如有条件 ,各 末端应配置动态平衡阀 。末端设备的换热效率也会受到流量变化的影响 。随着流量的减少 ,其全热 、显热和潜热的换热能力会 相应减少 。流过表冷器的流量低于设计流量的 40 %后 ,将失去除湿能力 。结合 空调 系 统整 体的 换 热效率 、传热工况与安全运行 ,建议流量以 50 %为下限 。3 冷却水侧冷却水泵是否需要变频笔者个人建议冷却水泵无需变频 。冷却水的进 /出水温度的平均值决定了冷水机组的冷凝器的耗功 , 当冷却水泵降低转速 ,冷凝器中流量减少 ,冷却水的 进 /出水温度平均值相应提高 ,冷凝温度与压力提高 , 冷水机组能耗反而增加 。不同气候条件下 、不同机组负载下 ,冷水机组增加的负载也不尽相同 。所以 ,需 要计算冷却水泵因变频节省的功耗与冷水机组因为 流量减少而增加的能耗 , 根据这 两者 的差 值 进行 控制 。控制策略过于复杂 ,因此不适于采用 。冷却水侧的节能可通过冷却塔风机台数切换 、风 机变频 、冷却水旁通等措施实现 ,既方便简单 ,又达到 节能效果 。4 初投资与运行成本的分析在初投资与运行成本方面 , 前文提过 v pf 系统 的优势 ,但某些方面也是不可忽略的 。4. 1 初投资成本节省与一二次泵变流量系统相比 , v pf系统节省了二 次水泵的初投资费用 ,相应的管道 、机房面积等有一定程度的降低费用 。但正因为省去了二次水泵 ,一次 水泵的扬程要求更高 ,功率也更大 ,相应变频器的功 率也变大 , 这部分 费用 的 增加 也是 需要 考 虑的 。而 且 ,一次水泵因为是变频泵 ,水泵功率通常都会相应地选得更大些 。因此 ,初投资节省与否与系统大小 、 水泵 、变频器选型都有着密切关系 。4. 2 运行成本节约一次水泵变流量系统的最大优点就是节省运行 费用 。节省的主要为一次水泵的能耗 ,冷水机组侧无明显能耗节省 。节能原理基于转速 、流量 、扬程 、功率之间的关系 。( 1 )流量转速 (水泵流量与转速的一次方成正 比 )( 2 )扬程转速的平方流量的平方 (扬程与转 速 、流量的二次方成正比 )( 3 )功率转速的三次方流量的三次方 (功率 与转速 、流量的三次方成正比 ) 。但同时也需考虑节能有下限 。流量小 于 50 % ,水泵可节省的能耗有限 。同时 ,水泵的功率与压头已 很小 ,理论情况下可克服系统阻力 ,但实际上应视具体情况而定 。以常用的 50 kw 功率的水泵为例 : 当流量为 50 %时 , 可 节 省 能 耗 50 kw 9 % = 4. 5 kw ;当流量为 40 %时 ,可节省能耗 50 kw 6 % = 3 kw。 1994-2013 china academic journal electronic publishing house. all rights reserved. 2006年第 3期制冷技术33表 2水泵流量 、扬程 、功率 、节省的功率与转速的关系5 结束语在现今能源紧缺的情况下 ,一次泵变流量系统的 确能够很大程度的降低 hvac 系统的能耗 , 充分体 现节能的特点 。但在具体应用中 ,应该视项目情况而 异 ,系统设计 、设备选型 、控制逻辑都应充分重视 。中央空调通风口新品研发技术研讨会在上海举行【本刊讯 】中央空调通风口在暖通空调系统中只是一个小部件 ,但对中央空调的舒适性和室内装潢的 美观有重大影响 。因此 , 7 月 4 日下午 , 来自上海中央空调安装企业 、高等院校 、制冷空调行业及相关的学会 、协会方面代表 50 多人聚集在上海浦东邦连万 源大酒店万源厅内 ,参加由宁波威霖住宅设施有限公 司主办的“puca 中央空调通风口新品研发技术研讨会 ”。 宁波威霖住宅设施有限公司是隶属台湾仕霖集团的合资子公司 ,成立于 2002 年 10 月 ,仕霖集团总 投资 2300 万美元 ,占地 200亩 ,主要产品为中央空调 通风口 、卫浴排水及相关五金塑料产品 ,主要产品远销欧美 ,威霖公司总经理涂序斌 、工程课课长张志平在会上介绍了威霖公司概况和新产品开发计划 。宁 波大学建筑工程与环境学院闫成文教授在会上作了“提高空调风口的科技含量 ,满足和引导市场需求 ”的专题报告 。在座谈时 ,同济大学徐文华教授 、上海 交通大学陆震教授 、上海市制冷学会副理