一次变频泵变水流量系统在某大厦空调设计中的应用

　　摘要:目前的空调业发展道路上，节能成为空调的基本课题和方向之一。而变水量系统是其中常用的节能措施,一次泵变流量技术已在中央空调系统得到了广泛的应用。本文探讨了一次变频泵变水流量系统在某大厦空调设计中的应用。
　　关键词:一次变频泵变水流量系统;工作原理；连接方式
　　一次泵变流量系统是根据负荷的变化，利用水泵变频调节一次水流量来达到节能的目的。随着制冷机技术的不断提高以及自控技术的发展,变流量技术的可靠性已经大大提高,降低系统的水流量可以大大的降低水泵的能耗,因此一次泵变流量系统具有巨大的节能潜力。下文探讨一次变频泵变水流量系统在某大厦空调设计中的应用。
　　1工作原理
　　一次变频泵变水流量系统主要由冷水机组、末端设备、一次水泵组成。系统原理图如图1。系统与传统的空调水系统的区别就在于冷水机组且常在变水流量工况下工作。当末端设备的冷冻水流量随负荷改变时,其两端的压差也在随之改变,一次水泵的变频器根据最不利环路的压差信号,改变水泵的转速,从而改变系统的水流量,以满足末端设备的要求,此时冷水机组的水流量同步发生改变回水总管上的流量计时刻监视着进人冷水机组的水流量,当测得的水流量小于机组额定最小值的总和时,旁通管上的旁通电动阀打开,部分供水与回水混合,以保证运行机组的水流量都大于它们的额定的最小值。
　　为了保证每个末端设备能控制其服务范围的温度等参数，以适应房间负荷的变化，采用电动二通阀与盘管串联，通过控制二通阀的开度来控制通过盘管的水量。在二通阀的调节过程中，管路性能曲线将发生变化，系统负荷侧水量也将随着发生变化，如果没有其它相关措施，这些变化将引起水泵和冷水机组的水流量改变（沿水泵特性曲线上下移动工作点）。对于冷水机组来说，冷冻水流量的减少是相当危险的。如果流量减少，将造成水流速不均匀，尤其是在一些转弯（如封头）处容易使流速减慢甚至形成不流动的“死水”。由于蒸发温度较低，在蒸发器不断制冷的过程中，低流速水或“死水”极易产生结冻的情况，从而对冷水机组造成破坏。因此，许多厂家开始了对主机变流量进行了研究和开发，并已投入到了实践运用。如前面所述，一方面，从末端设备使用要求来看，负荷侧要求水系统作变化量运行；另一方面，冷水机组的特性要求必须保证最低下限流量（如50%），不能无限制变流量运行，这样就形成矛盾了。解决此矛盾的最常用方法是在供、回水总管上设置压差旁通阀。
　　
　　2水泵与冷水机组的连接方式
　　在一次变频泵水系统中，水泵与冷水机组的连接方式通常有三种。
　　2.1水泵与冷水机组一一对应连接如图1，这种方式的优点是操作方便，控制及运行管理较简单；各冷水机组的水量分配相互干扰较少，并且它取消了水泵与冷水机组之间的部分管件（如控制开关的阀门）。但其缺点是备用泵联接管路比较复杂，在实际运行中，当出现负荷减少至1台冷水机组运行就能满足要求，而水量要2台水泵运行时(通常由于系统表冷脏堵或者设计选型偏小，造成了实际运行时的大流量、小温差)，就出现矛盾了。解决此矛盾就需要采用以下并联的方式了。
　　2.2水泵与冷水机组独立并联的方式如图2，这种方式在实际工程设计中，备用泵不需固定，每台水泵可互为备用，可以一机一泵运行，也可以一机两泵运行，其运行的可靠性和灵活性比前者的连接方式更大；接管相对较为方便（特别是冷水机组与冷冻水泵位置相距较远时更为明显地体现这一点），机房布置整洁、有序。因而有相当多的工程目前采用这种方式。
　　但这种方式有其缺点：水泵及冷水机组进出口都要求各自的阀门，因此附件增加；各冷水机组水流量在初调试中应进行调整，保证每台机组水量符合设计要求；在要求自动联锁起停的工程中，各冷水机组必须配置压差旁通阀，避免因分流而导致单台水泵运行时正常运行的冷水机组水量不足而出现问题，同时要求电动蝶阀具有较大的开阀压差或者关阀压差（因为停机过程中要求先关电动蝶阀后停对应的水泵）允许值。
　　2.3水泵与冷水机组的前后连接方式在上述的几种系统（如图1、图2）中，均是把冷水机组设于水泵的出口，这是目前较多采用的一种方式，此方式的优点是冷水机组和水泵的工作较为稳定，当建筑高度不大时，这一种系统是较合理的。同时，由于水泵运行过程中，水通过水泵时温度会提高，因此回水先进入水泵后再进入冷水机组对于保证空调水系统的供水温度的恒定（冷水机组通常以出水温度恒定进行控制及运行）是很有利的。但如果建筑高度较高，水系统本身静压较大，按前述接管方式将使冷水机组的承压要求提高（因为通常水系统的定压点在水泵吸入口），其设备费用也随压力等级的提高而增加（一般以1.6MPa为限，超过此值时，设备费用急剧上升）。如果按前述接管方式时，冷水机组的压力超过1.6MPa，则把冷水机组设于水泵吸入口是更好的方式。
　　
　　图1一次变频泵变水流量系统（先串联后并联方式）图2一次变频泵变水流量系统（先串联后并联方式）
　　3工程应用实例
　　某大厦，共有裙楼二层及塔楼部分六层，总空调面积是5889m2，其中央空调系统根据建筑功能间隔分为A、B两个系统。
　　A系统包括裙楼首二层（建筑用途是办公区、会议室等），总的空调面积是2330m2，空调负荷共计492kW，按同期使用系数0.9选用2台风冷式涡旋冷水主机（每台主机制冷量分别是253kW）与3台变频冷冻水泵（两用一备）组成独立并联的方式(如图3)。当风冷式主机运行时，其中一台水泵发生故障，自动控制系统就会启动备用泵，以保证空调系统正常运行。在初调试中对冷冻供、回水管之间的压差旁通阀进行压力的调整，以保证每台主机的水量与末端设备的水量符合设计要求。
　　B系统包括塔楼三至八层（建筑用途是办公区），总空调面积是2215m2，空调负荷共计405kW，按同期使用系数0.9选用5台风冷式冷水主机（制冷量为81kW的主机4台，制冷量为39.5kW的主机1台）与5变频冷冻水泵组成一一对应连接的方式（如图4）。根据塔楼出租层冷负荷的变化，自动控制系统控制其中几台冷水主机和水泵开启运行，以满足空调系统冷量和水量的要求。在此方式，由于水泵出口止回阀已起防止水回流的作用，可省去安装电动蝶阀。这样，设备费用因此降低了。在该工程竣工验收过程中，两个不同连接方式的空调水系统均运行正常，系统供冷量和水量都达到设计的要求，满足实际的需求。
　　
　　图3A系统流程图图4B系统流程图
　　4结束语
　　综上所述，一次变频泵变水流量系统凭借其优点，广泛应用在高层民用建筑的空调工程中。要采用何种连接方式，需考虑该空调工程的建筑高度、投资成本、系统不能适应系统负荷变化，以达到冷水机组高效、节能地运行，这时就要选用二次泵变水量系统或混合变水量系统了。