變流量一次泵空調冷水系統(tǒng)的節(jié)能與發(fā)展(共6頁)

1、變流量一次泵空調(kn dio)冷水系統(tǒng)的節(jié)能與發(fā)展馬艷勇（滄州市制冷(zhlng)學會） 摘要(zhiyo)：本文通過分析中央空調系統(tǒng)中一次泵變流量水系統(tǒng)的分析，得到了水泵變流量情況下的節(jié)能率與部分負荷率和水泵相對于冷水機組功耗的關系，分析了水側變流量運行對冷水機組制冷性能以及對整個空調冷水系統(tǒng)的節(jié)能影響。全面介紹了變流量一次泵系統(tǒng)的優(yōu)點、難點和不適合采用的場合。關鍵詞：一次泵變流量水系統(tǒng)一次泵、定流量水系統(tǒng)、節(jié)能隨著我國經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展，中央空調在商業(yè)和民用建筑中越來越普及，其能耗在社會總能耗中所占比例也在不斷上升。暖通空調系統(tǒng)耗能約占建筑總能耗的65%左右。而在空調系統(tǒng)的實際運行過程中，由

2、于受氣象條件等因素變化的影響，在多數(shù)的運行時間里空調負荷遠小于其設計負荷。因此冷水機組會隨著室內(nèi)負荷的需求變化，通過檢測供回水溫度而自動調節(jié)機組負荷。室內(nèi)末端會根據(jù)用戶使用情況開閉電動兩通閥來改變系統(tǒng)的用水量。變流量的含義就是流體在特定的管道內(nèi)流通時，其流量是按照某種特定的規(guī)律變化的。采用變流量輸送流體的目的是在滿足終端負荷需要的前提下，實現(xiàn)輸送系統(tǒng)的節(jié)能。變流量空調系統(tǒng)的關鍵是1、冷水機組最小水流量一般要小于設計流量的50%；2、冷水機組能承受的水流量變化率，即每分鐘的水流的改變量（% full flow/min）一般推薦2530%。這是保證冷水機組安全運行的前提。雖然冷凍水和冷卻水的變流量

3、運行對冷凍水泵和冷卻水泵的節(jié)能運行有利，但變流量運行對于冷水機組的制冷性能可能有一定影響，制冷機的制冷效率(COP)可能有一定程度的下降。在傳統(tǒng)的空調水系統(tǒng)設計中，通過冷水機組的冷凍水和冷卻水的流量基本保持不變。認為只有維持定流量，才能確保盤管的換熱效果，流量減小時，在換熱盤管表面可能會出現(xiàn)層流狀態(tài)，降低換熱效果；同時，流量過小時，蒸發(fā)器還會出現(xiàn)凍結的危險，當流速小于一定值時，水中若含有腐蝕性物質，會對盤管造成腐蝕。隨著控制技術的發(fā)展，冷水機組的控制系統(tǒng)越來越先進。目前，不同類型的冷水機組均能實現(xiàn)冷量的自動調節(jié)。冷水機組能量調節(jié)功能的進步使得其水側變流量設計成為可能，同時也凸顯水泵應改變以不變

4、應萬變之策，而應以變應變。當蒸發(fā)器采用變流量運行時，其流量隨著用戶負荷的變化而變化，當用戶負荷變小時，蒸發(fā)器的冷凍水流量變小，冷水機組的控制系統(tǒng)根據(jù)實際需冷量減小制冷劑流量，導致蒸發(fā)器盤管內(nèi)制冷劑流速偏離了最佳流速值，冷水機組制冷系統(tǒng)的整體性能降低。衡量蒸發(fā)器變流量運行能否節(jié)能的標準不單是冷凍水泵運行時節(jié)能多少，而還應考慮蒸發(fā)器變流量運行造成冷水機組COP值下降而損失的能耗，再考慮變流量運行的負荷時間頻度。由于控制技術的進步，控制系統(tǒng)可以保證壓縮機始終在高效區(qū)運轉，使得冷水機組蒸發(fā)器變流量時的性能不會下降很多。冷卻水進出口溫差變大時，雖然可以(ky)減小冷卻水泵的運行費用，然而，為了保證冷凝器

5、內(nèi)的熱交換，冷凝溫度必然要高于冷卻水的出口溫度，并且冷凝溫度與冷卻水出口溫度也要求有一低限。所以，要想加大冷卻水的進出口溫差，就必須提高冷卻水出口溫度（通常冷卻水進口溫度基本上是定值），這又將引起冷凝溫度的增加，降低了冷水機組的COP值。與蒸發(fā)器變流量相比，冷凝器變流量運行對冷凝溫度的影響較大，故導致冷水機組COP的變化較大，在給冷卻水泵安裝變頻器時，應詳細分析冷卻水變流量對冷水機組性能的影響，確定方案的可行性。在變流量一次泵水系統(tǒng)中，為了確保流過正在運行冷水機組保持有最低的流量，要求裝有旁通閥(圖1)。其控制上的復雜性與可能會出現(xiàn)的故障主要體現(xiàn)(txin)在以下四方面：1、 由于此旁通閥必須

6、依靠流量信號來自動控制調節(jié)，所以要求這些冷水機組裝有測量流量的某種手段。同時為了確保(qubo)準確測量，這種流量裝置還必須保持定期標定校正。2、由于旁通控制閥位于水泵附近，使控制路有時候是很困難的。3、即使控制系統(tǒng)有“健全的性能”，可能還不能足以應付來自負荷側流量的突然變化。對于擁有許多空氣處理機組(AHUs)同閥兩端壓差變化范圍很寬，所以選擇此旁通控制閥和調試 (tuning) 這個控制環(huán)時停慢關閉的電動控制閥。4、 越是復雜的控制系統(tǒng)是機的工程，還必須采取兩項措施：把這些AHUs分組編程分時關停和選用還越容易出毛病。人們可以預期，在此機房的使用壽命期內(nèi)的某個時候，此旁通控制系統(tǒng)的失靈可能

7、引起冷水機組令人討厭的故障性停機，一般需要人工手動恢復。但是如果運行人員不能讓該冷水機組手動恢復運行，那末這整個機房就只能停止運行等待維修了。 在并聯(lián)安裝多臺冷水機組的機房內(nèi)，一般都要對這些冷水機組的啟停采取分級控制。如果不采取特殊措施，在實行分級啟動控制時，啟動一臺待用冷水機組，會導致流過這些在用冷水機組蒸發(fā)器的流量突然下降，從而觸發(fā)這些在用冷水機組的保護性停機。因此，在任何變流量一次泵水系統(tǒng)中，不管對一次泵與冷水機組的連接采用“專用”方式，還是“集合母管”方式，必須采取各種有效措施來減輕與緩和這種瞬時的流量突變。 盡管上述變流量一次泵水系統(tǒng)的四大優(yōu)點對于廣大建筑業(yè)主與用戶是具有非常大的吸引

8、力的，但是這種水系統(tǒng)控制上的復雜性告誡我們(w men)，在應用與推廣時一定要謹慎，不要只看到這些優(yōu)點而盲目叫好，更不要在自己還沒有弄懂的情況下，就照抄與照搬。本人認為至少在以下四種場合是不適合采用的： 對于全年冷負荷變化(binhu)不大的工藝性冷卻； 對于冷凍(lngdng)水供水溫度波動有嚴格要求的工業(yè)性空調； 對于冷負荷小，供冷時間短的工程； 對于沒有熟練運行管理人員的工程； 對于那些在系統(tǒng)負荷側的空調機組與風機盤上仍采用三通閥調節(jié)負荷的老系統(tǒng)，及仍不能用二通閥來替換改造大部分三通閥的老系統(tǒng)。根據(jù)國外的一些成功的經(jīng)驗與冷水機組生產(chǎn)廠商所提供的機組要求，歸納總結以下設計要點與運行指南：

9、1、 首先應計算或搞到該工程供冷期內(nèi)準確可靠的逐時冷負荷數(shù)據(jù)與分布圖。準確掌握該工程使用功能所允許的冷凍水供水溫度波動幅度的要求。2、 在選用冷水機組時，不但要比較其滿負荷與常用部分負荷條件下的能效，更為重要的應詳細了解其機組控制器及其群控裝置的詳細控制功能，應要求冷水機組生產(chǎn)廠商對該種型號冷水機組蒸發(fā)器的額定流量(設計的水流速)，最大流量(最高水流速)，最小流量(最低水流速)，系統(tǒng)周轉時間極限值，及允許的最大流量變化速率提供準確可靠的書面資料。若要采用變流量一次泵技術，所選冷水機組的最小流量應不大于其額定設計流量的60，其所能容忍的最大流量變化速率應超過10，最好達到30。對于具有容量大小不

10、同的多臺并聯(lián)冷水機組的機房，應選擇其蒸發(fā)器額定水壓降大致接近的機組。3、 對于冷水機組自帶的測溫元件，一定要詳細了解其種類，穩(wěn)定性，測溫準確度，定期標定校正的周期時間，以確保其在標定校正周期內(nèi)的溫度測量的精度不超過0.2C。4、 對于冷水機組自帶的供水溫度控制器，一定要詳細了解其控制調節(jié)原理，應選用與配備(pibi)響應快，剩余偏差小的PID調節(jié)，以確保今后能對冷水機組供水溫度進行及時快速、無偏差的調節(jié)。5、 對于(duy)變流量一次泵與并聯(lián)冷水機機組的連接，宜采用“集合(jh)母管并聯(lián)”后再與蒸發(fā)器串聯(lián)的方式進行配管。6、 在變流量一次泵水系統(tǒng)中，跨接在一次泵與冷水機組蒸發(fā)器兩端的旁通管應設

11、置在冷凍機房內(nèi)，離一次泵組和冷水機組盡量靠近一些，還應在此旁通管上安裝控制閥，以便能控制調節(jié)正在運行的冷水機組蒸發(fā)器的水流量不低于其最小水流量。 此旁通控制閥的口徑與旁通管的管徑應按照流過系統(tǒng)中最大冷水機組蒸發(fā)器的最小流量來選擇，該旁通控制閥的承壓應和冷水機組蒸發(fā)器一致，應根據(jù)該閥門全關時兩端壓差配置該閥門執(zhí)行機構的轉動力矩。該控制閥的閥位行程-流量的調節(jié)性能曲線應是線性的。7、 在變流量一次泵水系統(tǒng)中必須設置與選用準確高的和重現(xiàn)性好的流量傳感器。211 一般有兩種方案可供選擇： = 1 * GB2 在一次水泵組進口集水母管前的回水干管的直管段上，設置準確度不低于0.5的電磁流量計，該直管段的

12、長度至少應為15倍管徑。流量計應按生產(chǎn)廠商說明書要求安裝與定期標定校正。 = 2 * GB2 在每臺冷水機組蒸發(fā)器兩端安裝壓差傳感器，該壓差傳感器的靈敏度不應低于0.1，準確度不應低于0.2，壓差傳感器與其變送器應按生廠商說明書要求定期標定校正。一旦決定采用這種流量測量方法后，還必須要求冷水機組生產(chǎn)廠商提供其蒸發(fā)器流量與水壓降關系的準確資料，并對水系統(tǒng)采取嚴格的水質控制與過濾措施。8、 應計算所設計的空調水系統(tǒng)的系統(tǒng)周轉時間，校核其計算值是否大于冷水機組生產(chǎn)廠商所推薦的極限值。若有較長的系統(tǒng)周轉時間，則說明該系統(tǒng)有助于改善冷水機組控制的穩(wěn)定性，若小于所推薦的極限值，則就應與冷水機組生產(chǎn)廠商商量

13、補救改進措施。 對于變流量一次泵水系統(tǒng)來說，除了需要正確選配與安裝上述的測量元器件與控制儀表之外，其難點是如何解決這些并聯(lián)冷水機組的順序啟停問題，而其最大流量，最小流量，溫度設定值又是這些順序啟停的關鍵切換點。因此，變流量一次泵水系統(tǒng)的正常運行必定需要依賴于預先編好的順序啟停軟件來執(zhí)行，很難設想能由人工的手動操作來完成。所謂運行指南實際上要將這些確保機組安全與節(jié)能的啟停步驟編入控制順序。在啟動另一臺冷水機組之前，應讓正在工作的冷水機組幾乎滿負荷運行。當所監(jiān)測的蒸發(fā)器出水溫度只是在其設定值允許偏差范圍內(nèi)波動時，就沒有必要啟動另一臺冷水機組。只有當所監(jiān)測的蒸發(fā)器出水溫度超過(chogu)了設定值允

14、許偏差上限時，或其水流量超過了該機組所允許的最大流量時才可啟動下一臺冷水機組運行。當系統(tǒng)冷負荷升高，對正在運行冷水機組加載時，當其蒸發(fā)器流量逼近最大流量，蒸發(fā)器出水溫度超過設定值允許偏差上限時，就必須啟動待用冷水機組投入運行。此時，為防止正在運行冷水機組蒸發(fā)器流量的突然(trn)下降，需要執(zhí)行以下兩項保護措施：1、 通過關小機組進口導葉閥或提高機組供水溫度設定值1至3分鐘的辦法來使正在運行冷水機組暫時卸載，緩解由于水流量突然下降，有出現(xiàn)(chxin)銅管內(nèi)流水凍結的危險；2、 要緩慢打開新啟動冷水機組蒸發(fā)器的截止閥，其打開速度要視所用冷水機組所能容忍的最大流量變化速率而論。對于最大流量變化速率

15、每分鐘允許30的機組，其截止閥從全關到全開，大約為2分鐘；對于最大流量變化速率每分鐘允許10的機組，需要經(jīng)歷6分鐘；而對于最大流量變化速率每分鐘只允許2的機組，就需要30分鐘。根據(jù)機房內(nèi)機組的臺數(shù)與部分負荷效率曲線，應設計“專用停機”策略，避免機組的低負荷運行。在二臺以上機組以上的機房里，作為經(jīng)濟運行的一條原則應盡量少開主機，這樣做有二個好處： = 1 * GB2 可同時少投入冷凍水泵，冷卻水泵與冷卻塔風機的運行； = 2 * GB2 可使冷水機組處于較高負荷的較高效率下運行。例如，在三臺冷水機組的機房里，能以運行二臺機組來滿足負荷要求時，決不應該投入三臺機組運行，在四臺冷水機組的機房里，能以

16、運行二臺機組來滿足負荷要求時，決不應該投入三臺、四臺機組運行。因為目前市場上可買到的大多數(shù)冷水機組的控制器，一般都能按照規(guī)定時間間隔監(jiān)測其正在運行時的電流 (RLA-Running Load Amps)，所以一般都以RLA (實際RLA被設計的RLA除)作為表征冷水機組運行時的實際負荷率的良好指標。因此，在多臺機組成的冷凍機房內(nèi)，可以以整個機房的RLA (正在運行機組實際RLA之和被整個機房各臺機組設計的RLA之和來除)作為冷凍機房負荷率指標，以控制機組的分級停機。例如，在4臺等容量冷水機組機房內(nèi)，可以將RLA = 75，50，25值分別作為4臺機，3臺機，2臺機的需要實施“減機”控制時的邏輯

17、判斷制點。應根據(jù)(gnj)冷水機組蒸發(fā)器結構，最小流速極限和防凍結溫度設定值，設計“防凍結(dngji)延時停機”保護順序。因為，一般定流量冷水機組控制器當監(jiān)測(jin c)到蒸發(fā)器出水溫度到達凍結水溫度時就會立即執(zhí)行保護性停機。但是變流量一次泵水系統(tǒng)中，若還是實行這樣保護性控制，那末這種保護性事故停機的機率會很高。因此，目前適用于變流量一次泵水系統(tǒng)的冷水機組，其控制器應設計有“防凍結延時停機”保護順序。這種控制順序能在監(jiān)測到達凍結溫度時不會立即停機，而是累加凍結溫度以下的度-秒值，并且只有當此總和值上升到臨界水平時才迫使其停機，以便使主機的制冷能力調節(jié)器能達到穩(wěn)定的制冷出力控制。當監(jiān)測到正在運行冷水機組蒸發(fā)器流量降低到最小流量限值時，應利用旁通控制閥讓一部分冷凍水短路循環(huán)，提高水泵的循環(huán)水量，確保正在運行冷水機組蒸發(fā)器能維持在最小流量限值以上運行，避免發(fā)生不正常的缺水保護，消除有害的故障性跳閘停機。在冷凍機房的優(yōu)化群控程序中，應包含有這一保護環(huán)節(jié)。結論：一次泵變流量水系統(tǒng)是空調節(jié)能設計的重要方法，隨著控制技術的進步，已為變流量一次泵水系統(tǒng)的發(fā)展與工程應用鋪平了道路。變流量一次泵水系統(tǒng)技術，既節(jié)省機房面積和降低了初投資，又減少了水泵組的電力需求與全年運行能耗，是一項對于建筑業(yè)主與開發(fā)商極有吸引力的創(chuàng)新技術，其發(fā)展?jié)摿薮?，發(fā)展前景也十分看好。