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一次泵变流量的控制方案探讨

【摘 要】根据节能的需要以及一次泵变流量系统的特点，说明了一个具体建筑的设计案例，分析了一次泵变流量系统特点，提出了各部件的控制方案。

【关键词】一次泵变流量；冷水机组；控制

1 概述

随着我国经济水平不断提高，人民对建筑环境的要求也逐步提高，建筑也向大型化，功能多样化发展，这样也就增加了能源消耗。

对于商业建筑，空调采暖能耗是建筑能耗的重要部分，约占整个建筑的35% 以上。而空调系统年能耗中，冷水机组的能耗约为 33%，水泵能耗约为 22%，冷却塔能耗约为 2%，风机能耗约为 43% 。因此，节约水泵能耗是降低建筑能耗的重要途径。

随着运行管理能力的不断提高，对于各区域（分支）阻力相差不大，且无严格水温要求的民用建筑，采用一次泵变流量的空调水系统，是符合节能目的的方式。

这项技术自 90 年代开始应用，目前也多用于各类建筑中，关于系统的特点和分析，本文不再赘述，以下仅根据一个实际的工程，对一次泵变流量系统的控制方案进行探讨。

2 建筑概况

本项目位于北京，建筑性质为住宅及配套商业建筑。总建筑面积为 11.5 万平方米，其中商业面积为 2.5 万平方米。地下 3 层， 地上 15 层，商业为地下二层至地上三层。

地下三层设集中制冷机房，设置三台制冷量为 2285kW（650RT）的离心式制冷机组，作为冷源，冷水机组为可变流量机组，流量变化率不低于每分钟 50%。每台冷水机组冷水侧安装一个电动两通阀，阀门行程不小于 60 秒，不大于 120 秒。冷水侧配备 3 台冷冻水循环泵，水泵变频。冷却水侧配备 3 台冷却水循环泵，水泵工频，与冷水机组对应并联运行。冷却塔配备 3 台，设在首层屋面上，进出口设置电动两通阀，与冷却水泵连锁启闭。

空调冷水采用一次泵变流量系统，冷水机组的供回水温度恒定，蒸发器内的水流量在一定范围内随负荷侧的流量变化而变化，同时调节循环水泵流量，降低系统运行能耗。冷水循环泵出口通过共用集管后，再分流到各冷水机组。冷水在分集水器之间设置旁通管，及由压差控制的旁通阀，当负荷侧流量低于单台冷水机组流量时，可以旁通部分水量，保证通过蒸发器的流量达到单台冷机最小流量

要求。空调系统的末端设备采用两管制。新风机组、空调机组均设一体式动态平衡电动两通调节阀，风机盘管均设电动两通阀。

3 自动控制方案

相比传统的一次泵定流量系统，一次泵变流量系统控制要求更复杂，对运行管理也提出了更高的标准。因此，需要详细的设计自动控制方案，配合高水平的监测和控制系统，才能达到节能效果，发挥系统优势。

3.1 冷水机组的启停

控制系统采集系统中各相关参数，包括冷水供回水温度、制冷机组运行电流及冷媒参数，计算出实际所需要的供冷量，确定冷水机组运行工况。在加载冷水机组时，为了防止原有冷水的流量减少过快，使得蒸发器流量下降太快，导致冷水机组的关机保护， 甚至冻结蒸发器盘管。采用“软启动”模式，首先降低运行机组的运行工况，减少原有冷水机组的制冷量，启动下一台机组后解除原有冷水机组的制冷量限制，将多台机组同时加大制冷量。在减载时采用“软关机”模式。首先降低多台机组的运行工况，即减少每台运行机组的制冷量，然后停止一台机组的运行。

3.2 冷水机组加减载运行逻辑

冷水机组的加减机控制逻辑有很多种，这里采用以压缩机运行电流 RLA与额定电流的比值为依据，使冷水机组调节负荷的速度快，出水温度更稳定。当系统的冷负荷增大时，控制系统会自动对当前实际的冷水供水温度与设定值进行比较，并且控制系统会根据设定好的加载参数进行判断，若满足加载条件，则自动启动下一台机组。当两台以上冷水机组运行时，根据冷水供、回水温度以及冷水温度设定值自动调整机组的运行电流百分比，使每台机组保持基本一致的运行电流，以较高的效率运行，避免各台机组出力不均。加载时若机组运行电流与额定电流的百分比大于设定值，同时出水温度超过设定参数，并且持续 10～15 分钟，则开启下一台机组。这种控制方式的优点是供水温度的控制精度高，在系统供水温度尚未偏离设定温度时，已经开始加机了，具有前馈控制功能。当系统的冷负荷减少时，控制系统会自动对当前冷水供水温度与冷水供水温度设定值进行比较，如果满足减载条件，自动停止下一台机组的运行，以满足系统节能的要求，并符合系统的负荷要求。

3.3 一次泵变流量控制

控制系统采集冷水分集水器之间的压差传感器提供的信号，末端设备根据负荷变化调节两通阀开度，从而引起系统流量的变化，改变系统压差，这个改变与设定值比较，自动调节冷冻水泵的转速，从而在保持系统压力平衡的同时充分发挥一次泵变流量的节能特性。采用一次泵变流量系统，并且采用共用集管的连接方式，应将冷水循环泵组中各个水泵都设计为变频运行。避免变频泵与工频泵并联时，由于工况点不同而引起的水量的不均衡性，从而提高效率降低能耗。冷水

循环泵根据设置在总回水干管上的流量控制开启台数。系统负荷减少时，末端两通阀开度减小，流量随之减少，当总流量低于设定值时，减少一台冷水循环泵，其循环水量自动平均分配给剩余开启的水泵；反之，系统负荷增加时，末端两通阀开度加大，流量随之加大，当流量超过设定值时，增加一台冷水循环泵，总循环水量也由运行水泵均分。冷水循环泵的频率根据分集水器的压差传感器提供的信号与设定值比较来进行调节；当系统负荷增加时，多台冷水机组应以相同的压缩机运行电流百分比来运行，以保证出力相同，冷水泵就通过分集水器之间的压差来调节频率；反之，当系统负荷减少时，冷机和水泵的运行数量也相应减少，冷机减载根据压缩机运行电流百分比进行判断，冷水泵运行频率的减少根据分集水器压差来控制。

3.4 冷水旁通阀门控制

设置在分集水器之间的冷水旁通阀门，是系统中的不可缺少的部件。其管径根据冷水机组蒸发器的最小流量确定。作用是确保在单台冷水机组运行时，流过冷水机组的最小流量，不小于冷水机组所允许的流量下限，从而保护冷水机组的正常运行。因此旁通阀是受冷水机组流量的控制的。冷水回水干管上设置流量传感器，测量水系统的总流量。当系统仅有一台机组运行，如果负荷侧的冷量需求继续下降到机组的预定最低流量时，旁通阀动作，开启旁通确保冷水机组的流量高于最小流量。

3.5 设备连锁起停顺序

启动：冷却塔风机—冷却水阀—冷却泵启动—冷水阀—冷泵―冷水机组启动； 停止：停止冷水机组—延时关闭冷水泵—冷水阀—延时关闭冷却水泵—延时关闭冷却水阀—冷却塔。

3.6 冷却塔控制

冷却塔进出口设置电动两通阀，与冷却水泵连锁起闭，控制系统通过调节冷却塔风机的运行数量保持冷却水的出水温度。当系统负荷增加时，根据冷水机组启动的台数来判断冷却塔的开启台数，当单台冷水机组的冷量不能满足系统负荷，启动下一台冷水机组时，相对应的冷却塔风机也会启动；反之，当系统负荷减少时，冷却塔的运行台数也是根据冷水机组的开启台数来判断。

4 小结

通过以上分析，可以看到对于一次泵变流量系统，控制系统与运行模式，是至关重要的。只有按照设计的控制方式和运行模式，确保各个测点准确反馈测量信号，发挥系统的节能潜力。