浅谈一次泵变流量压差控制“关键点”位置的选取

浅谈一次泵变流量压差控制 “关键点” 位置的选取
生晓燕 1 王平 2 刘思超 3
1青岛中建能源管理有限公司 2青岛西海岸职教集团有限公司 3青岛经济技术开发区安全生产监督管理局
摘 要： 压差控制法作为目前一次泵变流量水系统可靠、 主要的控制方法得到了大量应用， 但在实际使用过程中， 关键点的位置选取相对简单和模糊， 给实际的运行带来不利。

本文通过理论分析结合实际设计工程，
就关键点位 置的合理选取进行阐述， 得出了现阶段相对合理、 可行的结论。

关键词： 一次泵变流量 压差控制 温差控制 关键点
Selection of “Key Point ”Position for Primary Pump Variable
Flow Water System with Differential Pressure Control
SHENG Xiao­yan 1 ,WANG Ping 2 ,LIU Si­chao
3
1Qingdao Zhongjian Energy Management Co.,Ltd. 2Qingdao West Coast Vocational Education Group 3Production Safety Supervision and Administration Bureau of Qingdao Economic and Technological Development Zone
Abstract: Differential pressure control method as the primary pump variable flow water system is reliable,the main control method had been used a lot of,but in the actual use process,the location of the point selection is relatively simple and vague,bring adverse to the actual operation.In this paper,through theoretical analysis combined with the actual engineering design,an exposition on reasonable selection key position was made,and a feasible conclusion was obtained relatively reasonable at this stage.
Keywords: variable flow distribution with primary pump chilled water system,differential pressure control,differential temperature control,key point
0 引言
近年来， 随着节能要求的深入， 一次泵变流量水 系统在公共建筑的空调设计中应用也越来越多， 但是 一次泵变流量水系统变频水泵的控制策略却不尽相
同， 目前流行的控制策略主要有以下两种
[1]
： 管温差控 制 （图1）
和压差控制 （图2）。

图1 温差控制一次泵水系统示意图
收稿日期： 2017­4­21
作者简介： 生晓燕 （1982~）， 女， 硕士， 工程师； 青岛市市南区东海西路 21号天晟苑407室 （266555）； E­mail:wangshxy@
第 37卷第 2 期 2018 年2 月
建 筑 热 能 通 风 空 调
Building Energy &Environment Vol.37No.2 Feb.2018.46~48
文章编号： 1003­0344 （2018） 2­046­4
图2 压差控制一次泵水系统示意图 现就两种控制方法在一次泵变流量水系统中的
应用， 在前人研究
[2]
的基础上， 结合设计过程中遇见的 问题进行阐述。

1 温差控制策略简要分析
温差控制是在保证冷水机组蒸发器出水温度不 变的情况下， 检测回水管上的温度， 计算出供回水之
间的温差， 将其与设定值比较， 计算出偏差， 送入模糊 控制器， 控制水泵的变频， 起到节能运行的目的。

此控
制策略从理论上看起来， 切实可行， 无懈可击， 现实中 也有一些所谓的节能改造公司运行此理论进行节能 改造。

但若严格推敲， 存在以下两点不足：
其一， 假如 一次泵变流量水系统各并联支路有的支路满负荷运 行， 有的支路通过末端温控阀调节 （房间负荷的变化） 部分负荷运行， 此时供回水干管温差变小，
水泵降频 运行， 会造成满负荷运行支路的房间负荷不满足实际 需求。

其二， 当部分末端温控阀动作后， 由其引起的供 回水干管温差的变化相对于末端温控阀的动作严重 滞后， 会造成水泵变频不及时， 存在盲目性。

综上所述， 温差控制法在一次泵变流量水系统中存在缺陷， 不能 满足所有末端的实际需求。

2 压差控制策略分析
2.1 水力工况分析计算的基本原理
流体在管道中流动时， 必须克服阻力而产生压力
损失。

流体的压力损失与管道的阻力特性系数
（阻力 数） 及流量间基本关系式
[3]
为： △P =R （1+l d ） =SQ
2 （1）
式中：
△P 为计算管段的压力降， Pa ； Q 为计算管段的 水流量，
m 3 /h ； S 为计算管段阻力数， Pa/(m 3 /h) 2。

将比摩阻计算公式代入式
（1） 得： （2）
式中： d 为管段内径， m ； l 为管段长度， m ； l d 为局部阻
力当量长度，
m ； K 为管道的当量绝对粗糙度， m 。

由式
（2） 可知， 当视水的密度 籽 为常数时， S 只与 管段的管径， 长度， 管道内壁的当量绝对粗糙度以及
管段局部阻力有关。

即S 仅取决于管网的本身构造， 不 随流量变化， 对一定的管网， 在管径， 长度， 布置形式，
局部构件及阀门开度不变的情况下，
其阻力特性系数 固定不变。

在并联管路中， 各并联管路的压降相等， 各并联支 路的流量之和等于总流量。

并联管段总阻力与各并联 支路管段阻力存在如下关系：
由式 （3） 可知， 各并联支路部分被关闭后， S 值会 增大。

在实际工程中， 方便计算， 将式 （2） 转化为：
h =SQ 2
（4）
式中： h 为计算管段的压力降， m ； Q 为计算管段的水流 量，
m 3 /h ； S 为计算管段阻力数， m/(m 3 /h) 2。

2.2 压差控制关键点配置位置的影响
在一次泵变流量水系统中，
压差控制水泵的变频 也是一种常用的控制策略 [4]
， 尤其是供回水干管压差 控制法， 以其可靠， 满足各末端需求著称， 但其节能甚 微， 节能量的多少与关键点配置的位置有直接关系。

举例说明。

设某一次泵变流量水系统的循环阻力 分配如下： 冷源 （机房侧冷水机组） 10m ， 最远供、 回水 干管 10m ，
末端设备 （用户侧） 10m ， 循环水泵扬程 30m 。

结合图 3 分析压差控制关键点配置在 A 、 B 、 C 不同点，当末端负荷变化导致系统水流量变化时， 变 频水泵扬程的变化。

图3 一次泵变流量冷冻水系统示意图 1）
当关键点配置在C 点时， 满负荷运行时流量为 Q ， 水泵扬程h =30m ， 设定点控制压差为h c =10m 。

由式 （4）
得： ( ) 0.25 9 5.25 =6.88101 d K
S l d
r
- ´+
（3）
生晓燕等： 浅谈一次泵变流量压差控制 "关键点 "位置的选取 第 37 卷第 2 期 ·47·
h=h c+SQ 2（5） 当用户侧末端负荷变化引起流量变化， 如系统流 量变为 50%时， 由式 （2） 可知， 机房侧和输送干管的 S 值不变， 在维持末端压差h c =10m不变时， 水泵的扬程 变为h=15m； 如系统流量变为 70%时， 水泵的扬程变 为h=19.8m； 可见水泵变频调速控制的幅度比较大。

2） 当关键点配置在B点时， 满负荷运行时流量为 Q， 水泵扬程h=30m， 设定点控制压差为h B=20m。

h=h B+SQ 2（6） 当用户侧末端负荷变化引起流量变化， 如系统流 量变为 50%时， 由式 （2） 可知， 机房侧和输送干管的 S 值不变， 在维持末端压差h c=20m不变时， 水泵的扬程 变为h=22.5m； 如系统流量变为70%时， 水泵的扬程变 为h=24.9m； 说明水泵还有一定的变频调速幅度。

3） 当关键点配置在A点时， 满负荷运行时流量为 Q， 水泵扬程h=30m， 设定点控制压差为h A =30m。

h=h A+SQ 2（7） 不论流量怎样变化，循环水泵的扬程h=30m， 只 是由于末端阀门的变化引起整个管网特性曲线变化 使水泵工作点左移， 水泵出口压力略有上升， 可变频 的幅度很小。

由以上分析可知，在一次泵变流量水系统中， 压 差控制的关键点越靠近空调末端。

末端设备 （或环路） 阻力相对较小时， 变频水泵的节能效果越显著。

3设计过程中关键点的配置
在设计过程中， 受限于建筑整体布局对制冷机房 的要求， 往往制冷机房设置位置远离负荷中心， 通过 较长距离的能量输送。

目前空调水系统设计中， 压差 控制关键点一般配置在制冷机房内的分、集水器上， 以其控制水泵的变频， 通过上述分析可知， 此法对水 泵变频幅度有限， 不利于系统的节能运行。

针对目前空调水系统设计过程中的实际情况， 对 压差控制关键点的配置位置做如下优化：
图4 制冷机房远离负荷中心水系统示意图
1） 根据实际设计情况， 当机房位置远离负荷中心 时， 将机房内的分、 集水器移出制冷机房， 设置在负荷 中心区域， 将压差控制关键点配置在分、 集水器上。

如 图4所示。

此种情况仅需在分、 集水器处， 设置一个压差控制 关键点即可实现较大的变频幅度。

2） 在实际设计过程中， 遇到更多的情况是用户侧 的负荷区域相对分散， 制冷机房在负荷区域范围之内， 如图5所示。

图5 负荷区域相对分散时制冷机房水系统示意图
此种情况， 分、 集水器设置在制冷机房内， 若压差 控制关键点配置在分、 集水器处， 系统水流量变化时， 相对图4对应的情况而言， 水泵的变频幅度变小， 节能 效果差。

为了得到更大的变频幅度，将压差控制关键 点配置在不同支管上第一个水平支管的下方位置， 如 图5所示A、 B、 C、 D点。

同时在设计过程中， 需要注意以下几点： 其一， 在 用户侧根据房间功能及朝向， 合理的划分各支管负责 的空调区域，譬如尽量避免支管1所带的房间都是南 向的， 应同时带南、 北朝向的房间等， 以便使得各个支 管在实际使用过程中负荷出现一致性变化。

其二， 空 调使用时间段相对其他业态差别较大、 使用过程中负 荷变化不大的区域 （如超市、 百货等） 应用独立的空调 水系统。

其三， 在设计过程中， 通过对各支管管径的计 算控制及回水管上平衡阀的调节， 尽量使各支路控制 点处到分、 集水器之间的支管阻力相当。

系统满负荷运行时， 根据支管末端的阻力设定压 差。

当末端负荷变化导致系统水流量变化时，各支管 控制点处的实际压差与设定压差相比较， 通过PLC编 程选择各个支路中， 实际压差与设定压差差值最小的 控制点来控制水泵变频，
在满足其他各个支管实际水
（下转70页）
式四。

当单个风机排风量大于6000m 3
/h 时， 模式四的 温度效率大于模式三， 这是因为屋顶排风模式相对侧 墙排风模式更容易引起自然排风口短路。

图16 模式三与模式四通风效率 随机械排风量的变化规律
以上研究亦可发现， 最佳增益温度效率都出现在 复合通风中自然排风量与机械排风量大小最接近的 情况下。

这表明工业热厂房中热压通风与机械排风联 合运行下的复合通风设计， 机械排风量宜等于复合通 风中热压作用下的自然排风量。

4 结论
本文搭建了具有集中热源和屋顶机械排风装置 的复合通风实验台， 并在实验基础上利用 CFD 数值模 拟技术建立了复合通风数值预测模型， 研究了体形系 数为 0.545， 窗墙比为 0.216 和室内热源强度为 150W/m 3
的工业热厂房中机械排风口数量及其分布
形式和机械排风量对复合通风效果的影响规律。

主要
结论如下：
1）提出了对气流短路现象进行定量表述的有效
通风量和有效通风比两个参数。

随机械排风量的增加， 有效通风量增加而有效通风比减小。

当有效通风比小 于100%时表明自然排风口被短路。

2）屋顶排风口分散布置与集中布置时临界排风
量相同。

当机械排风量等于临界排风量时，屋顶排风
口分散布置最佳增益温度效率更高， 即屋顶排风口分 散布置的复合通风模式优于排风口集中布置。

3）屋顶机械排风比侧墙机械排风更容易引起自
然排风口短路， 而当机械排风对温度效率起增益效果
时屋顶机械排风模式优于侧墙机械排风。

4）
为避免自然排风口短路， 机械排风口距离自然 排风口不宜过近， 且机械排风量宜等于复合通风中热 压作用下的自然排风量。

参考文献
[1]
王怡,邢骁, 孟晓静,等.工业厂房复合通风系统临界排风速度 实验研究[J].西安建筑科技大学学报(自然科学版),2016,48(5): 745­750.
[2]LI Yuguo.Analytical of Natural Ventilation a Summary of Existi­ ng Analytical Solutions [R].IEA­ECBCS ANNEX 35Technical Report.
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张旺达,李安桂.四种湍流模型用于室内气流流动预测的性能 比较[C]//2005年全国暖通空调专业委员会空调模拟分析学组 学术交流会论文集.北京:中国建筑学会,2005.
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[6]
马仁民.通风的有效性与室内空气品质[J]. 暖通空调,2000,30 (5):20­23.
需求的同时， 尽可能的扩大水泵变频幅度， 实现节能 运行。

综上所述， 压差控制中关键点位置的选取对一次 泵变流量水系统的节能运行影响较大。

在设计过程
中， 应根据工程的实际情况， 合理划分和分配末端支 管的负荷范围， 对各支管进行准确的水力计算， 将关 键点尽可能的配置在远离机房的用户侧的合适位置， 通过单点或多点压差比较的方法控制水泵的变频， 达 到系统的节能运行。

参考文献
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