空调水系统变流量节能控制

空调水系统变流量节能控制

【摘要】空调水系统变流量节能控制是当前暖通工程研究的热点也是建设资源节约型社会的要求，本文首先对空调水系统的变流量设计的原理和方法做了简单的介绍，然后说明了影响水泵变频调速范围的因素，最后提出了节能控制的措施。

【关键词】空调水系统变流量节能控制

中图分类号：te08 文献标识码：a 文章编号：

随着人们节能意识的加强，空调水系统变流量节能控制技术在工程(特别是在一次泵系统)中得到了大量的应用，其节能效果得到了广大专业人士的认同，本文对空调水系统变流量节能控制做了进一步的探究。

一、空调水系统的变流量设计原理与方法

关于空调水系统的变流量设计，近来在节能要求的驱动下其应用日益广泛，实现的方法也多种多样。其基本的判断都是认为在以水为冷(热)传递媒介的空调系统中，其水的循环输送能量占整个空调能耗的比重较大，节省了输送能量也即节省了空调能耗，对此行家们都有共识，所不同的是采用什么样的原理、什么样的方法和什么样的设备才能实现最大限度的节能，方式方法不同结果可能很不一样。因此本文推荐采用二级或三级分布式动力设备布置模式和脉动控制模式相结合的方法，并就这一方式进行分析，认为这应是一种既在理论上成立，又在设备的实现上可行的一种设计方法，主要包含有二种思想，第一，控制模式，第二设备布置模式。

分布动力与脉动变流量系统设计的基本节能理念与方法：

1）尽可能降低系统的总阻力，包括机器阻力、阀门管件阻力（动态，静态）、末端盘管的阻力。

2）以供回水温度差作为变流量控制调节的依据。

3）将总供水泵，管道加压泵和末端空调机的开关控制三级设计作为一个完整可靠的分布式动力变流量系统的必须。

4）不设旁流、旁通管路。当然对于保证冷水机组最小流量的旁通，水系统净化用旁通净化器等功能用途另当别论。

5）采用变流量管道加压泵（或称三次泵）这种有源变动力方式代替固定或变阻力的无源无动力调节阀件。理论上说在各个支管环路上都装上变流量管道加压泵，具有最好的节能性与平衡性，究竟设多少？在何处设置？需要进行经济比较后决定。

6）尽可能用二通阀控制末端空调机，对于水流量较大的单台空调机采用温差控制调节阀调节水量以保证供水质量，另用变风量方式调节空调机组的负荷。不宜用回风温度作为水量调节的依据。

7）利用温差的主动性调节与利用压差的被动性反调节的脉动控制调节原理。

二、影响水泵变频调速范围的因素

水泵采用变频调速运行时，原来按工频状态设计的水泵与电机的运行参数均会发生较大变化。水泵的变频调速范围必须经过综合考虑，结合实际计算确定。

1、转速对电机效率的影响

在工况相似的情况下，电动机功率n∝n3。随转速下降，轴功率会急剧下降。电机输出功率过度偏移额定功率，或者工作频率过度偏移工频，都会使电机效率下降过快，最终影响整个水泵机组效率。

由变频器驱动异步电动机时，电机电流会比工频供电时增大约5％，电机在低速运行时，冷却风扇的风量下降，会使电机温升增大，影响电机的安全运行。

图1 水泵的实际等效曲线

2、转速对变频器效率的影响

变频器的负载率β与效率η的关系如图2所示。转速下降时，变频器的效率有所下降。

图2 变频器效率曲线

3、转速对水泵效率的影响

综上所述，水泵转速调节范围不宜过大。通常应不低于额定转速的50％，最好在70－100％之间，当水泵的转速低于额定转速的40－50％时，水泵效率明显下降，节能效果也大大下降。

三、变流量水系统的节能途径

1、变流量系统的控制形式

变流量系统的控制形式有压差控制和温差控制。

目前压差控制方式仅用于末端为空调处理机组的全空气系统的水路控制，以保持处理机组送风温度恒定。由于这种空调系统的末端支路较少，且各支路的水流量变化较大，调节阀能随负荷变化在

一定范围内精确调节，因此具有较好的节能效果。对于有多用户的户式集中空调系统，也可用这种控制方式保持各房间室内温度的恒定。

温差控制方式比较简单，用于末端风机盘管不设调节阀的系统或设电磁阀的系统时，有以下优点:部分负荷下系统的阻力系数不变或变化很小，功率与转速满足水泵的三次方定律，因而具有显著的节能效果；在系统初调节达到很好的平衡时，部分负荷下各支路的流量按同一比例变化，没有压差控制方式下的各支路相互耦合和调节阀畸变影响；温差传感器工作范围小、灵敏度很高，即使很小的温差也能及时准确地传递到控制器，因而控制效果较好；系统改造较简单，由于商业建筑中末端大多为风机盘管，当部分房间暂时不使用时，关闭相应的风机控制器即可，对系统的水力工况无影响，改造仅在制冷机房内直接进行，不影响商业建筑的正常使用。

温差控制方式可靠性较差，比较适用于系统各支路负荷变化一致或差别不大的场合。由于温度采样点离负荷变化点有一定距离，冷水经过一个循环后，其温度变化才反映出来，因而信号传递延迟时间长，特别是系统较大和在部分负荷时，信号的延迟时间更长，给系统控制的及时性造成一定的影响。冷水流动过程中受外界干扰影响大，应注意加强管道的保温，特别是回水干管的保温，以防回水温度受外界干扰升高，造成温差增大、水泵变频范围减小，影响水泵的节能。对于由于使用功能而造成的负荷差别较大的末端房间，控制的准确性较差。

2、变流量系统的设备选型与节能

无论何种控制方式，变流量系统的节能效果都受到机组的流量下限和水泵效率的制约。虽然hartman积极推崇一次泵变流量系统，很多国外专家也宣称二次泵时代已经结束。但据调查可知，由于受压差保护的限制，传统的空调系统水泵频率变化下限约在37~42 hz，极少数达到35hz，有的空调系统在水泵频率低于45 hz时就由于压差保护而停机。由于我国传统的定流量设计没有考虑机组及水泵末端的同时使用系数，设备选型过大已是不争的事实，变频的改造仅是弥补系统设计的不足，这给变流量的推广造成了极大的障碍。

基于上述考虑，负荷计算阶段应考虑负荷的同时使用系数，在机组选型时，应考虑机组的变负荷性能。某公司生产的模块化螺杆式冷水机组的制冷量范围为200~1 000 kw，单模块机组的能量调节范围为33%~100%，5个模块机组的能量调节范围为7%~100%，主机的微电脑控制系统可灵活合理地控制模块运行台数，同时各个模块的制冷量又可由滑阀进行无级调节，即使在低负荷时也能高效运转，使得机组输出冷量与需求冷量达到最佳匹配，以最大限度节约能源。

3、变流量系统的运行管理与节能

对于已投入使用的空调系统，提高运行管理水平，可大大减少运行能耗；应加强冷水管道的保温，减少泄漏，避免无效冷量损失。对于冷却水系统，在资金允许的情况下，应优先选用闭式冷却塔。对于使用开式冷却塔的系统，应采取措施减少飘水，同时，对冷却