二次泵系统与一次泵变流量系统优缺点、设计要点及控制逻辑(行业材料)

一次泵变流量系统(VPF)

1、控制方式

冰机控制

负荷测定：蒸发器的流量和温差

冷量调节：

与活塞机组的介跃调节不一样,离心冷水机组的控制是根据实际需求负荷的大小来控制压缩机的运行状态,最终通过改变导叶开度的大小来控制。改变导叶开度的大小,可调节制冷剂循环流量,控制蒸发温度,调节制冷量,最终达到加载、卸载,控制出水温度的目的。这种调节可实现无级连续调节,可精确调节到负荷要求,精密控制出水温度。模糊逻辑根据温度误差(与设定值的偏差) 和变化速度求出所需的加载/卸载量,从而将冷水温度控制在设定的范围内。导叶电机根据4～20mA 的电流输入信号,每0. 3 %地增加或减小导叶的开启度,这样的调节足以保证经导叶调节后流量的连续性,实现无级调节。加载时,导叶开启度增大;卸载时导叶开度减小。高精度的导叶连续调节可精确控制水温在±0. 3 ℃以内。见图2。控制系统根据温度偏差值和温度变化速度来确定是否需要加载、卸载或保持容量不变。见表1。

在接近系统的安全阈值时,会进行加载或卸载限制。图3示出了出水温度控制的循环。

“ —→”代表系统控制 “ —→”代表控制系统实施操作后有可能引起的现象如图3 所示,系统控制和实施控制操作 后而需要的进一步控制形成封闭循环。控制操作的实施最终通过导叶开并增大或减小来完成。控制系统经过综合使导叶维持在某一开启度进行制冷或达到安全限而关机。

例如机组刚开机过程的加载过程,在电流限制的同时导叶由小逐渐开大,冷水温度不断下降,达到制冷的目的。当机组达到负荷后,出水温度已达到或低于设定点的温度,这时进行卸载过程,导叶逐渐关小,出水温度基本维持不变,电流逐渐减小,最终维持在部分负荷运行。如果负荷过低,使机组导叶关小到某一值时,排气温度达到保护限,控制导叶不能继续关小(或导叶已关到最小) ,则导叶维持该状态运行,出水温度将进一步下降,当下降到低于出水温度设定点3 ℃以下时,则机组由控制系统控制进行安全关机。或进入再循环运行模式控制。

冰机加减机：

加机（4种方式？）：

1. 冷冻水系统供水温度T S1高于系统设定温度T SS 并持续一段时间

2. 压缩机运行电流百分比（适用于出水温度精度要求高的场合，需要注意机组出力和运行电流不符合的情况）

3.计算负载

4.如运转中主机已达最大流量，则须加开一台主机(发生机率不高)。 减机：

1.依压缩机电流百分比（1

运行机组台数%RLA(运行机组)

%设定-∑≥）

2. flow*△T

3.系统流量

加减机逻辑：冷冻站管理器将监测供回水总管的温度，同时监测冷机的负荷。

当水系统的计算冷负荷达到运行冷机额定制冷量的80%（可调），并持续20分钟（可调），则冷冻站管理器将增开站房内下一个可用的运行时间最短的制冷单元。

当水系统的冷负荷低于运行冷机的总名义额定制冷量的20%，并持续20分钟（可调），冷冻站管理器将根据启动顺序或者运行时间，选择关闭适当的制冷单元。

现有配置会监视系统内末端机电设备的运行、故障等状态，从而对制冷单元的启用选择和制冷单元之间故障切换有实时准确的判断。

水泵控制

水泵控制依据：压差为主（用户侧压差控制，最好是最不利处用户，各回路都是并联，有区别吗），温差为辅的空调冷冻水控制。（应该是压差控制或温差控制？）

通过安装在冷冻水管供回水压差传感器测量供回水之间的压差,与设定压差比较,采用PID 运算策略,调节冷冻水泵转速满足系统流量:

水泵加减台数方案：

目前，确定泵组运行台数的一般原则为台数最少原则，即单台泵可以满足使用需求，则不使用多台泵；在多台泵并联的泵组系统中，两台泵可以满足使用需求，则不使用三台泵，以此类推。传统的加减载模式为当运行中的泵组均升至最大频率时，则将泵的数量加载一台；运行中的泵组均降至（设定）最小频率时，则将泵的数量减载一台。在加载或减载泵时，加载泵的频率由零开始逐渐增加，其他泵的频率由最大频率逐渐减小，直至所有泵的频率达到最优运行频率为止；减载泵时，剩余泵的频率由最小频率逐渐上升，直至所有泵的频率达到最优运行频率为止。

在实际应用中，即使有的并联泵组运行台数的确定不遵从台数最少原则，也多与其它相关设备开启的台数相关联。比如中央空调冷冻水系统，开启冷水机组的台数与开启水泵的台数相同，这种由机组数决定水泵数的被动模式不能保证泵组的效率最高，因此不是最优方法。现有技术中变频泵组台数的确定方法一般效率低，耗能高，无法满足目前节能减排的需求。另外，传统模式下的变频泵组在加载和减载时，与正常变速控制逻辑(即泵组正常工作下满足压差、流量或温度等需求的控制逻辑)衔接困难，泵组频率的震荡幅度大，工作点的确定耗时长，一般需要5分钟甚至更长时间，严重影响泵组的使用性能、可靠性以及寿命，同时降低泵组的工作效率。

旁通阀控制

回水总管流量控制或冰机前后压差控制

2、一次泵变流量系统应用中需注意的问题：

2.1、冷水机组的流量变化范围

为防止蒸发器结冰、水流由湍流变为层流、水流对铜管的冲蚀，一次水流量必须在一定范围内。因此需要选择最小流量尽可能低的冷水机组。蒸发器最小流量由蒸发器的类型、回程以及管束尺寸决定。通常机组效率越高，机组蒸发器流量变化的范围就越窄。目前离心机的最小流量一般都能达到设计流量的30％左右。

冷水机组最小允许水流量：一般要小于设计流量的50%。（目前离心机最小允许流量可以达到设计流量的30%，本项目离心机是多少？本项目没有相关参数，据了解约克和特灵的最小允许流量可以达到设计流量的30%）

2.2、冷水机组的允许冷水流量变化率

由于蒸发器中水流量的较快变化能引起控制不稳定和压缩机的回液与停机，应尽量选择可允许流量变化率值高的机组。在一般的一次泵变流量系统中，允许流量变化率应取25％-30％，这意味着加载一台冷水机组后(假定流量变化50％)，大约1．5min系统就可以稳定运行。

冷水机组能承受的水流量变化率，即每分钟的水流的改变量，% full flow/min：一般推荐25~30%。（目前各生产厂商推荐的流量变化率差异较大，每分钟2％-30％不等，本项目离心机是多少？本项目没有相关参数，据了解约克和特灵的最大流量变化率可以达到50%）

2.3、注意水系统流量的测量与旁通控制

供回水干管上加设一旁通调节阀，该阀是保证冷水机组蒸发器侧的流量不低于其最小流量要求，确保冷水机组的正常运行。阀的调节是依据检测的流量信号而进行，因而对流量的检测必须准确。一般选择测量精度较高的电磁流量计为宜，同时应注意定期标定、校正；此外，阀的调节需快速，为满足流量与阀门的开度成线性关系以及考虑到阀门的实际流量特性，选择等百分比特性的调节阀为宜。

2.4、注意系统周转时间。

一般情况下冷水机组厂家会提供一系统周转时间，设计时应对整个水系统周转时间进行计算，校核是否大于厂家所给的值。若系统周转时间长，说明该系统利于机组控制的稳定，否则．需采取改善措施。

2.5、精确的控制系统

3、系统优缺点

特点:

1.与二次泵系统关键区别是旁通管的作用改变(二次:调节供回水压差;一次:保证机组的最小流量)

2.冷冻水流量的控制和冷量的控制是分开独立的

3.流量计和控制系统是必不可少的

优点:

1节能

2降低初投资

3减少机房面积

缺点与问题

(设计与运行中的问题):

1系统实施、调试增加难度

2蒸发器水流量突然变化

加机的时候容易出现问题

3使用同型号同压力降的机组时,系统运行会比较好

4需要更加复杂的控制系统

5需要同时控制机组的负荷调节和水量调节阀

6更加复杂的旁通控制

7冷水机组分级启停控制复杂

8可能出现的故障

9專用控制器。(配合節能軟體)

10需精確的PID控制閥。

11需要更精準的控制系統及調節冰水主機、控制閥及pump順序控制。12更長的試車時間。

13完整的教育訓練。

一次定流量二次变流量系统1、控制方式

二次泵系统的负荷调节

冰机控制

冷量调节：同上（出水温度是检测一次侧还是二次侧？）用于单机的冷量调节应该是一次

侧

冰机加减机（台数控制，一般说的加减载也是是台数加减？）：

1流量调节（常采用）：

2负荷调节（控制精度较高场合）：

3二次侧供水温度

供水温度，或旁通水流方向

当旁通水流量支援供水时，也就是旁通管内的水流方向是从回水侧流向供水侧，加机；或，当二次侧供水温度大于设定值时，表明投入的主机数量不够，加机

旁通水流方向和水流量

当旁通管内的水流是从供水侧流向回水侧，并且旁通水流量达到一台主机水流量的110%，减机；

一次泵控制方式

流量调节（常采用）：

负荷调节（控制精度较高场合）：

二次水泵控制

控制方式：压差控制。

设定一个供回水压力波动范围，当负荷变化引起管网流量改变时，供回水压力随之波动，当超过设定上限值且水泵频率达到时减少泵的运行台数，当低于设定下限值时增加泵的运行台数。

旁通管

无阀，一般有流量计，温度压力显示等

低温差综合症

解决措施：（1）确保空气冷却器（盘管）具有足够的换热能力，使空气冷却器（盘管）的水温差最大，避免采用大流量小温差的方法获得换热能力。（2）系统设计合理，系统负荷设计准确，选择合理的末端设备电动控制阀门。（3）在一次泵定流量系统中适当增大一次泵的容量。（4）在二次泵变流量系统的一次泵上安装变频器或在平衡管上增加止回阀。

“低温差综合症”是二次泵变流量系统和一次泵定流量水系统中最常见、也是最容易引起控制失调的问题。它的主要症状是:

(1)系统的供回水;fit差小，导致负荷侧流量高于设计值。

(2)冷水机组加、减机失调，机组的运行效率降低;

(3)系统供水和回水混合，导致供水温度升高、冷库末端去湿能力降低，房间的温、湿度偏高。

3、系统优缺点

特点:

1.旁通管的作用(二次:调节供回水压差;一次:保证机组的最小流量)

2.流量需求和机组冷量对应

优点:

1.因系统分二回路，控制单纯(各别控制)。

2.试车及开停主机容易。

3.一次冰水流量稳定。

4.二次冰水pump因以变频控制可省能源。

缺点与问题

1.初设成本较高。(多送水pump)

2.占地面积大。

3.低温差综合症（逆向混水）

冰机变频的适用情况

对于单台冰机制冷的情况，变频有明显节能意义。

对于两台以上冰机制冷的情况，变频的节能意义不大（注意：变频与冷量调节是两回事（类似于汽车档位与油门的情况？）。冷量调节是通过调节压缩机导叶开度来实现。而变频的作用是1提高效率2防止喘振。），是因为机组的效率一般在50%~75%负荷时最大，当系统负荷小于50%时，比如30%，开启一台冰机，则冰机的负荷在60%，效率已经很高，不需要再变频调节。