二次泵变流量设计浅析

二次泵变流量设计浅析

摘要 本文主要介绍一次泵定流量、二次泵变流量的设计方案，方案主要从能耗和控制方面综合考虑

关键词 一次泵 二次泵 定流量 变流量 变频控制

0 引言

在空调系统能耗中，水泵能耗占很大一

部分，变频技术在冷水泵中的合理应用，可

以有效的减少空调能耗。然而，水泵的变频

控制技术在国内不是很普及，尤其是二次泵

变频利用。目前国内对二次泵的利用较少，

但二次泵变频技术有着很大的节能空间。二

次泵变频系统比较适合系统大，空调负荷变化大、能源中心与空调建筑相对位置较远的情况。本文主要介绍一次泵、二次泵系统及设计方案等。

1 系统介绍

为了保护冷水机的蒸发器，传统的制冷机设计尽量使通过蒸发器的水流量保持恒定，如果水流量下降太快，超出制冷机安全范围内的反应能力时，就会导致非正常关机，甚至可能会导致蒸发器结冰、管道损坏以及设备停止运行。所以传统设计大都是初级泵定流量、次级泵变流量设计，即二次泵变流量系统。二次泵变流量系统，是在冷水机组蒸发器侧流量恒定的前提下，把传统的一次泵分解为两级，它包括冷源侧和负荷侧两个水环路，如图1‐1所示。

图1‐1 二次泵变流量系统

在冷水二次泵变流量系统中，次级泵负责将冷水分配给用户，初级泵满足一次循环回路中的流量恒定。二次泵变流量系统中一次泵的位置与一次泵定流量系统相同，采用一机对一泵的形式，水泵和机组联动控制。在空调系统末端，冷却盘管回水管路中安装两通调节阀，使二次水系统在负荷变化时可以进行变流量调节(通常，二次泵宜根据系统最不利环路的末端压差变化为依据，通过变频调速来保持设定的压差值)。

平衡管起到平衡一次和二次水系统水量的作用。当末端负荷增大时，回水经旁通管流向供水总管；当末端水流量减小时，供水经旁通管流向回水总管。平衡管是水泵扬程的分界线，由于一次泵和二次泵是串联运行，需要根据管道阻力确定各自的扬程，在设计状态下平衡管的阻力为零或者尽可能小。

2 系统特点

次级泵变流量系统的最大特点，在于冷源侧一次泵的流量不变，二次泵则能根据末端负荷的需求调节流量。对于适应负荷变化

能力相当较弱的一些冷水机组来说，保证流过蒸发器的流量不变是很重要的，只能这样才能防止蒸发器发生结冰事故，确保冷水机组出水温度稳定。由于二次泵能根据末端负荷需求调节流量，与一次泵定流量系统相比，能节约相当一部分水泵能耗。在冷水二次泵变流量系统中，次级泵负责将冷水分配给用户，初级泵回路与次级泵回路通过平衡管连

接，这样次级泵不受最小流量的限制，可采用二通阀加变频器来控制流量。

3 系统形式及特点

在系统中次级泵和一次泵是并联在一起的一次泵的扬程只克服冷水机组蒸发器到平衡管的一次环路阻力，二次泵的扬程需克服从平衡管到负荷侧的二次环路的阻力，因此每台二次泵的扬程都必须大于额定工况下最不利环路的阻力。近端用户只能靠增加阻力（选小管径或关小阀门）使系统阻力平衡，造成不必要的能源浪费。

由于某些冷水系统末端空调负荷特性或管路阻力差异较大，因此冷水系统设计主要有以下三种特殊形式。

3.1 次级泵独立布置各变流量系统

图3‐1次级泵独立布置各变流量系统

次级泵独立分开布置，并采取变频控制，更有利于初投资的减少和节能。比如离制冷站较近的车间在满足流量的前提下配置扬程较小的次级泵，其功率也随之降低，而较远车间的空调箱配置扬程大的水泵。这样可以使资源的配置更加优化和合理，降低初投资和运行费用。

3.2 复合型二次泵变流量系统

图3‐2复合型二次泵变流量系统

复合型二次泵变流量系统在不同支路上分别采用变频泵，部分支管可以合并采用一台变频泵，满足不同支路之间末端空调负荷特性或管路阻力的特点，与普通二次泵变流量相比，能进一步节省变频水泵的能耗，系统控制较为复杂。

3.3 一次泵定流量复合二次泵子系统

图3‐3一次泵定流量复合二次泵子系统

一次泵定流量复合二次泵子系统在特殊支路上采用变频泵，满足不同支路之间末端空调负荷特性或管路阻力的特点，与普通一次泵定流量系统相比，能节省变频水泵的能耗，系统控制较为复杂。

4 系统设计要求和控制方法

4.1设计参数选取：

4.1.1 水泵参数选取

¾一次泵的扬程：克服冷水机组蒸发器到平衡管的一次环路的阻力；

¾二次泵的扬程：克服从平衡管道负荷侧的二次环路的阻力；

¾泵的流量：一次泵流量参照冷水机组的流量，二次泵参照负荷侧的负荷流量。

4.1.2 平衡管选取

平衡管流量一般不超过最大单台冷水

机组的额定流量，平衡管管径一般与空

调供、回水总管管径相同，其长度超过

2米，在设计过程中，要减少水管弯头

处湍流现象；

4.2 在运行过程中的控制方法

4.2.1 冷水机组加机

¾以压缩机运行电流为依据：若机组运行电流与额定电流的百分比大于设定值

（如90%），并且持续10‐15min，则需

开启另一台机组；

¾以空调负荷为依据：测量负荷侧的流量和供、回水温差，计算空调负荷。若空

调负荷大于冷水机组提供的最大负荷，

且此状态持续10‐15min，则需开启另一

台冷水机组。

4.2.2 冷水机组减机

¾以旁通管流量为依据：当旁通管内的冷水从供水管流向回水总管，并且流量达

到单台冷水机组设计流量的

110%~120%，如果这种状态持续

10‐15min，则关闭一台冷水机组；

¾以空调负荷为依据：测量负荷侧的流量和供、回水温差，计算空调负荷；若减

少某台冷水机组后，剩余机组提供的最

大负荷满足空调负荷要求，且此状态持

续10‐15min，则关闭该台冷水机组。

4.2.3 冷水机组的负荷调节

对冷水机组供水设计温度重设：当机房

采用自动控制时，会通过系统供水设定

温度Tss、机组回水温度Tr1等计算出该

负荷下机组最佳的出水设定温度、也就

是一个新的Tcs（冷水机组的供水设定

温度Tcs，可以人工设定，也可自动设

定）。

4.2.4 水泵变频控制

¾定压差方式控制：压差小于设定值，则提高二次泵的转速，压差大于设定值，

则降低二次泵的转速；

¾变压差方式控制：根据负荷侧末端两通阀开度，重新设定控制压差，尽量降低

二次泵的转速，以便最大限度节能。一

般宜取二次泵环路中最不利管路上代

表性的压差信号。

5 总结

水路系统泵浦最省能的运转是针对不同扬程的区域采取Zone Pump设计。在我们设计中，只有更合理更节能的方案，没有固定的设计模式。针对不同的系统，采用最合理的方案才是我们在设计中最为重要的。

当系统较大、阻力较高，且各环路负荷特性相差较大，或压力损失相当悬殊时，如果采用一次泵方式，水泵流量和扬程要根据主机流量和最不利环路的水阻力进行选择，配置功率都比较大；部分负荷运行时，无论流量和水流阻力有多小，水泵也要满负荷配合运行，管路上多余流量与压头只能采用旁通和加大阀门阻力予以消耗，因此输送能量的利用率较低，能耗较高。若采用二次泵方式，二次泵的流量与扬程可以根据不同负荷特性的环路分别配置，对于阻力较小的环路来说可以降,f~‐‐次泵的设置扬程，做到“量体裁衣”，极大地避免了无谓的浪费。而且二次泵的设置不影响制冷主机规定流量的要求，可方便地采用变流量控制和各环路的自由启停控制，负荷侧的流量调节范围也可以更大；尤其当二次泵采用变频控制时，其节能效果更好。在超高层建筑中采用二次泵系统，还可以利用水泵压头的分割，减少系统底部的承压。

对于超大型的区域供冷系统，有时二次泵都不是最佳的选择。这时候，我们还采用三次泵系统（PST：Primary‐SecondaryTertiary、 Pumping System）。在系统形式上，三次泵

系统只是扩展了平衡管的应用，仍属于二次泵系统范畴。 三次泵系统将冷水分隔为三个独立的回路：生产（Production）、 输送