空调冷冻水一次泵变流量系统的节能与控制

空调冷冻水一次泵变流量系统的节能与控制

【摘要】文章简单介绍了一次泵变流量系统，对一次泵变流量系统的能耗做出了分析，提出了空调冷冻水一次泵变流量系统的节能与控制方法。

【关键词】：空调；冷冻水系统；节能

引言

建筑物中央空调系统的冷冻水一次泵，传统上都采用固定转速水泵。空调水的变一次流量控制系统(VPF：Variable-Primary-Flow，也称为：冷冻水一次泵变频调速控制系统)是近年才开始出现的先进控制方案。配置变频调速冷冻水泵，可以对冷冻水流量进行调节，达到精细化控制的目标。虽然在负荷侧都是变水量控制，但变频调速的一次侧控制和传统固定转速的一次泵系统不同，它比传统方式控制要求高得多。要求楼宇自控系统的工程服务者设计合理的变一次流量控制解决方案，提供满足要求的控制功能。本文结合某大型建筑的变一次流量控制工程方案，对这种解决方案进行讨论。

1一次泵变流量系统的特点

一次泵变流量系统(VPF)的定义概述如下，当末端空调负荷变化时，电动二通阀调节开度，改变冷冻水量，此时采用一定的控制措施，变频水泵和冷冻机组的水流量都随负荷的改变而改变，在旁通管上增设了旁通控制阀，以维持运行冷冻机的最小流量，如下图所示。

图1

和二次泵变流量系统相比，最显著的一个特点是少了一组定速泵。另外在旁通管上多了一个控制阀，当系统水量小于单台冷冻机最小允许流量时，旁通阎打开，旁通一部分水量使冷冻机运行在最小允许流量之上。最小流量由流量计或压差传感器测得。系统末端仍然安装二通调节阀，水泵的转速由系统最远端压差的变化控制或供回水温差控制。冷冻机和水泵的台数不必一一对应，它们的台数变化和启停也分别独立控制。VPF系统可以改变整个系统中的循环水量，既包括流经蒸发器的冷冻水流量，和冷却盘管中的冷冻水流量。VPF不仅仅节省了二次泵变流量系统中低效率的一次定流速泵，而且省去了管线，接头及其工程费用，电力设备等，机房空间的需求也随之降低，这些都可观的节省初投资。它较之二次泵系统不但初投资小，而且能减少水泵的运行能耗。

2一次泵变流量系统的节能分析

二级泵变流量系统是机房内一次循环水为定流量，用户侧次级循环水为变流量，而一次泵变流量系统则为全程变流量从理论上说，两系统的用户侧循环水量和阻力是相同的，不同的是冷水机组循环部分，采用二级泵系统时冷水机组循环水量和阻力是不变的，采用一次泵变流量系统时，冷水机组侧的循环水量和阻力相应变化，当冷水机组侧的循环水量、阻力变小时，水泵能耗大为降低。设定一次泵系统流量调节范围为50%一10%，考虑到变频器在低负荷下的效率降低和空调系统最小平衡流量的因素，二级泵变流量系统的次级泵流量调节范围也按50%一10%设定，则可计算出各水泵的耗电量:a一次泵定流量系统理论计算耗电量为4200kwh;b一次泵变流量系统理论耗电量为14200kwh;c二级泵变流量系统(一级泵为定流量)的理论耗电量为28480kwh。可见在设定条件下以理论计算的结果看，一次泵变流量系统比定流量系统节能约66%，比二级泵变流量系统节能约50%。

3一次泵变流量系统的控制

一次泵变流量系统能够较好的跟踪系统负荷的动态变化，较好的满足系统的负荷要求，把能耗控制在较低的水平。所以系统必须有一套严格的控制方案。只有设计和系统相匹配的高水平监测和控制系统，才能安全可靠运行并真正发挥其最大效益。

3．1冷冻机主机应监测的主要参数

主机运行状态；主机故障报警状态；主机负荷水平或百分数，主机电流或电流百分数；当前供水温度设定值；蒸发器进水和回水温度实测值；冷凝器进水和回水温度实测值；蒸发器-冷冻水流量实测值；蒸发器冷媒管路压力实测值；冷凝器冷却.水流量实测值；本次运行时间和累计运行时间；累计启动次数；润滑油温度和供给水平；接收机房集控系统给出的冷冻水供水温度再设定值，接收机房集控系统发出的启停控制命令。

3．2机房冷冻系统应监控的主要内容

冷冻水泵、冷却水泵和冷却塔风机：运行状态、故障状态，累计运行时间，运行次数，机房集控系统能对这些设备进行启停控制。

冷冻水泵的变频控制：监测供、回水管路之间最不利的压差值，根据系统末端压差调节水泵转速。而在实际运行中，许多情况下，供回水管路之间的最不利压差值，不是一个固定值，而是需要随负荷侧水流量的变化而调整，因此控制系统必须能够就地进行压差再设定，再对水泵转速调节。

冷却塔风机的控制：监测冷却水供回水总管的温度，以冷却塔供水温度没定值为依据，对冷却塔风机进行变频调速。监控电动蝶阀进行相应的连锁控制。控制系统应监测供、回水总管的温度。虽然冷冻机能够提供这些数据，但这样能够增加系统控制的灵活性。对冷冻机设置数据接口。

3．3冷冻机的启动和停止的连锁控制

启动顺序：冷却塔风机冷却塔电动蝶阀冷却水泵冷冻机冷凝器电动蝶阀冷冻水泵冷冻机蒸发器电动蝶阀冷冻机主机

停止顺序：冷冻机主机冷冻机蒸发器电动蝶阀冷冻水泵冷冻机冷凝器电动蝶阀冷却水泵冷却塔电动蝶阀冷却塔风机。

3．4冷冻水一次泵变流量控制

为了节约能耗，系统设计人员应根据总负荷水平来控制冷冻机、相应的水泵及冷却塔的运行台数，并尽可能使这些设备在各自效率最高的区域运转。对于冷冻水一次泵变流量系统的控制，建议按以下三个逻辑来控制：通过最不利环路的压差值及再设定值来控制冷冻水泵的转速，保证系统负荷的需求。在水泵运行的同时，应考虑所有正在运行的单台主机的流量能否满足其蒸发器的最低流量。当只剩一台主机在运行时，系统负荷持续下降，冷冻水流量低于冷机允许的最小流量设定值时，旁通阀打开，保证冷冻机最小流量。其中关于系统冷水主机加机的控制策略为：主要根据冷冻水供水温度及系统设定供水温度，当系统负荷增加时，系统在满负荷下无法维持供水温度，供水温度上升，超出设定值。超过量一般设为,2分钟，则另一台主机就应加载上去。其中关于主机减机策略很多，在此推荐一种较为精确、可靠的方式：我们以压缩机运行电流百分比为依据，即每台机组的运行电流百分比之和除以运行机组台数减一，如果得到的数值大于设定值，则需要关闭一台主机。这个设定值一般由冷冻机厂商提供，会输入在机房群控程序中。这个逻辑判断由机房通用DDC控制器来完成。

3．5工程实例

（1）项目概述

上海某大厦，主要性质为实验室、数据存储中心及餐饮，共四层，面积20000平方米，设计最大冷负荷约为：12400kW。

（2）系统配置

冷冻水系统采用一次泵变流量系统。主机采用单台制冷量为1200RT的离心式冷冻机三台。冷冻水泵采用变频水泵，共三台，流量：725立方米每小时，扬程：40米。冷却水泵三台，

采用定频，流量：865立方米每小时，扬程：33米。冷却塔设置于屋顶，冷却塔风机变频。

（3）系统流程简图见图（1），系统控制简图见图（2）、（3）。