变流量空调冷水系统的分析和比较_王冷非

★ Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌ Ｄｅｓｉｇｎ，Ｂｅｉｊｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ
①
０ 引 言 一些对公共建筑集中空调系统的能耗调查测
试表明，集中空调系统的 夏 季 用 电 量 中，大 约 ２５％ ～３０％消耗于 冷 水 泵 及 冷 却 水 泵 的 输 配 上 。 ［１］ 空 调 水 系 统 的 合 理 配 置 对 冷 水 机 组 的 正 常 、高 效 运 行 有 较 大 影 响 ，因 此 合 理 地 设 计 空 调 水 系 统 是 保 证 集 中空调系统节能运行的关键。
随着 ＧＢ ５０１８９—２００５《公 共 建 筑 节 能 设 计 标 准》的实施，目前空 调 水 系 统 基 本 采 用 末 端 设 置 两 通阀的负荷侧变 流 量 系 统，对 冷 源 侧 而 言，常 规 的 冷 水 机 组 高 效 稳 定 运 行 的 前 提 是 流 经 蒸 发 器 、冷 凝 器 的 水 量 保 持 恒 定 。 长 期 以 来 ，采 用 常 规 冷 水 机 组 的水系统主要有冷水机组定流量一级泵系统和二
图 １ 冷 水 机 组 定 流 量 一 级 泵 系 统
源部 分 阻 力 Δｐｙ 没 有 改 变，冷 水 循 环 泵 需 克 服 的 阻力（水泵 扬 程 ）ΔｐＺ ＝Δｐｙ＋Δｐｆ 保 持 不 变，因 而 水泵流量 Ｑ 不变，即流经蒸发器的水量保持恒定。
图２为上述水系统的水泵流量－压力特性曲 线
图 ２ 一 级 泵 系 统 特 性 曲 线
ｏｕｔ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｄｅｓｅｒｖｉｎｇ ｔｏ ｂｅ ｎｏｔｉｃｅｄ ｉｎ ｄｅｓｉｇｎ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ ｐｒｉｍａｒｙ ｐｕｍｐ ｃｈｉｌｌｅｄ ｗａｔｅｒ ｓｙｓｔｅｍ，ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｐｕｍｐ ｃｈｉｌｌｅｄ ｗａｔｅｒ ｓｙｓｔｅｍ，ｐｒｅｓｓｕｒｅ
ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｃｏｎｔｒｏｌ，ｅｎｅｒｇｙ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｂｙｐａｓｓ ｖａｌｖｅ，ｂａｌａｎｃｅ ｐｉｐｅ
① ☆ 王冷非，女，１９６３年５月生，大学，高级工程师，主任工程师 １０００４５ 北京市西城 区 南 礼 士 路 ６２ 号 北 京 市 建 筑 设 计 研 究 院有限公司 （０１０）８８０４２０６８ Ｅ－ｍａｉｌ：ｗａｎｇｌｆ＠ｂｉａｄ．ｃｏｍ．ｃｎ
收 稿 日 期 ：２０１２－０５－３１ 修 回 日 期 ：２０１２－０８－２７
同 时 抵 消 负 荷 侧 阻 抗 的 变 化 ，使 管 网 特 性 曲 线 不 会
过多地偏移 设 计 工 况，整 个 系 统 一 直 在 Ａ 点 附 近
运行，单台水泵流 量 Ｑ１ 即 流 经 蒸 发 器 的 水 量 保 持
在一个相对稳定的范围内ห้องสมุดไป่ตู้当整个系统冷负荷减
小 一 半 时 ，手 动 或 自 动 关 闭 １ 台 冷 水 机 组 及 相 应 的
没有设置 压 差 旁 通 阀 的 系 统，当 ２ 台 泵 运 行 时 ，在 部 分 负 荷 状 态 下 ，管 网 特 性 曲 线 向 左 偏 移 ，如 图２中 Ｐ′，系统工 作 状 态 点 偏 移 到 Ａ′，流 量 减 小， 制 冷 机 效 率 降 低 ，当 单 台 机 组 流 量 减 小 到 冷 水 机 组 允 许 的 最 小 流 量 时 ，冷 水 机 组 会 自 动 停 机 保 护 。 不 同 的 冷 水 机 组 允 许 的 最 小 流 量 不 同，一 般 在 ３０％ ～４０％ 之 间 ，由 于 多 台 冷 水 机 组 并 联 运 行 时 为 台 数 控 制 ，单 台 机 组 流 量 减 小 到 冷 水 机 组 允 许 的 最 小 流 量 导 致 停 机 的 情 况 不 多 ，所 以 没 有 压 差 旁 通 阀 的 系 统 的 主 要 缺 点 是 部 分 负 荷 时 制 冷 效 率 降 低 ，不 节能。
ＧＢ ５０７３６—２０１２《民 用 建 筑 供 暖 通 风 与 空 气 调节设计规范》［２］已 将 定 流 量 一 级 泵 系 统 （即 负 荷 侧定流量的系统）严 格 限 制 在 “设 置 一 台 冷 水 机 组 的小型工程”范围 内，除 此 之 外 的 空 调 水 系 统 均 应 通过在末端装置设置水路电动两通阀来实现负荷 侧 的 变 水 量 调 节 。 实 际 工 程 中 风 机 盘 管 、空 气 处 理 机组等空调末端装置基本都采用两位控制的电动 两 通 阀 或 连 续 调 节 的 电 动 调 节 阀 进 行 水 路 控 制 ，即 负荷侧是变流量系统。
３ ６
暖通空调 ＨＶ＆ＡＣ ２０１３年第４３卷第４期
变流量空调冷水系统的 分析和比较
北京市建筑设计研究院有限公司 王冷非☆
摘要 合理地设计空调水系统是保证空调工程节能运行的关键。按照现行的设计规范及 标准的要求，目前空调冷水系统 基 本 采 用 末 端 设 置 两 通 阀 的 负 荷 侧 变 流 量 系 统。 结 合 工 程 设 计实践，对冷水机组定流量、负荷侧变流量一级泵 系统，冷水机组 变流量 一级 泵 系 统，二 级 泵 系 统这３种常见的闭式空调冷水系统进行了分析 比较，总结了 各系统的 特点、能耗 情 况 及 适 用 条 件 ，提 出 了 设 计 时 应 关 注 的 主 要 问 题 。
笔者审图及工程回访中发现一些工程在压差 旁 通 阀 上 并 联 了 一 个 检 修 阀 门 （如 图 ３ 所 示 ），目 的 是在检修压差旁通阀时打开这个检修阀旁通水量。
关键词 一级泵系统 二级泵系统 压差控制 节能 压差旁通阀 平衡管
Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ａｎｄ ａｎａｌｙｓｉｓ ｆｏｒ ｖａｒｉａｂｌｅ ｆｌｏｗ ｃｈｉｌｌｅｄ ｗａｔｅｒ ｓｙｓｔｅｍ
Ｂｙ Ｗａｎｇ Ｌｅｎｇｆｅｉ★
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｒａｔｉｏｎａｌ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ａｎ ａｉｒ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ ｗａｔｅｒ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｔｈｅ ｋｅｙ ｔｏ ｉｔｓ ｅｎｅｒｇｙ－ｓａｖｉｎｇ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ． Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｓｔａｎｄａｒｄｓ ａｎｄ ｃｏｄｅｓ，ａ ｃｈｉｌｌｅｄ ｗａｔｅｒ ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔｈ ｖａｒｉａｂｌｅ ｆｌｏｗ ｏｎ ｔｈｅ ｌｏａｄ ｓｉｄｅ ａｎｄ ｔｗｏ－ｗａｙ ｖａｌｖｅｓ ｓｅｔ ａｔ ｔｅｒｍｉｎａｌｓ ｉｓ ｗｉｄｅｌｙ ａｄｏｐｔｅｄ．Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｄｅｓｉｇｎ ｐｒａｃｔｉｃｅ，ｃｏｍｐａｒｅｓ ａｎｄ ａｎａｌｙｓｅｓ ｔｈｅ ｔｈｒｅｅ ｃｏｍｍｏｎ ｃｌｏｓｅｄ ａｉｒ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ ｃｈｉｌｌｅｄ ｗａｔｅｒ ｓｙｓｔｅｍｓ，ｉ．ｅ．ｔｈｅ ｐｒｉｍａｒｙ ｐｕｍｐ ｃｈｉｌｌｅｄ ｗａｔｅｒ ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔｈ ｃｏｎｓｔａｎｔ ｆｌｏｗ ｏｆ ｔｈｅ ｗａｔｅｒ ｃｈｉｌｌｅｒ ａｎｄ ｖａｒｉａｂｌｅ ｆｌｏｗ ｏｎ ｔｈｅ ｌｏａｄ ｓｉｄｅ，ｔｈｅ ｐｒｉｍａｒｙ ｐｕｍｐ ｃｈｉｌｌｅｄ ｗａｔｅｒ ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔｈ ｖａｒｉａｂｌｅ ｆｌｏｗ ｏｆ ｔｈｅ ｗａｔｅｒ ｃｈｉｌｌｅｒ，ａｎｄ ｔｈｅ ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｐｕｍｐ ｃｈｉｌｌｅｄ ｗａｔｅｒ ｓｙｓｔｅｍ． Ｓｕｍｍａｒｉｚｅｓ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｏｆ ｅａｃｈ ｓｙｓｔｅｍ，ａｎｄ ｐｏｉｎｔｓ
冷水泵，此时压差 旁 通 阀 关 小 或 全 部 关 闭，由 于 负
荷侧电动阀 关 闭 较 多，管 路 特 性 曲 线 变 陡，如 图 ２
中曲线 Ｐ１，整 个 系 统 在 压 差 旁 通 阀 的 作 用 下 在 Ｂ
３ ８
暖通空调 ＨＶ＆ＡＣ ２０１３年第４３卷第４期
设计参考
点附近运行，运 行 的 １ 台 冷 水 机 组 冷 水 量 保 持 在 Ｑ１ 附近。
图１为一个典型的冷水机组定流量一级泵系 统。解决冷水机组定流量与负荷侧变流量的矛盾 的办法是在冷源侧和负荷侧之间的供回水管上设 置 由 供 回 水 压 差 控 制 的 电 动 调 节 阀 （简 称 压 差 旁 通 阀），其作用是通过 阀 门 调 节 维 持 负 荷 侧 供 回 水 之 间压力恒定，即负荷 侧 阻 力 Δｐｆ 保 持 不 变，由 于 冷
ＱＺ，每台水泵流量 Ｑ１＝０．５ＱＺ，Ｑ１ 也是单台冷 水 机
组蒸发器的额定流量，管路总阻力为 ΔｐＺ。假 设 在
设计工况时（２ 台 制 冷 机 运 行 ）系 统 冷 源 侧 管 网 阻
抗为Ｓｙ，负荷侧管网阻抗为 Ｓｆ，则管 路 阻 力 与 系 统
流量的关系式为
Δｐｙ ＝ ＳｙＱ２Ｚ
（１）
Δｐｆ ＝ ＳｆＱ２Ｚ
与管 网 流 量－阻 力 特 性 曲 线 关 系 图，单 台 水 泵 的 特
性曲线为 （Ｑ－Ｈ ）１，２ 台 水 泵 并 联 工 作 的 特 性 曲 线
为（Ｑ－Ｈ ）２，管 网 特 性 曲 线 为 Ｐ。 当 系 统 在 设 计 工
况下运行时，压差 旁 通 阀 关 闭，系 统 的 工 作 点 在 曲
线（Ｑ－Ｈ ）２ 与 曲 线 Ｐ 的 交 点 Ａ 处，系 统 水 流 量 为
然 而 对 于 空 调 冷 源 侧 来 说 ，流 经 冷 水 机 组 蒸 发器的水 量 控 制 在 一 定 的 范 围 内 是 保 证 冷 水 机 组 高 效 稳 定 运 行 的 主 要 因 素 ：当 蒸 发 器 的 流 量 逐 渐 减 小 到 使 其 管 束 内 流 动 由 湍 流 变 为 层 流 时 ，蒸 发 器 的 传 热 效 果 会 恶 化 ，使 冷 水 机 组 效 率 明 显 降 低 ，流 量 过 小 时 制 冷 机 会 自 动 停 机 保 护 以 防 蒸 发 器 内 冻 结 和 铜 管 的 破 裂 ；当 蒸 发 器 的 流 量 逐 渐 增 大 到 使 其 管 束 内 流 速 超 过 最 大 允 许 流 速 时 ，会 对 铜 管 产 生 冲 蚀 作 用 ，增 加 泄 漏 事 故 率 ，缩 短 机 组 使用寿命。
（２）
ΔｐＺ ＝ ＳＺＱ２Ｚ ＝ （Ｓｙ ＋Ｓｆ）Ｑ２Ｚ
（３）
在 部 分 负 荷 时 ，有 一 部 分 末 端 空 气 处 理 装 置 的
电动两通阀 处 于 关 闭 或 调 节 状 态，负 荷 侧 阻 抗 Ｓｆ
增大，供 回 水 之 间 的 压 差 监 测 值 大 于 设 定 值 Δｐｆ，
系统总阻力 ΔｐＺ 增加，管 网 曲 线 向 左 偏 移，系 统 流
２０１３（４）
王 冷 非 ：变 流 量 空 调 冷 水 系 统 的 分 析 和 比 较
３ ７
笔 者 结 合 工 作 体 会 ，对 负 荷 侧 变 流 量 的 闭 式 空 调 冷 水 系 统 中 常 见 的 ３ 种 水 系 统 形 式 ，即 冷 水 机 组 定 流 量 、负 荷 侧 变 流 量 的 一 级 泵 系 统 ，二 级 泵 系 统 ， 冷 水 机 组 变 流 量 一 级 泵 系 统 进 行 分 析 比 较 ，总 结 了 各 系 统 的 特 点 和 适 用 条 件 ，系 统 设 计 时 应 注 意 的 问 题 ，供 同 行 参 考 。 １ 冷 水 机 组 定 流 量 、负 荷 侧 变 流 量 一 级 泵 系 统
级泵系统，近年来，一 些 设 备 制 造 商 研 发 出 了 蒸 发 器在一定范围内变流量运行时制冷效率不会改变 很 多 的 冷 水 机 组 ，给 空 调 水 系 统 节 能 运 行 带 来 了 新 的突破。
笔 者 在 从 事 工 程 设 计 及 图 纸 审 查 的 工 作 中 ，发 现空调水系统在 管 路 连 接、阀 门 设 置、设 备 选 型 等 方面存在设计不够合理的现象。
量 有 减 小 的 趋 势 ，此 时 压 差 控 制 器 指 令 旁 通 阀 开 启
调节，减 小 负 荷 侧 阻 抗，维 持 Δｐｆ 不 变，ΔｐＺ 也 不
变 ，系 统 流 量 保 持 恒 定 。
实际运行中，当 负 荷 侧 流 量 改 变 时，压 差 旁 通
阀 的 调 节 过 程 是 通 过 改 变 阀 门 的 开 度 ，旁 通 水 量 的