建筑動力設計中一次泵變流量系統的關鍵問題探究

馬小龍

（銀川市規劃建筑設計研究院有限公司 寧夏 銀川 750004）

0 引言

中央空調水系統首要的目的是為各空調末端提供消除余熱或補償熱損耗所需的冷水或熱水，然后在滿足這個要求的前提下盡可能地節能，即以最少的能耗提供最好的服務。為達到以上要求，冷水系統經過了大約70年的發展，并且還在繼續完善。在這個發展過程中總是不斷的遇到新問題如:系統冷水溫差過小、水系統阻力損失過大、水系統管網水力不平衡等問題，諸如此類的問題，使得系統越來越復雜，但這些問題的不斷解決最終推動了變流量技術的發展。

1 冷水機組的最小流量

在一定的流量變化范圍內冷水機組實行變流量運行，對主機性能的影響不大，但對于冷水機組的最小流量可以達到多少，業內的觀點分歧還比較大。有的冷水機組廠商推薦其主機的最小流量可以低于30%，而有的廠商推薦其主機的最小流量不宜低于70%，但主機可以在50%流量時安全運行，當流量低于50%時，主機就會自動停機保護起來。而暖通界的大多數的設計專家認為最低到50%就可以了。關鍵一點，有很多專家出于安全考慮，認為變頻的范圍越窄，可能對于系統越安全;另一方面，就算主機可以變得那么多，但是真正用到30%到40%可能不一定經濟，頻率很低的時候水泵的全效率也會很低，并不合理。

2 冷水機組的流量變化率

在一次泵變流量的系統中，在主機的運行方面，其流量的運行范圍的只是一個重要因素，更考驗主機關鍵的并不是這個因素，考驗主機的是流量變化率，即每一分鐘主機能夠承受的流量變化是多少。當一臺主機已經滿載運行的時候，隨著末端負荷增加，這時應該要增加一臺主機，當第二臺主機并聯開啟時，已經在運行的那臺主機會在短時間內有一半的流量卸載(假若兩臺主機同等大小)，由于蒸發器中水流量的較快變化會引起控制不穩定和壓縮機的回液與停機，造成機組保護性停機。

3 旁通閥和旁通管選擇及控制

在變流量一次泵水系統中，為了確保冷水機組水流量高于其最小允許流量，在供回水干管之間必須設置旁通管和旁通閥(它的存在不利于系統的節能)。旁通管設置在靠近冷熱源的供回水干管上，調節閥應選用電動控制的等比例特性調節閥。通常旁通管和旁通閥的規格按主機的最小流量設置，旁通閥是常閉的，當流量計檢測到冷水機組蒸發器水流量低于最小允許流量時才打開，旁通一部分流量，使得旁通閥的流量加上末端的流量等于冷水機組的設定最小流量，保持冷水機組維持在最小允許流量運行。由于此旁通閥必須依靠流量信號來自動控制調節，所以要求這些冷水機組裝有測量流量的某種手段。同時為了確保準確測量，這種流量裝置還必須保持定期標定校正。然而在三臺及以上的主機并聯的系統中，旁通閥可能根本沒有機會去動作，例如在三臺主機的系統中，假如主機的最小允許流量為額定流量的50%，旁通閥只有在系統實際負荷小于設計負荷的16.7%時才會去開啟旁通一部分流量。而實際上當系統負荷比較小時，可以直接利用免費冷源(如：全新風、冷卻塔直接冷卻等)供冷，而不需要開啟主機制冷。

4 冷水機組加減機控制

根據機房內機組的臺數與部分負荷率曲線，應設計“專用停機”策略，避免機組的低負荷運行。在二臺以上機組以上的機房里，作為經濟運行的一條原則應該盡量少開主機，這樣可使冷水機組處于較高負荷的較高效率下運行。例如，在三臺冷水機組的機房里，能以運行二臺機組來滿足負荷要求時，決不應該投入三臺機組運行，在四臺冷水機組的機房里，能以運行二臺機組來滿足負荷要求時，決不應該投入三臺、四臺機組運行。在啟動另一臺冷水機組之前，應讓正在工作的冷水機組幾乎滿負荷運行。當所監測的蒸發器出水溫度只是在其設定值允許偏差范圍內波動時，就沒有必要啟動另一臺冷水機組。只有當所監測的蒸發器出水溫度超過了設定值允許偏差上限時，或其水流量超過了該機組所允許的最大流量時才可啟動下一臺冷水機組運行。

5 變頻調速水泵的控制

一次泵變流量系統中水泵與冷水機組的連接方式一般采用先并后串的連接方式，即水泵先與水泵并聯，冷水機組先與冷水機組并聯，然后水泵與冷水機組串聯。因此水泵的加減機控制與冷水機組的加減機控制可以分開來考慮，其中水泵的加減機控制可以根據系統所需要的流量來控制。系統所需要的流量可以采用設置在干管內的流量計來檢測。而水泵的變頻控制目前用的比較多的主要有三種：干管溫差控制法、干管壓差控制法和末端壓差控制法。

水泵的加、減載控制和變頻控制，應該充分考慮水泵的性能曲線及全效率來控制，設計專門的控制方案，爭取使水泵的運行能耗降的最低。

6 變頻水泵的最低轉速與最小流量

水泵的運轉設計是配合著一組給定的參數，當水泵按照由控制器傳來的訊號而減速時，所產生的流量也會呈線性降低。考慮馬達散熱，一般泵的轉速都會維持在全速運轉的30%以上。

當系統負荷比較小時，系統末端二通閥關斷的數量比較多，系統的阻抗S會變大，水泵的運轉會沿著性能曲線偏向左邊，以滿足系統的流量要求。但流量過小時，泵容易產生熱能堆積，徑向、軸向推力增加，渦流和凈吸水揚程不足等現象，導致的壓力和振動會對泵的軸承、軸封和轉軸等造成損害。流體溫度的增加也會降低泵的壽命，對運轉產生影響。要防止這些因低流量造成的負面影響，應提供一個最小的流量限制。

7 系統的穩定性

水系統的平衡在空調系統中早己是一個凸顯的問題，在定流量系統中，可以通過阻力計算、設計平衡閥、現場平衡調試等方法解決系統的水力平衡問題。但變流量系統中，因為系統各末端的流量是不斷變化的，當系統中某個末端二通閥開度調節變流量時，對其他末端的流量也會產生影響，使之隨之發生改變，偏離末端要求流量。因此變流量系統水力平衡又面臨新的挑戰。在末端支路流量調節時，會引起其他支路的流量變化，各支路的流量偏離設計值，系統產生水力失調。因此，在變流量系統中系統的水力平衡是一個很關鍵的問題。

8 結束語

總之，變流量空調系統的特性分析與應用探討乃至變流量空調技術的發展，是與控制技術和水泵變頻技術的發展是緊密相聯的，可以說變流量技術是隨著變頻技術的出現才逐漸發展起來的，當今變頻技術己經高度發展，變頻技術各行各業中得到了廣泛的研究和應用。因此人們開始把變流量技術的熱點轉移到了主機變流量的可行性研究、變頻水泵的控制方式研究、以及變流量系統的節能效益研究等。

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