空調傳輸泵變頻運行安全區間分析

傅志寶

(廈門新區建筑設計院有限公司福建廈門361000)

空調傳輸泵變頻運行安全區間分析

傅志寶

(廈門新區建筑設計院有限公司福建廈門361000)

簡要分析空調傳輸泵變頻使用節能意義，利用簡化分析方法，分析空調系統水力工況分布變化，建立簡易方程式，推導變頻相對較合適安全運行區間，指導變頻器在空調傳輸泵中的合理應用。

傳輸泵;變頻器;簡化分析法;并聯;最不利末端;安全運行區間

0 引言

隨著科學技術的發展，變頻器已越來越多地在空調系統中使用，特別是在空調傳輸泵等設備的使用中更為常見［1］。水泵功率變化與轉速比的三次方成正比，當頻率下降至原有的80％時，功率為原有功率的51.2％，節能率為48.8％;當頻率下降至原有的50％時，功率為原有功率的12.5％，節能率為87.5％;從以上數據可以看出，當頻率降低時，功率快速降低，節能效果相當明顯［2］。

空調傳輸泵一般包括了冷凍水泵及冷卻水泵，本文將通過工程具體實例，分析冷凍水泵及冷卻水泵變頻使用工況，簡化分析并建立簡易方程式，對變頻區間進行分析把控。

1 冷凍水泵的變頻應用分析

1．1系統管網特性分析

某工程空調冷凍水系統阻力分項值，如表1所示。

表1 某工程空調冷凍水系統阻力分項值kPa

依據表1，由于末端設備會在達到設定溫度值時，關閉二通閥，或者在溫度值高于設定值時，打開二通閥。所以整個系統的阻力變化情況相對復雜，要對整個系統阻力進行定量分析會非常困難。本文提出一種大膽假設思路，用于實際工程的簡化計算，以下簡稱為F分析法。也就是拋開整個系統的總阻力變化，只需保障最不利末端所需的壓力需求，所有的末端均為并聯關系，如最不利末端壓力滿足了，其余各個末端壓力也可以滿足。假定除末端設備及其閥門管件等部分有變化之外，其余系統中設備、閥門管件等部分均保持不變。

圖1為簡化之后的空調冷凍水系統圖，水泵指的可能是一組泵，而不單是一臺泵，冷水機組也可能是一組的冷水機組，在系統出水管與回水管之間設置壓差旁通閥，所有末端與壓差旁通形成并聯關系，各個末端之間也是并聯關系。圖1中最遠處的設備為最不利末端設備，那么保障了最不利的末端設備所需的壓力，就能滿足所有末端設備的所需壓力。

當系統負荷降低時，系統流量變小時，即末端需求總量變小時，如考慮各個閥門開關動作，系統變量太多，應簡化分析變量。假設所有系統中除末端設備的閥門有開關之外，其余閥門及其他管件均未變化。在此理想情況下，制冷機房總阻力、水平管道總阻力、立管總阻力、閥門總阻力等阻力變化與流量變化相關，將這4個部分設備定義為系統管網管段，且系統中所有閥門的開度保持不變。根據管網阻力特性，流體的壓力損失與管道阻力特性系數及流量間基本關系見式(1)［3］。

圖1 簡化后空調冷凍水系統圖

ΔP——管網管段的壓力降，Pa;

Q——管網的水流量，m3/h;

S——管網特性阻力系數，Pa/(m3/h)2;

根據F分析法，在理想狀態下，制冷機房、水平管道、立管、閥門等4項的總管網特性保持不變;根據公式(1)，部分負荷時除末端之外的所有壓力降ΔPB計算如式(2)。

ΔPB——部分負荷時管網管段的壓力降，Pa;

ΔP滿——滿負荷時管網管段的壓力降，Pa;

QB——部分負荷時管網的水流量，m3/h;

Q滿——滿負荷時管網的水流量，m3/h;

所以系統在部分負荷時，總阻力計算如式(3)。

PB——部分負荷時系統總阻力，Pa;

ΔPB——部分負荷時管網管段的壓力降，Pa;

PSB——最不利末端設備壓力降，Pa。

1.2 水泵變頻特性分析

根據水泵變頻時，其水力特性及其運行曲線在不同頻率時基本保持平行相似關系，所以在水泵保持相同效率時，其變頻(部分負荷時)揚程HB計算如式(4)。

HB——變頻后水泵揚程，Pa;

H滿——滿負荷時水泵揚程，Pa;

QB——變頻后水泵的水流量，m3/h;

Q滿——滿負荷時水泵的水流量，m3/h;

由于水泵流量與水泵頻率成正比關系，所以，

HB——變頻后水泵揚程，Pa;

H滿——滿負荷時水泵揚程，Pa;

fB——變頻后水泵的頻率，Hz;

f滿——滿負荷時水泵的頻率，Hz。

1.3 建立簡易方程式

根據F分析法，利用簡化后的系統管網特性及水泵變頻水力特性，將fB/f滿=QB/Q滿設置為變量X，根據公式(3)及公式(5)則可以得出以下關系:

ΔP滿——滿負荷時管網管段的壓力降，kPa;

H滿——滿負荷時水泵揚程，kPa;

70kPa為最不利設備最大水壓降，其額定工況下的水壓降本文視為最大水壓降;

代入各個已知項得70+X2·240=X2·341

解得X=0.832

從公式(6)可以看出，系統通過F分析法分析之后，在理想狀態下，系統變頻可以達到的最低值，與最不利末端的壓降有很大的關系，最不利末端所需的壓降降低時，整個系統變頻運行時最低流量亦會降低，所以當頻率變化至83.2％即41.6Hz時，水泵揚程可以滿足系統需求。當頻率低于41.6Hz時，流量能滿足系統負荷變化，但是水泵揚程卻滿足不了系統運行的需求，此時水泵流量會變小，揚程提高，工況點左移。當流量與設計揚程背離較多時，其效率低下，甚至出現電機拖動不了的現象，電機溫度急劇升高，嚴重時可致電機燒毀。所以在實際變頻運行過程中，應著重分析水泵流量、水泵揚程變化值哪個為最不利變化值。為保障系統安全運行，首先保障最不利值在安全區間內運行，之后才能考慮系統的節能運行，而不應一味地追求節能，而忽視了系統的安全可靠。

2 冷卻水泵的變頻應用分析

2.1 開式冷卻塔工況

表2為某一工程空調冷卻水系統阻力分項值。

表2 某一工程空調冷卻水系統阻力分項值(冷卻塔為開式冷卻塔)kPa

依據表2，同樣利用F分析法分析，將制冷機房、系統管道、閥門等設備及管件均定義為系統管道，所有系統中的閥門開度均保持不變，如此僅冷卻塔塔體損失與流量不相關之外，其余制冷機房總阻力、管道總阻力、閥門總阻力等阻力變化則可與流量變化相關。同樣利用F分析法，利用簡化后的系統管網特性及水泵變頻特性，可以得出冷卻水泵變頻使用時，建立計算公式如式(7)。

Analysis of the security interval about the transmission Pump frequency conversion in HVAC

FU Zhibao
(Xiamen New District Architectural Design Institute Co．，Ltd，Xiamen 36100)

This article briefly analysis of transmission pump frequency conversion which used for energy saving in air conditioning，Analyzing the distribution of air conditioning system hydraulic conditions by using simplified analysis method，established simply equation，to deduce the relatively safe operation range of the frequency conversion to direct the reasonable application of the transmission pump frequency converter in air conditioning．

Transfer pump;VFD;Simplify the analysis;Parallel;The most unfavorable terminal;The safe operation of the interval

TU83

:A

:1004－6135(2017)01－0083－03

傅志寶(1980．3－)，男，高級工程師。

E-mail:13950076557@139．com

2016－07－29