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一次泵系统冷水机组变流量控制方案
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  • 发布时间:2022-12-20 11:18:02

由来:冷热线上、中国建筑设计研究所

版权归创作者全部

前言

普遍的中央空调二次泵水系统软件(其二次泵选用调速控制方法)及一次泵水系统软件各自如下图1a,b所显示。

一般水系统中冷水机组按定流量方法运行。伴随着空调负荷的降低,负荷侧的需水量也降低,当冷水机组的运行数量不会改变时,超出用户侧要求一部分的水量,在一次泵系统软件中,根据图1b中的旁通阀调节阀门从供水管道流至回水管;在二次泵系统软件中,则是根据调整次级线圈泵的转速比来达到负荷侧的要求。与此同时,初中级泵总水量空出次级线圈泵总水量一部分由平衡管流回。

基础理论上说,如果把次级线圈泵撤销,将图1b的一次泵系统软件立即改成水泵变流量运行,毫无疑问比二次泵系统软件更加环保节能,并且系统软件也会越来越较为简单,这样做是否可行?引起了很多同行业的思考。

当冷水机组侧为定流量运行时, 一般凉水温度差控制在5~6℃,这时相当于空调蒸发器管教内的水流速在2.4~2.8 m/s中间,冷水机组的效果和水泵的耗输出功率都做到较好值。针对冷水机组变水量运行的规定,现阶段很多冷水机组生产商并没明确提出太多的质疑,有的生产厂家材料还得出了冷凝器和冷却器的水流速能够在1.07~3.66m/s中间转变的数据信息。

当供电环境温度小于5.6℃时,空调蒸发器内水流速最低点为1 .45m/s,相当于最少流量在额定值流量的28%~40%中间。为了安全起见,规定运行时冷水机组的流量不可低于其最少流量,为此一般的行为是在发电机组凉水进、出水口口中间设压力差控制器,当流量减少、压力差减少到整定值时,冷水机组全自动关机。一般国内离心冷水机组的压力差整定值为10kPa,按空调蒸发器总摩擦阻力在50~100kPa 中间转变来测算,相匹配于10kPa整定值时的最少流量应在额定值流量的31.6 %~44.7%中间转变。

因而,冷水机组运行时,规定的流量低限务必高过压力差维护所相应的最少流量,不然不了维护功效,也有可能发生部分冷冻。从应用上看来,空调蒸发器流量太大或过小全是不合理的。过会对管路导致冲洗腐蚀,过小会使热传导管中流动变为洁净台而危害冷水机组特性并有很有可能提升积垢速率。

总的来说,将冷水机组的低限流量列入其额定值流量的50%~60%是有一定原因的。虽然低限流量越小,水泵的运行耗能越小,但安全是主要考量的要素且系统软件综合能耗也可能并不完全这般(与冷水机组的种类乃至不同的厂商知名品牌等原因相关)。

在冷水机组的运行过程中, 其制冷量应达到上式:

在一般的空调水系统中,冷水机组全是定流量运行的。

即式(1)中G是一定的,c为常量,因而冷水机组的制冷量只与水温度差相关,因此离心、螺杆式压缩机和吸收式热泵冷水机组才可以设计方案成稳定的出水量环境温度以调整制冷量。定速离心脱水机关键选用引流叶子调整,蒸气或开水吸收式热泵发电机组则依据负载的变动调整热煤流量,调速离心脱水机在负载变动的整个过程中与此同时调整制冷压缩机转速比与引流叶子(分不一样的地区选用不一样的方法),直燃机则是由燃烧机跟踪静电发生器环境温度,与此同时调整水溶液泵转速使溶液的循坏量自始至终随负载转变,后二者的特性全是在负载转变过程中调整2个主要参数(或机器设备),目地是因为降低耗能。总的来看,以上冷水机组的一个相同特点是:依据负荷侧需冷量的转变,维持出水量环境温度不会改变,调整容积。

从空调水系统自身看来,因为大部分翅片换热器具备离散系统隔热特点,促使当供水量降低时凉水温度差一般并非稳定一致的。因而,如果要冷水机组处在变流量工作状况下运行,出入发电机组的水温度差和水流量都将产生变化。这时候, 务必依据即时的温度差和流量来测算即时的制冷量要求以控制冷水机组空调制冷量。

假如或是依照前述的定流量方法根据发电机组出水量环境温度来调整制冷量,将与具体要求没法相匹配,因此有很有可能造成空调制冷量控制的不稳定。

另外一个要注意的问题是变流量冷水机组运行时其水冷却器的制冷。一般水冷却器的出入口温度为30~45℃,一般选用凉水开展制冷。当负载降低时, 针对发电机组定流量运行而言, 水冷却器的降温是有保障的(水量稳定);但如果发电机组选用变流量方法运行,则需要向生产商明确提出确保水冷却器制冷水量的规定,由于无论制冷量尺寸,水冷却器的热值大部分转变并不大。其功制冷水量没法确保时,水冷却器应选用制冷剂散热的方法。

1、一次泵系统软件中冷水机组变流量控制计划方案

1 .1 负荷侧的制冷量与流量特点

翅片换热器制冷量一般根据电动两通阀全自动控制。

当新风机组在定排风量方法下运行时,伴随着需冷量的降低,电动两通阀将全自动调小,进而降低穿过的水量,但与此同时翅片换热器水温度差将增加。当新风机组空气处理机组运行时,一般前一半由排风环境温度控制电动两通阀,根据室内温度控制尾端设备的风速来实现对离心风机总送排风量的控制;当供风量降到最低值时(后程),则由送风(或室内温度)立即控制电动两通阀。在项目中,也是有一些并没有设定尾端设备的变风量系统软件,其控制方法通常是前一半由室内温度立即控制风机风量,后程与定排风量系统软件同样。针对盘管风机来讲,其两通电动调节阀一般选用位式控制方式,开启时为设计方案流量,关掉时流量为零。在一个大工程中,很有可能有以上多种多样空调风系统软件方式共存,其对水系统总制冷量与流量特点的整体功效大概有3种状况,如下图2所显示。图2中曲线图1体现新风机组所有选用定排风量方法运行的状况,曲线图3体现多种多样风系统共存且定排风量系统软件占较小占比的状况,曲线图2表明制冷量与水流量呈线性相关。

在图1b系统中,假设冷水泵能够开展调速运行,冷水机组与冷水泵一一对应设定,冷水机组与冷水泵的运行数量控制也一一对应,那样针对环保节能而言是有益的。可是,假如特性曲线不一样,选用的控制方法不一样,系统的直接影响是完全不同的。

1 .2

制冷量与水流量特点为曲线图1时,冷水机组和水泵数量的控制假设选用总供电流量Gz来控制冷水机组的运行数量。以3台泵为例子,一般以总流量的1/3,2/3做为数量变换的流量点,即:33%Gz,66%Gz,考虑到控制的残留区(主要是避免机器设备在该点经常姿势)为8%Gz,则各变换点的姿势低限为:25%Gz,58 %Gz 。

因而,明确数量控制的方法为:

a)提升流量(运行数量提升)的过程中,

066%Gz时,3台发电机组运行

b)降低流量(运行数量降低)的过程中,

G>58%Gz 时,3台发电机组运行25%Gz以上全过程如下图3所显示。

可是,从图2可以看出,当流量降低至58%Gz时,系统软件的需冷量远高于2台冷水机组的额定值制冷量(66 %Gz),假如这时候终止1台发电机组运行会导致制冷量不够,其结果是供电温度升高,翅片换热器制冷功能降低,必然要求开大与翅片换热器相互连接的电动两通阀,进而导致用户侧水系统压力差降低而规定提升已经运行的2台冷水泵的转速比。这时候变成了一个提升流量全过程,当这2台泵流量超出额定值流量(因为电动两通阀的持续放大,系统软件摩擦阻力降到设计值下是充分很有可能的)时,系统总流量已超出66%Gz,这时必须运行第3台发电机组,这时候刚停止运营的发电机组又重启,反复的起停显而易见不益于机器设备好的工作且非常容易危害设施的折旧年限。

这时候务必依据制冷量来控制机器设备的运行数量。

当流量降低至58%Gz时, 因为用户侧的需冷量远高于2台冷水机组的额定值制冷量,因而冷水机组不能停止运行。与此同时,因为流量已降到冷水机组的低限流量值,故这时水泵不适合再减少转速比,因此这时候冷水机组只有定流量运行,并且应根据压差旁通阀使不必要的水流量旁通阀,直至用户侧的需冷量降低至58%时(图2中相应的用户侧的供电总流量为33%Gz,这时水泵的总流量依然为58 %Gz),才终止1台发电机组及对应的水泵。以后,慢慢关掉压差旁通阀以促使用户侧供电总流量做到33%Gz的规定。全过程如下图3所显示。

1 .3

制冷量与流量特点为曲线图3时,冷水机组和水泵数量的控制由图2得知,当用户侧的需冷量降低至58%时,用户侧必须的流量大概为73%Gz,超过2台泵的额定值供水量。假如这时候用制冷量来做为发电机组数量控制的根据, 则终止1台设备和相对的水泵后,会造成总供水量不够。虽然翅片换热器所配的电动两通阀会放大,规定提升供电流量,但这时已经运行的2台水泵流量早已做到额定电流,电动两通阀的放大只能使系统水摩擦阻力减少而造成水泵的工作部位向低水泵扬程、大流量方位挪动(偏移),比较严重时将会导致水泵电机过载而发生事故。

因而,与曲线图1的情形反过来,这时候应选用流量来控制运行数量。不过当操作系统必须的流量降到58%Gz时(图2中,这时相匹配的系统软件需冷量为45 %),才可以终止1台设备和相对应水泵的运行。2台向1台转换过程依此类推。

针对曲线图2的状况,因为制冷量与流量的影响呈线形特点,因而不管用制冷量或是流量方法来控制机器设备的运行数量全是行得通的。

1 .4 水泵的转速比控制

前边已述,水泵的起停数量与冷水机组一一对应。针对水泵的转速比,一般的基本思路是依据用户侧水道的压力差根据变频调速器来实现调整。从理论上讲,水泵流量的变动与工作频率的变动呈线性相关,但在评测中发觉,因为水泵出入口逆止阀的功效,在低流量时,二者并不是线性相关,反而是随頻率的减少愈来愈往下弯折,尤其是低转速比时此点更加突显。变频调速器的较大工作频率一般不宜超出额定频率10%(55Hz),最少工作频率则与冷水机组的种类和水系统软件的需求相关,即便同一冷水机组在不一样运用场地时其流量调整低限都是不一样的。在这篇文章中,流量的变动范畴为50%Gz~100%Gz,此范围之内流量与工作频率的转变大部分呈线性相关,因而流量降至50%Gz时,相匹配的水泵变频器频率类似为25Hz 。与此同时,变频调速器在低负荷时的高效率将降低,也不适合无限制地扩张工作频率转变范畴,只需能达到流量调整的变动范畴就可以。

水泵转速比调整一般选用压力差控制。假设一部分负荷为qi,相对应负荷下整年运行时长百分比为ti。以中国某省夏季空调分布规律(见表1)并结合图2中的曲线图1,2,3来进行分析。

针对曲线图1,流量转变到下限制值50%Gz~60%Gz时, 制冷量转变至额定电流的75%~80%。由表1可计算,水泵低负荷运行的总时长占比为35.3 %~21.4 %,流量调整低限越大和曲线图1 越往上凸,这个时间占比就会越小,因此产生的水泵调速总体节能环保实际效果是有局限的。因而,在这里情况下,是不是选用水泵调速控制计划方案应开展较完整的工程经济较为。或许选用凉水大温度差供、智能回水计划方案是一个比较好的点击(也应开展工程经济较为)。如果是曲线图2,流量低限为50%Gz~60%Gz时,制冷量也转变至额定电流的50%~60%,由表1可计算低负荷运行的总时长占比为70.8%~55.4%,环保节能效果明显高过前面一种。针对曲线图3,流量低限为50%Gz~60%Gz时,制冷量已小于额定电压的50%~60%,由表1可计算低负荷运行的总时长超过了70%,是环保节能效果最好的。

在图2中,3台冷水机组在运行过程中,假如流量已降为50%Gz~60%Gz,当负载再次下降时,就不能再调整水量。流量调整的低限数据信号传出后,冷水机组由变流量运行转化成定流量运行,务必终止选用用户侧供、智能回水压力差来控制水泵调速的方法,而改成压力差控制供、回水管中间的旁通阀电动两通阀,与此同时修复选用冷水机组出水量环境温度开展容积控制的对策。因而,设计方案选用初中级泵调速控制时,压力差旁通阀电动调节阀是必不可少的。

1 .5 供电环境温度控制

以上控制并没有牵涉到冷水机组的给水环境温度控制。针对一次泵系统软件来讲,当冷水机组选用变流量计划方案时,不太可能像定流量运行那般维持供电环境温度不会改变来控制空调制冷量,由于因为变流量运行,其供电环境温度都是不断变化的。相匹配于某一个制冷量,是更改供电环境温度或是更改流量及其在变流量过程中供电环境温度怎么转变才可以融入要求,是此节要谈论的难题。

在冷水机组变流量运行时,其供电温度感应器不会再起控制缓冲作用,它的主要用途是检测水的温度并根据设置水的温度的上、低限对冷水机组起互锁维护功效。

以离心冷水机组为例子,一般设定供电温度低限维护:当设置供水热度为7℃时,其低限水的温度一般为4℃;当供电环境温度设置为5℃时,其低限水的温度一般为2℃。一旦供电环境温度降到低限环境温度时,冷水机组可能全自动关机以避免发电机组内水流速较缓的地区结冻,也便是冷水机组不可以在很低的供电环境温度下运行的缘故(蓄冰系统软件以外)。自然,除开低限水的温度维护外,冷水机组也还有其他的全自动维护的作用,如:

汽压或油压差过低、电机线圈温度过高、电机过载、滚动轴承温度过高、凉水或冷却循环水掉线、冷凝压力和挥发工作压力之差过低(有一些发电机组)或冷凝压力太高或挥发工作压力过低、油温过高等。

针对非24小时持续应用的空调机组(如为公司办公室服务项目)而言,夜里或节假日日发电机组终止运行后,系统软件内凉水环境温度会升高(停机时间很长时有可能会上升到与周围的环境温度相同);白天通常会在上班前开机,将系统内的冷水温度逐渐降低至负荷侧所需的温度,在这个降温过程中,通常并不需要冷水机组全部投入运行,而是通过负荷预测方式来确定其运行台数。做法是:上班初次开机时,1台初级泵(及相应的冷水机组)全速运转,压差旁通阀正常工作,待系统内的水温降至设定值的高、低限之内时,再让水泵作变流量运行,这时有以下4种情况。

1 .5 .1 供水温度达到高限而负荷侧的电动两通阀并没有全开

这种情况说明负荷侧的冷量供应是足够的,供水温度低于或供水流量高于实际需求。由于供水温度已达到高限,不可能再提高,因此此时应采用的方法是降低水泵的转速,减小供水量。尽管由此也会带来供水温度的下降,但最终会达到一个平衡状态———供水量低于额定流量且供水温度在高、低限范围内,既节能又有利于冷水机组的运行。

1 .5 .2 供水温度达到高限而负荷侧的电动两通阀已经全开

这种情况说明负荷侧的冷量供应不足。由于水阀已经全开,说明水泵流量已经达到额定流量(全速运转),因此产生供冷量不足的原因是供水温度过高。解决的方法是增大冷水机组的制冷量,使水温降低以满足负荷侧的冷量需求。

1 .5 .3 供水温度降至低限而负荷侧的电动两通阀并没有全开

这种情况说明冷水机组的供冷量是足够的。从分析上看,可以通过两个办法来解决。一是降低水泵的转速,减少供水流量;二是调节并减少冷水机组的制冷量,提高供水温度。从节能角度看,这两种办法各有利弊,前者因降低水泵转速而节能,但冷水机组处于低供水温度而使制冷效率下降;后者虽提高了冷水机组的效率,但水泵的运行能耗比前者大。从实际运行来看,采用前者且对冷水机组的容量不进行调节时,流量的下降必定导致供水温度的进一步下降,这显然是不能接受的(供水温度已经降至低限), 因此,采用后者显然更为合理。当然,如果经过详细的计算后认为保持冷水机组最低限供水温度的同时降低水泵流量的方式更有利于节能的话,则也可以在降低水泵转速的同时调节冷水机组的制冷量,或者为了安全起见,先适当调节制冷量以使水温有所上升并保持(比如高于低限水温1~2℃)的同时调节水泵流量。

1 .5 .4 供水温度降至低限而负荷侧的电动两通阀已经全开

这种情况表明此时负荷侧冷量不足的原因不是冷水机组的供冷量不足(此时冷水机组处于部分负荷运行状态)而是冷水流量不足,因此应提高水泵的转速,加大流量。尽管流量加大的同时水温会提高,但这是可以通过冷水机组的容量调节来解决的,最后会达到一个供应与需求的平衡点。如果水泵已经全速运转且水温已达到额定值而负荷侧的电动两通阀仍然处于全开状态,则下一步必须再投入1台冷水机组。

2 、结语

一次泵系统冷水机组变流量运行控制方案的分析,是基于目前绝大部分实际工程中空调机组采用表冷器且采用电动两通阀来进行温度自动控制的现状,空调风系统形式、表冷器的特性以及控制阀的类型和特点与上述分析是密切相关的。

分析表冷器特性和系统特性是最基础的工作,由此才可能得出不同的台数控制方案。就图1b系统而言,通常的做法是:通过用户侧的供、回水压差来控制水泵的转速,通过用户侧的需冷量来调节冷水机组的制冷量或运行台数,使供水温度保持在设定的高、低限范围内,当供水温度超出这一范围时,对冷水机组的制冷量进行再调节或根据供水温度(而不是供、回水压差)对水泵进行再调节。

当流量降至额定值的50%~60%时,不能继续降低流量,因此流量信号将使冷水机组由变流量运行变为定流量运行,同时用户侧供、回水的压差控制由对水泵的转速控制改为对旁通电动阀的控制,单机制冷量调节由用户侧需冷量控制改为出水温度控制。

以上的控制应采用功能完善的DDC控制系统,同时DDC系统还必须与冷水机组自带的微机控制系统进行必要的联网(数据通讯和控制),相互应协调一致,才能完成上述各种运行工况的转换及相应的控制需求。