空调冷冻水系统现状分析

《空调冷冻水系统现状分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

·234·2014年第1期2014年2月SichuanBuildingMaterials第40卷总第177期DOI:10.3969/j.issn.1672-4011.2014.01.108空调冷冻水系统现状分析蒋志祥,涂鹤馨(中国建筑西南设计研究院有限公司,四川成都610041)摘要:空调能耗是建筑能耗的重要组成部分,而空一式一次泵系统(如图1)及集管式一次泵系统(如图2)。调水系统水泵的输送能耗又占空调能耗的比重较大,因而一对一式一次泵系统水泵与冷水机组单独配管,一台冷水在设计过程中选择合适的水系统输送方式,对建筑节能意机组对应一台水泵;集管式一次泵系统,水泵先并联后再义重大。本文介绍了设计中常见的几种空调水系统输配形与冷水机组串联,每台冷水机组装有自动隔断阀,当该冷式及它们的优缺点,并分析其合理的应用场合。水机组停机时,自动隔断阀关闭该通路。集管式系统相比关键词:一次泵;二次泵;水系统;变流量;节能一对一系统有两个显著优点:+中图分类号:TU831．36文献标志码:B1)只要控制自动隔断阀的开启速度,流经冷水机组的文章编号:1672-4011(2014)01-0234-03流量就可由零缓慢增加,这就可以缓解由于负荷侧流量变化,导致已开启冷水机组流量剧烈变化的现象。而一对一0前言式系统由于水泵与冷水机组串联,在负荷增大时增开一台冷水机组,需要使水泵的出口压力逐渐增大,直到水泵出随着经济的高速发展,人民生活水平日益提高,对生口压力大于截止阀开启的背压力时通路才开通,否则截止活环境的舒适性要求也日益提高,包括原有建筑和新建建阀都不会被打开,一旦通路连通,冷冻水迅速通过这台新筑都大量使用空调系统,特别是许多公共建筑大量使用集开启的冷水机组,从而导致其他正在运行的冷水机组的流中空调系统,空调系统的使用在为人类提供舒适的工作、量突然急剧减小,导致经过蒸发器的流量急剧下降,从而生活环境的同时,也带来建筑能耗的增加。有资料显示,引起冷水机组的非正常关机,甚至会出现蒸发器结冰、管建筑能耗占全社会总能耗的比例将近1/3,而空调能耗占建[1]道破坏及设备停止运行,造成冷水机组的COP值低于额定筑能耗的50%~60%,其中空调水系统输送能耗占空调[5][2]值。能耗的15%~20%。并且随着系统规模的扩大,水系统输2)系统运行过程中水泵运行的台数无需与冷水机组的送能耗所占的比例也将不断扩大。而且空调系统通常是按台数一致,可以用两台泵驱动三台制冷机组。这样当系统照满足最不利室内外情况设计的,按照满负荷去设计空调系处于部分负荷运行时,能保证供回水之间维持较高的温差。统,而真正运行时,处于设计负荷50%以下的时间超出空调[3]另外当负荷增大时,为保证系统运行的供回水温差,可以时间的70%,也就是说大部分时间处于部分负荷运行。运行三台水泵驱动两台满负荷运行的冷水机组,这样能提由此可见空调系统存在能耗较大,部分负荷运行时间[6]高冷水机组的运行效率从而节能。较长的特点。在部分负荷运行时,系统末端所需的水量就小于设计流量,因此根据负荷侧需求量的变化调整冷水机冷源侧负荷侧供水组的输出,并且相应的改变水泵的流量,就能显著的减少空调系统的能耗。与发达国家相比,我国水泵输送能耗显电动两通阀冷冷冷著偏大,有资料显示:我国空调系统水泵输送耗能指标为水水水压机机机差AAA59~143W/kW,而日本水泵输送耗能指标为28．6W/组组组旁HHH通UUU[4]kW,由此可见,我国空调水输配系统节能潜力还是相当阀一次泵巨大。因此如何优化空调水输配系统,减少水泵运行能耗对建筑节能有着极其重大的意义。回水合理的设计空调水系统输配形式并选用合适的水泵产图1一对一式一次泵系统品,既能保证系统长期正常、稳定的运行,也为管理维护冷源侧负荷侧提供方便,并且能减少系统生命周期内的运行、维护费用,供水节约建筑能耗。现常见的空调水系统输配形式多为一次泵冷冷冷水水水系统、二次泵系统和多次泵系统。机机机电动两通阀组组组压差AAA1一次泵系统旁HHH通UUU阀一次泵系统按冷水机组与水泵的连接方式可分为一对一次泵回水作者简介:蒋志祥(1985-),男,助理工程师,硕士,主要从事民用建筑暖通空调设计工作。图2集管式一次泵系统 2014年第1期·235·第40卷总第177期SichuanBuildingMaterials2014年2月一次泵系统按一次泵流量是否可调分为一次泵定流量一次泵负责制备冷冻水,二次泵负责输送冷冻水,三次泵系统和一次泵变流量系统。一次泵定流量系统是国内空调负责负荷侧分配冷冻水。各个环路间水力特性相对独立,[7]设计中经常采用的形式,其特点为通过冷水机组蒸发器特别是负荷侧各环路不存在最不利环路,这种系统的水力[9]的水流量保持不变,因此蒸发器不存在结冻的危险,系统稳定性好。三次泵可以根据负荷变化调整转速,改变该运行稳定。当负荷侧冷负荷减少时,系统末端通过调节阀环路的水流量,旁通管的设置避免了负荷变化时对其他环调节末端的水流量,而冷水机组的流量保持不变,一部分路的影响,其中一次泵、二次泵的扬程之和等于一次泵系水由旁通管直接返回到冷水机组。由此可知,虽然负荷侧统一次泵的扬程,因此三次泵系统比一次泵系统节能。流量随负荷的增减而变化,但是一次泵的流量是不随负荷而变化的。这是一种末端变流量,水泵定流量的系统。一冷源侧负荷侧次泵变流量系统是指随着负荷侧负荷的变化,冷水机组的供水流量随之而改变,从而减少一次泵的运行能耗。一次泵变电动两通阀冷冷冷压流量系统首要解决的是冷水机组及配套控制器的特性。随水水水差二次泵机机机旁AAA着科技的进步,一方面控制技术逐渐成熟,另一方面冷水组组组通HHHUUU阀机组的性能逐步提高,利用控制手段使蒸发器在水量变化一次泵时(大于冷水机组正常工作的最小流量)也能正常工作,即回水冷水机组也可适应一定的流量变化。笔者参考多家空调厂家的样本发现,螺杆机的最小流量一般为额定流量的50%图3二次泵系统~60%,离心机的最小流量为额定流量的25%~35%,而冷源侧负荷侧对溴化锂吸收式机组,只要出水温度在0℃以上就不会出供水现结冻的危险,因而其允许的最小流量更小。流经蒸发器二次泵的水量的变化必然导致冷水机组出水温度的波动,从而引三次泵发机组运行不稳定等现象。因此冷水机组流量允许变化范冷冷冷压电动两通阀水水水围是冷水机组性能的一项重要指标。允许范围越大,冷水机机机差旁A组组组A机组应对负荷变化的调节能力越强,节能效果越好。为使通HH阀UU流经各冷水机组的水流量不至低于冷水机组允许的最小流一次泵量,应设置旁通管,当负荷很小、负荷侧流量小于冷水机回水组允许的最小流量时,控制系统让冷水机组以其正常工作允许的最小流量运行,多余的水量由旁通管返回冷水机组。图4三次泵系统在该系统中一般旁通管设置在靠近水泵的一端,这样供水二次泵系统的节能效果是通过控制手段调节水泵与冷管的水量和扬程较小,从而减少水泵的能耗,另外,这样水机组的出力来实现的,常见控制手段包括一次泵的控制也可以减少控制系统的投入。和二次泵的控制。2二次泵系统2．1一次泵的控制工程中常见的一次泵多为定速泵,因而对一次泵的控传统的二次泵系统如图3所示,系统在冷源侧和负荷制通常为台数控制,通过负荷侧水流量的变化计算出系统侧分别设置水泵,冷源侧为一次泵,它与冷水机组及旁通所需要的冷量,以此为依据来开启相应的冷水机组及一次管组成一次环路;负荷侧为二次泵,它与末端设备、旁通泵的台数来适应负荷变化的需要。如前所述,现在冷水机管组成二次环路,即传统二次泵系统由旁通管将整个系统组也可适应一定的流量变化,因此可根据负荷的变化调整分成循环水制备和循环水输送两部分。一次环路负责制备冷水机组的出力,同时调整一次泵的转速来适应流量的变冷冻水,二次环路负责将冷冻水输送到末端用户,一次泵化,此即为一次泵的转速控制。与二次泵负责提供两个环路的循环动力,由于负荷侧各个2．2二次泵的控制环路大小不一,阻力相差较大,二次泵可以按照各自对应二次泵的控制包括以下三种形式:的环路选择适宜的水泵,比起传统的系统按照最不利环路1)台数控制。在二次泵均为定速泵的情况下,当负荷选择水泵相比,能节约系统的输送能耗。末端负荷减小时发生变化时,通过调整二次泵的开启台数来控制负荷侧的流经负荷侧的水流量减小,二次泵的运行频率可根据负荷水流量,以适应负荷的变化。其中台数控制根据其控制参侧的需求进行调整,用水泵的变频来调整负荷侧的水流量,数分为压差控制和流量控制。压差控制为:当负荷减小时,可以部分取代调节阀的作用,这样就能减小水泵的输送能水泵只是起粗调作用,而旁通管起主要调节作用,当旁通耗。在冷源侧和负荷侧设置旁通管,当冷源侧的循环水量管的流量增加,旁通阀全开,压差超过压差的设定值时,与负荷侧的循环水量有差异时,多余的水量通过旁通管,停开一台水泵;相反当负荷增大,压差旁通阀全关,压差以此来平衡一次环路与二次环路的差异。小于压差设定值时,增开一台水泵以匹配负荷的变化。流三次泵系统如图4所示,与二次泵系统相比只是扩展量控制为:在负荷侧装有流量传感器,当负荷侧流量发生了旁通管的作用,从原理上讲还是二次泵系统。该系统将变化时与水泵的设计流量比较,计算需要运行的水泵台数冷冻水分割成三个环路:冷冻水的制备、输送和分配环路。[8]以匹配用户负荷的需求。从水泵的设置来看,三次泵系统为分布式加压泵系统, ·236·2014年第1期2014年2月SichuanBuildingMaterials第40卷总第177期2)转速控制。现在采用的变频泵技术是通过改变水泵因而加大了设备机房的面积,而业主一般不愿意机电设备电机的输入频率来改变水泵的转速,从而改变水泵的流量占用过多的面积。和扬程。二次泵运用变频泵,当负荷变化时,二次泵改变4一次泵系统与二次泵系统选用场合转速,匹配负荷侧所需要的水流量。多台泵并联的二次泵系统有两种形式,一种采用定频泵与变频泵并联输出的形空调冷冻水系统采用何种形式,要通过技术经济比较式,即为联合控制方式;另一种形式为多台二次泵均为变之后决定:频泵,这种方式控制精度高,多台泵之间相互独立,干扰1)负荷侧水温要求一致,且各区域管路压差相差不大[10]小,在工程中被广泛采用。的中小型工程,可采用负荷侧变流量,冷源侧定流量的一3)联合控制。二次泵采用多台定频泵与一台变频泵并次泵系统形式。联的形式,在负荷变化时控制定频泵启动台数的时候,也2)当负荷侧各区域管路压差相差较大,应在冷源侧和控制变频泵的转速。其控制精度差,因为定频泵与变频泵负荷侧分别设置一次泵和二次泵,其中二次泵采用变频泵扬程差异较大,并联运行时水量变化较小,甚至变频泵的的二次泵系统。特别是当负荷侧各二次环路之间压差相差流量为0。研究发现二次泵系统多台水泵并联运行时,采用悬殊时,应采用各区域分设变频三次泵的三次泵系统。联合控制较好的方案是并联两种不同型号的水泵,对其中3)当系统较大,节能潜力相对较大的空调水系统,可扬程较高的水泵(可以是多台)变频,这样系统运行安全、采用一次泵与二次泵均变频的二次泵系统。[11]稳定、可靠。4)当负荷侧各环路要求水温相差悬殊时,可采用增设换热设备,一次泵与二次泵均变频的二次泵系统。3一次泵系统与二次泵系统的比较另外,选用何种冷冻水系统形式,一定需要良好的技1)一次泵系统特点:①结构形式相对简单,相比二次术支持:泵系统减少了管线、阀门、水泵和控制器的投入,初期投1)负荷计算要准确,不能靠估算,因为这直接影响到资相对较少。但若采用一次泵变频,则需增加变频装置及各用户环路的流量和阻力。旁通阀的费用,因而节约的投入也被部分抵消;②由于二2)水泵及冷水机组的选型要合理,不能人为的放大,次泵的取消,节约了大量的安装空间,故而设备机房占地且注意各设备之间的匹配以保证系统正常稳定的运行。较小,这在建筑物机房空间受限的情形下有较大优势;③3)控制设备要运行稳定可靠,这对后期的运行维护关运行维护方面也相对简单。当负荷变化时,通过旁通管的系重大。作用调节负荷侧的流量与负荷匹配,空调运行工况稳定;[ID:000898]④一次泵定流量系统只解决了负荷侧水量需求变化的问题,参考文献:由于一次泵流量不变,因而无法节省冷冻水泵的耗能。而一次泵变频相比二次泵变频节能效果更加显著,但它存在[1]李培.二次泵变流量技术在工程中的应用[J].建筑节能,旁通控制相对复杂,以及启停冷水机组操作相对复杂的问2007,35(7):16.题。[2]柴慧娟.高层建筑空调设计[M].北京:中国建筑工业出版社,2)二次泵系统特点:①二次泵系统一次环路保证冷水1995.[3]李苏垅,朱孟标,张国强,张仕诚.中央空调水系统改造中的几机组蒸发器在其正常工作允许的最小流量下工作,二次环个问题[J].自动化博览,2003,21(5):53-55.路根据用户负荷的变化调整负荷侧的水量,采用台数控制[4]薛志峰.既有建筑节能诊断与改造[M].北京:中国建筑工业出或转速控制能大大节省二次泵的能耗,并且当一次泵也采版社,2007.用变频时,其节能效果更显著;②冷水机组并联运行,该[5]孟丽,吴少朋.一次泵变流量系统在空调系统中的应用[J].洁系统对机组的构造、类型、大小要求相对简单,当在使用净与空调技术,2005,12(4):57-60.过程中系统需要扩建,其优势就显现出来了;③二次环路[6]AveryG.ImprovingtheefficiencyofchilledwaterPlants[J].ASHRAE-之间相对独立,相互之间的影响较小,因而可以非常方便Journal,2001,43(5).地增加二次环路,对系统的影响也不大;④一次泵负责一[7]胡曙铃.一次泵系统技术分析及应用[J].建筑热能通风空调,次环路的阻力,二次泵负责二次环路的阻力,两个环路的2002,21(4).管道压力较小,水泵扬程也没有一次泵系统水泵的扬程那[8]江亿.用变速泵和变速风机代替调节用风阀水阀[J].暖通空么大,因而两个环路中的设备所承受的压力都相对较小,调,1997,27(2).[9]秦绪忠,江亿.供热空调水系统的稳定性分析[J].暖通空调,所以管路出现漏水等现象的情况也较少;⑤二次泵系统水1998,28(3).泵台数相比一次泵系统要多,系统中水泵的总装机功率要[10]黄章星.变频一二次泵设计问题四则[J].暖通空调,2007,37大于一次泵系统,因而初期投入要比一次泵系统要大;⑥(7).环路增加,系统运行过程要比一次泵系统复杂,要求较高[11]董宝春,刘传聚,杨伟.变流量水系统优化运行的探讨[J].暖的自控水平,同时对运行维护人员的技术水平要求也较高,通空调,2007,37(1).因而增加了初期投入的费用;⑦二次泵系统水泵的台数比一次泵系统要多,而且控制设备也要占用一部分机房空间,