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暖通空调HV&AC2004年第34卷第4期·65·技术交流一次泵系统冷水机组变流量控制方案☆※中国建筑设计研究院 黄文厚 李娥飞 潘云钢摘要 介绍了一次泵空调水系统在冷水机组采用变水量运行过程中可能出现的问题。根据对负荷侧(表冷器)冷量和流量特性的分析,给出不同冷水机组台数组合时的控制方案和其他环节的控制策略。关键词 压差控制 供水温度控制 台数控制 变流量控制VWVcontrolstrategiesofchillersinprimarypumpsystems★ByHuangWenhou,LiEfeiandPanYungangAbstractPointsoutsomepossibleissuesinVWVoperationofchillersofairconditioningwatersystemwithprimarypump.Basedontheanalysisofcoolingcapacityandwaterflowatloadside(surfacecooler),providescontrolstrategiesforcombinedchillerswithdifferentnumberandotherlinks.Keywordspressuredifferencecontrol,supplywatertemperaturecontrol,unitnumbercontrol,VWVcontrol★ChinaArchitectureDesign&ResearchGroup,Beijing,China0① 引言供水管流至回水管;在二次泵系统中,则是通过调常见的空调二次泵水系统(其二次泵采用变速节次级泵的转速来满足负荷侧的需求,同时,初级控制方式)及一次泵水系统分别如图1a,b所示。泵总水量多出次级泵总水量部分由平衡管流回。通常水系统中冷水机组按定流量方式运行。随着理论上说,如果把次级泵取消,将图1b的一次泵系空调负荷的减少,负荷侧的需水量也减少,当冷水统直接改为水泵变流量运行,肯定比二次泵系统更机组的运行台数不变时,超过用户侧需求部分的水为节能,同时系统也会变得较为简单,这样做是否可行?引发了许多同行的思索。当冷水机组侧为定流量运行时,通常冷水温差控制在5～6℃,此时相当于蒸发器管束内的水流速在2.4～2.8m/s之间,冷水机组的效率和水泵的耗功率都达到较佳值。对于冷水机组变水量运行的要求,目前许多冷水机组生产厂家并没有提出太多的异议,有的厂家资料还给出了蒸发器和冷凝器的水流速可以在1.07～3.66m/s之间变化的数据。当供水温度低于5.6℃时,蒸发器内水流速最①☆黄文厚,男,1937年11月生,大学,教授级高级工程师图1 空调水系统图※100044北京市西城区车公庄大街19号(010)68343882量,在一次泵系统中,通过图1b中的旁通调节阀从收稿日期:20020209修回日期:20040220©1995-2004TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved. ·66·技术交流 暖通空调HV&AC2004年第34卷第4期 低值为1.45m/s,相当于最小流量在额定流量的都将发生变化。这时,必须根据实时的温差和流量28%～40%之间。为了安全起见,要求运行时冷来计算实时的冷量需求以控制冷水机组制冷量。水机组的流量不得小于其最小流量,因此通常的做如果还是按照前述的定流量方式通过机组出水温法是在机组冷水进、出水管口之间设压差控制器,度来调节供冷量,将与实际需求无法对应,甚至有当流量减小、压差降低到整定值时,冷水机组自动可能导致制冷量控制的不稳定。停机。通常国产离心式冷水机组的压差整定值为另外一个要注意的问题是变流量冷水机组运10kPa,按蒸发器总阻力在50～100kPa之间变化行时其油冷却器的冷却。一般油冷却器的出口油来计算,对应于10kPa整定值时的最小流量应在温为30～45℃,通常采用冷水进行冷却。当负荷额定流量的31.6%～44.7%之间变化。因此,冷减少时,对于机组定流量运行来说,油冷却器的冷水机组运行时,要求的流量下限必须高于压差保护却是有保证的(水量恒定);但如果机组采用变流量所对应的最小流量,否则不起保护作用,还有可能方式运行,则必须向制造厂商提出保证油冷却器冷出现局部冰冻。从使用上来看,蒸发器流量过大或却水量的要求,因为不论供冷量大小,油冷却器的过小都是不合理的。过大会对管道造成冲刷侵蚀,发热量基本上变化不大。当其冷却水量无法保证过小会使传热管内流态变成层流而影响冷水机组时,油冷却器应采用冷媒冷却的方式。性能并有可能增加结垢速度。1 一次泵系统中冷水机组变流量控制方案综上所述,将冷水机组的下限流量定为其额定1.1负荷侧的冷量与流量特性流量的50%～60%是有一定道理的。尽管下限流表冷器供冷量通常通过电动两通阀自动控制。量越小,水泵的运行能耗越小,但安全是首要考虑的当空气处理机组在定风量方式下运行时,随着需冷量的减少,电动两通阀将自动关小,从而减少流过因素且系统综合能耗也可能并不完全如此(与冷水的水量,但同时表冷器水温差将加大。当空气处理机组的类型甚至不同的厂家品牌等因素有关)。机组变风量运行时,通常前半程由送风温度控制电在冷水机组的运行过程中,其供冷量应满足下式:动两通阀,通过室温控制末端装置的风量来达到对Q=cΔtG(1)风机总送风量的控制;当送风量降至下限时(后半式中 Q为制冷量;c为比热容;Δt为水温差;G程),则由回风(或室温)直接控制电动两通阀。在为流量。工程中,也有一些没有设置末端装置的变风量系在通常的空调水系统中,冷水机组都是定流量统,其控制方式通常是前半程由室温直接控制风机运行的。即式(1)中G是一定的,c为常数,因此冷风量,后半程与定风量系统相同。对于风机盘管而水机组的供冷量只与水温差有关,所以离心式、螺杆言,其两通电动阀通常采用位式控制模式,打开时式和吸收式冷水机组才能设计成固定的出水温度以为设计流量,关闭时流量为零。在一个大工程中,调节供冷量。定速离心机主要采用导流叶片调节,可能有上述多种空调风系统形式并存,其对水系统蒸汽或热水吸收式机组则根据负荷的变化调节热媒总冷量与流量特性的综合作用大致有3种情况,如流量,变速离心机在负荷变化的全过程中同时调节图2所示。图2中曲线1反映空气处理机组全部压缩机转速与导流叶片(分不同的区域采用不同的方式),直燃机则是由燃烧器追踪高压发生器温度,同时调节溶液泵转速使溶液的循环量始终随负荷变化,后两者的特点都是在负荷变化过程中调节两个参数(或设备),目的都是为了减少能耗。总的来看,上述冷水机组的一个共同特点是:根据负荷侧需冷量的变化,保持出水温度不变,调节容量。从空调水系统本身来看,由于大多数表冷器具有非线性热工特性,使得当供水量减少时冷水温差通常并不是固定不变的。因此,如果要冷水机组处图2 空调水系统特性于变流量工况下运行,进出机组的水温差和水流量©1995-2004TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved. 暖通空调HV&AC2004年第34卷第4期 技术交流·67·采用定风量方式运行的情况,曲线3反映多种风系下是完全可能的)时,系统总流量已超过66%Gz,统并存且定风量系统占较小比例的情况,曲线2表此时需要启动第3台机组,这时刚停运的机组又重示冷量与水流量呈线性关系。新启动,频繁的启停显然不利于设备稳定的工作且在图1b系统中,假定冷水泵可以进行变速运容易影响设备的使用寿命。行,冷水机组与冷水泵一一对应设置,冷水机组与这时必须根据冷量来控制设备的运行台数。冷水泵的运行台数控制也一一对应,那么对于节能当流量下降至58%Gz时,由于用户侧的需冷量远来说是有利的。但是,如果特性曲线不同,采用的大于2台冷水机组的额定供冷量,因此冷水机组不控制方式不同,对系统的影响是完全不同的。能停止运行。同时,由于流量已降至冷水机组的下1.2冷量与水流量特性为曲线1时,冷水机组和限流量值,故此时水泵不宜再降低转速,因而这时水泵台数的控制冷水机组只能定流量运行,同时应通过压差旁通阀假定采用总供水流量Gz来控制冷水机组的运使多余的水流量旁通,直到用户侧的需冷量下降至行台数。以3台泵为例,通常以总流量的1/3,2/358%时(图2中对应的用户侧的供水总流量为作为台数转换的流量点,即:33%Gz,66%Gz,考虑33%Gz,此时水泵的总流量仍然为58%Gz),才停控制的滞留区(主要是防止设备在该点频繁动作)为止1台机组及相应的水泵。之后,逐渐关闭压差旁8%Gz,则各转换点的动作下限为:25%Gz,58%Gz。通阀以使得用户侧供水总流量达到33%Gz的要因此,确定台数控制的方式为:a)增加流量(运行台求。整个过程如图3所示。数增加)的过程中,0泵台数的控制66%Gz时,3台机组运行。b)减少流量(运行台数减由图2可知,当用户侧的需冷量减少至58%少)的过程中,G>58%Gz时,3台机组运行;25%Gz时,用户侧需要的流量大约为73%Gz,大于2台泵
