空调变流量水系统水泵变频运行效率分析

1、相关资料表明，中央空调的能耗约占建筑物总能耗的65以上，而且呈逐年上涨的趋势 。通常，办公楼、高层旅馆等空调用水泵的耗电量约占总空调系统耗电量的巧l5 20 。水泵变频调节可以有效的降低能耗，因此得到学者们的广泛关注。目前，在空调水系统变流量运行调节研究方面取得了许多研究成果 4J，水泵变频调节有较好的节能效益。但人们往往只强调在水泵工作台数不变的情况下的控制方式和运行工况分析，很少关注水泵变频运行时水泵效率的变化。为了便于调节，通常空调水系统的输送是由若干台型号和能力相同的水泵并联工作，为了达到相同的供水压力及流量，可以有不同的组合方案，即可以采用数量较多水泵在较低频率下并联运行，也可采用数

2、量较少的水泵在较高频率下并联运行，均能满足空调系统运行要求。但不同的组合运行方式水泵的运行效率是不同的。因此，在控制系统水泵变频运行的同时，还应考虑在适当的工况点调整运行水泵的数量，使水泵始终保证在高效率区域运行，从而达到真正节能的目的。1 最不利环路末端定压差控制原理和运行工况分析变流量系统的控制方式有定压差控制和定温差控制。Et前，水泵频率控制一般采用定压差控制方式，在定压差控制方式中，压差传感器的布置位置是水泵变频控制的关键。一般传感器设置有两种方式，一种是设置在供回水总管处；另一种是设置在系统最不利环路末端设备供回水支管处。这两种布置方式的节能效果是不同的，后者的节能效果远远优于前者。

3、11 最不利环路末端定压差控制原理各支路末端的二通调节阀根据末端所处理的空气温度(室内温度的变化调节其开度，从而导致系统压差发生变化。布置在末端上的压差传感器将采集到的压差信号传给变频控制装置，变频控制装置根据所得的压差信号，控制变频器的输出信号，改变水泵的运行频率，从而改变系统的水流量，保证测压点之间维持一定的恒压差，以满足系统正常运行所需的最小压差值。当控制点压差小于设定值时，水泵增频调节，从而增加水泵扬程和流量；相反，当控制点压差值大于设定值时降频，水泵降频调节，从而降低水泵扬程和流量。如图I所示：I2 最不利环路末端定压差控制方式下水泵运行工况分析如图2所示，sl为末端设备及连接支路(

4、图I中AB段的综合管路阻力系数；S2为其余管路(图中BCA段的综合阻力系数；S为系统总综合阻力系数；S=S1+s2。日1为末端定压差控制的压差设定值；A点为系统最大负荷设计工况下水泵的运行工况点。在最大负荷时AB段的特征曲线为s1曲线，BCA段的特性曲线为s2曲线。当用户端负荷减小时，末端二通阀开度减小，使系统的总流量由Q变为Q 。AB段的综合阻力系数由s1增大到s 。因此，AB段的压差增大，变频器变频控制水泵转速由n变为n ，减少系统水流量，使末端压差重新回到日。但是无论末端怎么调节，BCA段的综合阻力系数s2是恒定的。在图2中，过Q 的垂线与BA段管网特征曲线s2曲线交于A 点，A 点即为

5、水泵变频运行时水泵的运行工况点。因而，s 就为系统在A 工况点工作时的总综合阻力系数，s2曲线即为水泵变频运行的控制曲线。在定压差控制中，由于末端恒压差，系统的可变压差减少，水泵的工作压力比理想的要高，频率比理想的要大，因此不能简单的认为水泵变频时功率的变化与流量变化的3次方成正比。区域OH，A就是由于恒压差控制所产生的能耗损失，恒定压差越小，系统的能耗损失越小。因此我们在空调系统变流量设计时应近可能设定较小的恒压差值。这也就是为什么末端压差控制比供回水总管压差控制节能的原因。但是，也不是说恒压差值越小就越好，因为当设定的恒压值比较小时(比如仅为末端二通阀的压降，当流量变化时，压差传感器两侧的

6、压差变化也就较小，控制精度和控制能力降低，就会影响控制的效果。反之，恒定压差越大，控制精度、调节性能越好。2 变频水泵并联运行特征分析及变频水泵相似工况点分析2I 变频水泵并联运行特征分析图3是变频水泵并联运行性能曲线图。图中曲线I、2,3分别是型号相同的单台泵、两台泵并联及三台泵并联在转数为n时的流量一扬程性能曲线，曲线1 、2 、3 分别是相应的单台泵、两台泵并联及3台泵并联在转数为n 时的流量一扬程性能曲线。孙叩 曲线分别为单台水泵转速为n、n时的流量一效率性能曲线。如图3所示，并联运行的水泵向系统提供的扬程相等，流量为各台水泵在工作状态点流量之和。由于所有并联运行的水泵性能参数及运行工

7、作点相同，其运行效率也相同，因此，只要知道其中一台水泵的运行效率，就可以得到并联泵组的整体运行效率。2.II变频水泵相似工况分析水泵变频运行时，其相似工况点应满足以下关系：因此得其相似工况曲线方程为：而这恰好与管网综合阻力系数为S的管网阻力特征曲线相重合。即：在管网阻力系数S不变时，水泵变频时不同频率的运行工况点互为相似相似工况点。但是在末端定压差控制系统中，系统的阻力系数S是变化的，因此我们也不能简单的认为水泵变频后的工况点与设计工况点为相似工况点。如图4所示分别单台水泵在转速为时的流量一扬程性能曲38线，叩为水泵转速为时的效率曲线。A、B、C点是水系统综合管路水力特征曲线与水泵不同频率特性

8、曲线的交点。水泵变频运行时相似工况曲线为H=SQ ，即A、B、C3点互为相似工况点。又因水泵在相似工况时其效率是相等的，所以相似工况曲线上各点的效率相等。为泵在转速为时的效率曲线。3 水泵变频运行时的效率分析根据图2分析可知，在最不利环路末端定压差控制中，水泵的运行工况点一直在系统的控制曲线s2上。由于系统是由若干台相同的水泵并联供水的，为了使水泵的运行工况点落在控制曲线s2上，可以有不同的组合方案。即可以采用数量较多水泵在较低频率下并联运行，也可采用数量较少的水泵在较高频率下并联运行，均能满足系统要求。但在不同的组合运行方式下，水泵的运行效率是不同的，我们的目标是希望水泵始终都在高效率区运行。通常，在进行空调系统设计时，往往取水泵效率最高点作为设计负荷时的运行工况点。然而，在末端定压差控制空调水系统的实际运行过程中，空调系统负荷的变化导致系统水流量的变化，因此水泵的运行效率也是随着变化的。图5为两台变频水泵并联运行的效率分析图，假如我们认为当水泵运行效率大于叩0时为高效率，而低于珈时为低效率。则区域COD为单台泵运行的高效率的区域，AOB为两台并联水泵运行的高效率区域。当