一次泵变流量水系统模拟和存在问题

一次泵变流量水系统模拟和存在问题分析摘要：通过一次泵变流量水系统的模拟分析，得到了水泵变流量情况下的节能率与部分负荷率和水泵相对于冷水机组功耗的关系，分析了水侧变流量运行对冷水机组制冷性能的影响，并给出了不考虑这一因素对于一次泵系统变流量节能分析所引起的偏差，指出研究和掌握冷水机组变流量下的制冷性能对于一次泵变流量系统的设计是至关重要的。对于工程改造中出现的一些带有普遍性的问题进行了分析。关键字：一次泵系统变流量水系统节能0引言空调冷冻水和冷却水经常在大流量、小温差下运行。根据日本的经验，VWV与VAV并列，是空调中仅次于全热交换技术的节能措施。随着近年来电力电子技术的发展和变频器性价比的不断提高，交流电机变频调速技术的应用越来越广，一次泵变流量水系统的研究因此也得到了一定的重视[1]-[3]，但在研究中也存在这定性的结论多，定量的研究和计算办法少，可操作性较差的问题，因而影响了其在实际中的广泛使用。虽然冷冻水和冷却水的变流量运行对冷冻水泵和冷却水泵的节能运行有利，但变流量运行对于冷水机组的制冷性能可能有一定影响，制冷机的制冷效率(COP)可能有一定程度的下降。因此，要保证在冷水机组安全的前提条件下实现节能运行，就要求冷冻水流量和冷却水流量的变化有一定的限制，并满足某种匹配关系。由于目前生产厂家一般没有提供在不同的冷冻水出水温度和冷却水进水温度下，冷水机组制冷量、输入功率随冷冻水流量和冷却水流量变化的完整数据，因此关于一次泵变流量水系统的研究和设计受到了一定的影响；反过来，由于定量研究较少，也使得生产厂家没有积极性进行相关数据的测试。相信一次泵变流量水系统研究的进一步深入，对于提高冷水机组在部分负荷工况下及变流量情形下的能效比的研究和节能技术的推广将起到推动作用,从而形成空调水系统和制冷主机节能研究及其应用的良性互动。1水侧变流量对冷水机组性能的影响在传统的空调水系统设计中，通过冷水机组的冷冻水和冷却水的流量基本保持不变。认为只有维持定流量，才能确保盘管的换热效果，流量减小时，在换热盘管表面可能会出现层流状态，降低换热效果；同时，流量过小时，蒸发器还会出现冻结的危险，当流速小于一定值时，水中若含有腐蚀性物质，会对盘管造成腐蚀。随着控制技术的发展，冷水机组的控制系统越来越先进。目前，不同类型的冷水机组均能实现冷量的自动调节。冷水机组能量调节功能的进步使得其水侧变流量设计成为可能，同时也凸显水泵应改变以不变应万变之策，而应以变应变。事实上，目前，多数冷水机组允许蒸发器流量在额定流量的50％～100％以内变化。当蒸发器采用变流量运行时，其流量随着用户负荷的变化而变化，当用户负荷变小时，蒸发器的冷冻水流量变小，冷水机组的控制系统根据实际需冷量减小制冷剂流量，导致蒸发器盘管内制冷剂流速偏离了最佳流速值，冷水机组制冷系统的整体性能降低。衡量蒸发器变流量运行能否节能的标准不单是冷冻水泵运行时节能多少，而还应考虑蒸发器变流量运行造成冷水机组COP值下降而损失的能耗，再考虑变流量运行的负荷时间频度。由于控制技术的进步，控制系统可以保证压缩机始终在高效区运转，使得冷水机组蒸发器变流量时的性能不会下降很多。冷水机组蒸发器变流量对其制冷性能的影响程度与压缩机类型和制冷剂变流量的方式有关。文献3从热力学角度对此进行了分析，认为即使冷冻水流量减至60％，冷水机组的COP的下降幅度也不超过10%。冷却水进出口温差变大时，虽然可以减小冷却水泵的运行费用，然而，为了保证冷凝器内的热交换，冷凝温度必然要高于冷却水的出口温度，并且冷凝温度与冷却水出口温度也要求有一低限。所以，要想加大冷却水的进出口温差，就必须提高冷却水出口温度（通常冷却水进口温度基本上是定值），这又将引起冷凝温度的增加，降低了冷水机组的COP值。与蒸发器变流量相比，冷凝器变流量运行对冷凝温度的影响较大，故导致冷水机组COP的变化较大，在给冷却水泵安装变频器时，应详细分析冷却水变流量对冷水机组性能的影响，确定方案的可行性。2一次泵变流量系统节能模拟分析现将在部分负荷情况下变流量与定流量两种情形的系统（冷水机组和水泵）能耗进行比较，设定流量情形冷水机组和水泵的输入功率分别为和，变流量情形为和，对于冷水机组和水泵组成的系统而言，水泵变流量的节能率为（1）变流量与定流量两种情形下的制冷量应相等（），因此，两种情形下冷水机组的输入功率与能效比（EER）的关系为（2）因此，节能率为（3）在部分负荷情况下，由于环境温度和工况的改变，冷水机组的输入功率与名义工况下的输入功率相差较大，且关系较为复杂；而EER虽有改变，但变化幅度较小，一般不超过15%[4]。设EER随部分负荷率η（=Q/Q0）的变化为线性变化（4）林这献里没EER润0驳为名义工鸣况下的能斤效比，待校定系数洽与部分负桥荷率和机彼型有关，饲如不考虑牢部分负荷约情况下能副效比的变波化，则取笋。饭据能买效比的定剩义，有羽，扯仰（干5灭）嫩创由慎(4脱)闸、汤(5始)音式，可将的部分负荷摇情况下冷楼水机组的到输入功率卷用名义工妈况下的输丘入功率笔和部分负特荷蚊率穿η向来表示：（6）招将汁（幸6域）式代入忠（疏3亦）式，得（7）嘴对于葛闭式系统缘，水泵的共等效率曲土线与管路咳特性曲线串重合，在透一定的调蛛速范围内微，符合相棋似定律，（8）驶式中辈稻和分别为嘱定流量和遍变流量情俩形下的水酸流量。覆在名册义工况下轰，歇有己命（等9峡）绳式中狱为名义工闷况下的温需差，若采羊用等温差拣控制，则云有免钳员（既1贸0诞）戴因此窑，射松（张1疮1解）之将搭（慧8完）、窗（串1捞1毁）式代入均（饥7陷）式，得雕扰（秀1亮2茫）农上式男中最后一配项是由于踏考虑了变屯流量运行香对于冷水爬机组性能洋的影响而洁带来的。钞变流量情川形下，冷校水机组的窑能效比将摧比定流量冒情形下的剩能效比略环有下降，撤目前这方博面实验数遭据较少。汗为便于从吵理论上分州析一次泵凤变流量情货形下的节负能与流量仆变化的关漫系，本文炉分别模拟墓以下两种维情况：流失量变为额酬定流量耀的听60屈%五时，冷水星机组搁的绣EE滴R恐变为定流幻量款时谈EE秋R举的堵5叔%馆和句10修%浩，牌且坑EE赴R展与相对流笔量呈线性驶关系。这铸里为方便创起见，不拣妨称之加为殊“别5验%旦影响曲证线破”猾和宪“沸10挤%居影响曲康线泪”萌，见摊图被1锋。缝对王于狐“筛5莲%倾影响曲幼线钓”疼和泽“坡10辰%鹿影响曲珠线樱”把，分别有杰鞋（坝1伤3鲁）应(14吴)拒为便纤于分析一摩次泵变流稿量情形下户的节能与漆部分负荷砖率话η尘和水泵相诵对主机的绑功耗雷的关系，拨这里，假饭设且[4]咬(15北)搬图打2鼠凑“央5秤%睁影响曲斗线艰”蛋下的节能站率乔戚块图们3搏柳“碧5树%贴影响曲剧线激”鼓下的节能君率（相对侦功率喷为寿15桥%昂）吐第嫌（相对功鱼率皆为朋25犹%双）白图遇4蓬共“雁10沸%站影响曲崇线轿”罩下的节能阿率移嘱近图求5堤仿“妄10戒%扎影响曲全线寄”袋下的节能启率（相对雕功率戏为疲15禾%躬）旗躺好（相对功船率乘为物25基%稀）携猾图送2钟和略图决3衰分别给出况了水泵相必对主机的公电功枣率携单为澡15府%吊和户25背%笑情况下卡，特“奖5深%洲影响曲阔线扮”诸下的节能但率与部分钩负荷率（祝流量变化炸）的关系算；凡图蛛4绞和壳图弱5挨则分别给借出了对应衬于胆“段10狠%台影响曲圆线守”贤下的节能混率。从图听中可以看窜出变流量汽对于冷水软机组制冷焦性能的负阔面影响可老能在相当衬程度上抵公消水泵的阴调速节能击，特别是拦当水泵相晒对主机的劣电功率比搅较小时。俯当水泵相自对主机的撞电功率小爪于逮15脚%拳时，不考穗虑对主机矿影响的节堡能率计算绍（三次方福定律）较减考辣虑最“庸5廉%窃影响曲身线单”你时要高会估菠50盟%斗以上，较架考怀虑零“宵10弊%经影响曲摄线怖”芳时更要高拼估嘉100卧%由以上。即塑使对于水川泵相对主涉机的电功汁率较大的故情形，也仍应该正确菊评估变流矮量对主机验制冷性能距的影响，榜否则，有幕可能做出霞错误的判颈断。因此草，研究和架掌握冷水土机组变流扒量下的制东冷性能对沈于一次泵芒变流量系消统的设计庸是至关重君要的。粘3街腾工程中存焦在问题分拆析红一些狗变频器生奶产厂家和绣自动化技角术公司，重在推动变希频调速技溜术应用于泄空调水系暑统中，经现常走在暖烘通空调专盒业人员的估前面，大泛部分后期宴工程改造嗽（变频调久速系统的刺添置）往脉往由自动咳控制专业徒人员所主扶导。目前封已有若干哗空调用户株，特别是乔饭店，被郊推荐在空晋调冷冻水馋系统和冷叛却水系统帝中采用变吗频泵。但喘由于集中细空调系统简有着不同爆于一般流秆体输配系世统的特点呼，在工程夸改造和节叶能核算中糠也存在一虏些问题。壤有的干工程由于掌设计或施轿工方面的耻原因，水岔环路压力颈本来就不孔平衡。而局在进行变车频调速方赏案可行性葛论证时，苏有时仅仅扯关注供回畏水总管上资的温差和附系统的运仁行时间，消而没有关尸心水环路驳压力是否宜平衡。水毙环路压力罗不平衡所胀造成的水蜘力（热力勺）佩失调，在蕉额定的大汉流量情况该下，有的傍环路温差拌大，大多赌数环路温纸差小，供宵回水总管再或分集水理器上的温该差还是较猛小，问题驰被掩盖了俘；但在小旧流量情形负，就暴露紧了出来，林结果在水挖泵调速运巴行时，最习不利环路航上的空调致区域往往钓达不到要师求，流量局偏小（就杰是管理人劲员常常说窄的压力不锹够）。这卵就是许多魔空调变频三调速装置膛形同虚设结的一个主往要原因。亦如何驱进行变频太调速系统棚控制，对职于运行的架节能效果灵影响很大妹。目前，箱大多数情满形采用的傲是压差控陈制和温差投控制。压阶差控制反军应快，传捕感器成本雷低，但也离有缺点：茫恒压差控柔制，起不粪到节能的啄效果，如似采用变压渣差控制，艘压差与流筑量的变化丛关系需试抬验确定，升且一般起期码要对最详不利环路轿进行控制捕，布线较辉长，如是态后期改造粗则要影响笔外观效果腥，不受业赌主欢迎；昏温差控制艺布线简单诵，只要将捉传感器布册置在供回灯水总管或拜分集水器侧上即可，径但其响应帅滞后，同讲样成本下安，温度传宵感器精度壶较低，且束在原来系播统水环路阁压力不平月衡的情况部下，控制能效果不好选。两种方撒法各有利拘弊赠[5]派。摩几乎砍所有节能葱核算办法悔均没有考截虑到冷水赴机组水侧诚变流量运荣行对于刻其览CO腿P能的影响，炼大多数核摊算办法只链是简单地次（也许有地商业方面恒的考虑）车将变频泵秤电流与工策频泵电流帝进行比较葡，并计及近变频泵地捉运行时间吊，而得出退节能地效凶果（目前夫大多数变伙频调速采熔用殃“做一变多感定敲”些方案），美没有考虑给到水泵机汪组在部分惜调速运行则时，变频怪泵电流下步降，而工懒频泵电流袖可能会有舌所上升。4结论遣一次摸泵变流量域水系统是役空调节能怎设计的重乎要方法，修但其设计处或改造，鲁需要事前宜对系统进晓行细致的磁测试和调阴研，或需粱要生产厂做家提供冷娇水机组制环冷量、输罚入功率随摔冷冻水流更量和冷却让水流量变脆化的完整栽数据。随绿着对于一鸦次泵变流哲量水系统仇研究的进板一步深入平，可以推神广奋PL帮C梁（可编程偿控制器）恼与变频器晌组成一调袋速控制系纤统，充分郑考虑到冷真水机组水巨侧变流量隐运行对于糕其制冷性绵能的影响姜，实现冷倒水机组和焰水泵的一唱体化控制乐。参考文献扩扇孙[1]棉肿哈特撑曼蛛.肥言冷水机利射用变流量愉冷冻水的爪若干设计习问锤题唯.挥邀暖通空交调鉴.19淋9伐7傍（趁3弯）午:29婆-3如3语附痕[2]充Bahn勉flet液hW,耗Pey猴erE胞.Co闻mpar夺ativ炸ean员alys野iso嚷fva办riab莲lea卷ndc锻onst俭ant秋prim概ary-篮fl