中央空调一次泵变流量节能研究

摘要： 本文分析了中央空调的一次泵变流量系统的工作原理和控制方法以及这些控制方法对于节能的影响。

关键词：中央空调；一节泵变；流量；节能

据相关数据统计，世界上的石油煤炭等化石燃料最多还能维持人类发展三四十年的时间，随着时代的快速发展，人类所消耗的能源也日益增多，因此世界上各个国家对于节能也越来越重视。我国是能源大国，但人均起来却是能源小国，政府对于节能当然也十分重视，尤其是对于电机系统的节能更将其看作是重中之中。随着中央空调系统在各大商场、写字楼等大型建筑群的应用，空调运营巨额的能源开销，使得节能问题也日益受到物业管理、业主和开发商的重视。中央空调的节能办法有很多，其中最重要的是一次泵变流量系统的节能。

一次泵变流量系统的英文缩写是VPF，它是在几年前被提出来的。近几年在DDC技术不断地发展并且冷冻机组技术不断提高的同时，一次泵变技术也慢慢应用到空调的设计中。尽管如此在实际应用中存在的问题还是有很多，如对水系统控制得不好等。现在对于以下中央空调一次泵变流量系统节能问题进行简单地讨论。

首先简单回顾一下我国中央空调水系统的发展历程，它主要分成6个阶段。第一个阶段是一次泵系统的开放式的定转带时期，第二个阶段是一次泵系统采用了三通阀的定转速变流量的方法，第三个阶段是负荷侧一次泵系统采用了二通阀的定转速变流量的方法，第四个阶段是定流量的一次泵或者说是台数得到控制的变流量二次泵系统，第五个阶段是定流量的一次泵或者说变频得到控制的变流量二次泵系统，第六个阶段是变流量的一次泵系统。这些阶段的更替也都是随着我国空调技术的不断发展形成的，当然其中很多的理念和思路也都是从外国引进并加以消化吸收，最终形成我们自己的新技术。

一次泵变流量系统和传统的系统相比有着四大优势，第一，它可以节省中央空调冷冻水系统的前期投资费用。这是由于一次泵变流量系统相对二次泵变系统来说取消了相关配件，比如阀门、电力输配线、控制箱和减振器等，但是它还需要购进变频调驱动器，这是它另外的开销，但总的来说可以节省一些费用。第二，它还可以使中央空调系统的水泵组电机的电力需求减少。这是由于它取消了二次泵变系统的相关配件，在实际运行中它的阴力也减少很多，另外它是大流量高扬程的水泵，在效率方面也会高出很多。第三，它节省了冷冻机房的占用空间。这是由于它取消了二泵组，使得整个占用空间变小。第四，它可以减少水泵组全年的电能消耗。这主要是由于一次泵变系统是根据其负荷情况而变频运行的，除此之外，一次泵变系统满负载时的电力需求比二次系统也要低，因此全年的电能消耗总量会降低。当然它也有自身的缺点，在旁能控制上它做得不够好，为了保证冷水组对于流量的需求，中央空调一次泵变流量水系统需要为系统设置一个旁通阀和旁能管路，旁通阀的控制主要是根据压力的大小和流量的相关参数进行的，其控制元件存在着滞后性和准确性的问题。因此运行一段时间后要对其进行校正，其设定值也必须根据系统实际运行的情况决定相关参数，尽管如此有时还是不能满足自负荷流量的突然变化时要求，需要人工去解决这些问题，这在系统运行时是非常坏的情况。其次，它在运行时需要管理者有很强的管理水平。它的系统控制比较复杂，很多参数在实际运行时要不断地调整，也就是说它的控制不是特定的而是模糊的。最后，它的冷水机组各级的启动和停止控制比较复杂因而比较容易出现故障，对它的控制操作应该要具有针对性，从而更好地保护冷水机组。

下面对一次泵流量系统的组成部分简单地分析。首先是冷冻机组，它在运行时的COP值可能会出现下降，其原因主要有两点，第一点是一次泵变流量减少时会导致蒸发器的传热系数减少。这是由于一次泵变运行时的流量会随来自用户的负荷大小而变化，如果用户的负荷变小，那么蒸发器的冷冻水的流量也会因此而减小，这就使得蒸发器盘管内的制冷剂流速偏离最佳的流速，所以蒸发器的传热系数会减少。第二是如果供回水温不变，流量的减少也会使得蒸发的温度降低。根据相关资料显示，当一次水泵的流量为其最佳流量的3/5时，它的蒸发温度下降1度左右。但是总的来说，这对COP和蒸发温度的影响还不是很大，从机组运行的安全性来说，为了防止蒸发器结冰或者冷冻机组的COP值下降过大，冷冻水的流量减少量不要太大，控制在40%以内比较好。其次是分析一下水泵，水泵在变频的时候不满足水泵的相似定律 ，因此可以说它在变频前后的效率不是一样的。从实际情况来说，同一型号的水泵最高效率只在某一特定的转速下出现，在其它的时候效率均不能达到最高水平。当变频器对异步电动机进行驱动时，电机的电流量就会比工频供电时有所提高，增幅在5%左右，当电机以低速运行时，它的冷却风扇的风量也会减少，这也会导致电机的温度过高，间接影响电机组的安全运行。最后来分析一下中央空调一次泵变系统的变频器。当变频器的负载率不超过30%时，其效率在96%左右，但是如果超过30%，那么它的效率就会曲线下降，但是不会低于90%。从上面的分析可以发现水泵转速的调节范围要稳定。一般情况下水泵转速不能低于额定转速的60%，80%～100%之间最好。如果水泵转速低于它额定转速的40%时，它的效率会明显下降从而使节能效果也受到影响。

下面研究一下水泵变流量的控制方式对于水泵运行节能的影响。根据上面的分析可以看出，要想实现节能就必须确定合理的水泵控制方式，即选择对于水泵来说合理的控制信号。在目前情况下，共有三种选择方式，第一种是对于供回水干管的温差恒定的控制，第二种是如何控制好供回水干管压管的压差，第三种是在管路最不利情况下如何使环路的转头压差保持恒定。温差的控制原理是：温度传感器置于回水的干管之上以检测水的温度，在供回水干管之间还得设置一根压差的旁能管，这是为了解决冷热源侧和用户侧温度不一致的情况。当负荷下降的时候，供回水干管的温差也会随之下降，系统了将通过控制温差使水泵减速运行而减少水流量，使得温差控制在合理范围之内。当负荷增加时，那么就让水泵加速运行，温差也会得到合理的控制。压差的控制方式有两种，包括末端压差控制和干管压管控制，但是这两种控制方式的原理是一样的。即将压差传感器放在最不利支利上，如果用户侧负荷减小那会最不利支路上的压差就会增大，系统就会通过压差控制使水泵以较低的速度运行，使得压差控制也被控制在合理的范围之内。温差控制和压差控制从原理上讲可以控制水泵的转速，因而对于节能很有帮助。但是实际情可能会更复杂，用户侧负荷不按照同一种规律变化时就很容易出现管网水力失衡的问题，如建筑中有歌舞厅和餐厅的时候，这些用户在负荷中就占有主导地位，但是其它的小用户在不断改变，那么系统的供回水温也不会太大而使供水量不变，如果小用户数量在不断增加，那么供水量就达不到要求最终导致供冷失去平衡。

随着科学技术的发展和进行，控制技术也在不断得到提高和改进，除此之外变频器的价格也在不断地下降，这使得变流量一次水泵系统的发展更加顺利。从我国近些年对于这项技术的研究和应用来看，已经取得了比较丰富的经验并且总结出了相对完整的设计方法和运行指南，正在积极努力将这种设计的方案列为中央空调水系统的标准。变流量的一次泵水系统技术不但可以节省机房面积，从而节省前期的投资，还可以减少水泵组对电量的需求以及全年的水电总量，这种技术对于开发商和业主都是非常有吸引力，从目前来看，它的发展潜景相当好。