空调循环水系统两台水泵并联运行方式节能分析

摘要：本文分析了两台同型号水泵并联运行的三种运行方式：均工频运行、一工频一变频运行、均变频运行。对其节能效果进行了大量的实验操作和数据处理，通过比较，分析并论证了负荷变化时三种运行方式的水泵节能情况。

关键词：并联水泵 变频调速 中央空调节能分析

Abstract：This paper analyzed two sets similar type pump parallel connection three kinds of movement ways:all work frequency, one work frequency another variable frequency, all variable frequency.As to it's economized on energy effect to carry on a great deal of experiment operation and data processing, analysis pump economy energy circumstance on three kinds of movement ways along with load variety.

Key word: water pump parallel connection; variable frequency speed control ; central air condition ; economize on energy analysis

引言

随着大型和超大型建筑的不断增多，中央空调水系统越来越多的采用两台或多台水泵并联的运行方式，对于采用两台水泵并联运行的系统，有些系统采用两台泵均工频运行方式，有些系统采用一工频一变频运行方式，还有些系统则采用两台泵同时变频的运行方式，因为空调负荷是随室内室外环境的变化而不断变化的，显然两台水泵均采用工频运行会造成很大浪费。节能空调系统大多采用变频调速系统，但既有工频又有变频的运行状态和两泵同时变频哪个更节能，针对此问题现有“同时变频更节能”的结论，但这些结论大多是基于简单的理论分析而得出，而本文则通过大量的试验操作及数据处理，对此结论进行了定性和定量的分析。

1．空调系统应用现状及存在的问题

据统计，我国建筑物能耗约占能源总消耗量的30 %。在设有中央空调的公共建筑物中，中央空调的能耗约占本建筑总能耗的60 % ,而且呈逐年增长的趋势。根据有关资料统计，实际中，在一年的绝大部分时间内空调负荷远比设计的负荷(全年最大负荷)要低，全年约有60 %的时间实际负荷是在设计负荷的50 %～70 %以下运行，并且时刻都在波动，所以实际负荷总不能达到设计的满负荷状态，造成了能量的严重浪费，严重影响经济效益和人们的生活水平，因而如何能降低空调的能耗，成为一个亟待解决的大课题。

2．中央空调水系统简介及本论文所应用试验平台的描述

2.1 中央空调水系统的简介

中央空调系统供冷的冷源为冷水机组，其冷凝器侧为冷却水系统，蒸发器侧为冷冻水系统，因此空调水系统由冷冻水系统和冷却水系统组成。冷却水系统包括冷却循环水泵、冷却塔及相应的阀门、管道。冷冻水系统包括冷冻循环水泵、分集水器、阀门、管线和相应的空调末端设备。

2.2 试验平台的描述

实验设备：一套拟建的两单元五层楼的空调冷水机组的给水系统，每单元分别装有风机盘管，系统中的水量由高位水箱补充，水流扬程由两台同型号的变频水泵（3.7KW）提供，每层楼供水由阀门控制，供水管道装有压力传感器、流量计、阀门等，其位置及标号如示意图所示；此外还包括两台变频柜及功率表、流量计、转速仪等。

设两单元五层的10个阀门均打开时，负载为100%，每关掉一个阀门，负载降低10%，实验中分别测试两台泵随负载和流量的变化采用均工频、一工频一变频、均变频时的各泵频率、流量、功率等参数值，通过绘制P-Q曲线图对三种运行方式进行对比，分析其节能效果。

3． 试验及理论分析

3.1 两台泵均工频

此实验中，始终保持两台泵的频率为额定值50HZ，通过关闭阀门降低负载，测试各阶段的参数值，记录数值如下;

由绘制曲线和试验数据可看出：尽管随着流量的降低水泵的功耗在减小，但即使当负载率减少到30%，流量减少到37.9（m3/h）时，此时的功率仍为3.92KW，这就意味着即使很小的室内负荷，仍需耗费很大的水泵功率，造成电能的严重浪费，节能效果很差。

3.2 一台工频一台变频

此试验中，令1号泵随流量的变化而变频，2号泵工频，在负载率分别为100%、90%、80%、70%、60%、50%、40%时，通过调频改变流量（以每组负载率下的原始流量的20%为梯度，依次下降，直至降到原始流量的20%为止），记录各参数值如下：

由曲线可看出：一工频一变频时，同一负载情况下，随着流量的降低所耗功率的明显呈指数型递减，流量越低功耗递减越慢，且流量低于30（m3/h）时，各负载率下所耗的功率差别不大，当流量大于35（m3/h）后，相同流量下负载率越大水泵功耗越低，这是因为流量越低管网阻力越大，水泵相当一部分能量要用来克服阻力。与图2曲线相比，体现了明显的节能效果，且流量越低节能效果越显著。因为实验所用的两台水泵是同型号的，试验中对1号泵工频2号泵变频也进行了测试，经分析的得出结论与上述结论一致，在此不在续写其试验数据与绘制的曲线。

3.3 两台均变频

此试验中，令1号泵、2号泵均随流量的变化而变频，在负载分别为100%、90%、80%、70%、60%、50%、40%时，通过调频改变流量（以每组负载率下的原始流量的20%为梯度，依次下降，直至降到原始流量的20%为止），记录各参数值如下：

由曲线可看出：当两台泵均变频时，随着流量的降低，功率仍呈指数型降低，且与图3曲线相比，有着更大的降低幅度，这首先说明均变频的运行方式节能效果优于一工一变的运行方式，当然也更优于均工频的运行方式，例如对应与流量为30（m3/h）时，一工频一变频的运行方式各负载率下所耗的功率大约为2.4（KW），而两泵都变频时各负载率下所耗的功率大约为1（KW）左右，节能率近于60%，体现了明显的节能效果。对比图3曲线仍可看出，流量越低时均变频的运行方式较一工一变的运行方式节能效果越显著。图中，流量越低时，各负载率下消耗的功率降低度越小的原因仍为：流量越低， 水泵需克服的管网阻力越大，当流量小到一定值时，管网阻力几乎达到最大极限值，此时各负载率下所消耗的功率值也很相近。

4 总结

由以上三组试验数据及曲线分析可看出，变频调速技术用于空调水泵控制系统,具有调速性能好、节能效果显著等优点。继而可得出以下三条结论：1、对于两台同型号水泵并联的运行的情况，两台水泵同时变频调速节能效果最好，一工频一变频的运行方式次之，两台均工频的节能效果最差； 2、流量越低时，相对节能效果越显著；3、流量越低，水泵需克服的管网阻力越大。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。