二级泵在某大厦空调系统中的应用研究

摘要：针对一级泵和二级泵的空调系统，在分析系统设计选用原理的基础上，结合工程实际，就目前二级泵在实际使用过程中存在的运行问题及现状，采取积极的思维，采取积极的思维，化繁为简，改造成一级泵系统，通过实际工程来推广此次分析改造的案例，以及实际运行中的一些数据的比较，来体现对某些空调建筑在使用一级泵系统的优势，从而推广这种技术在一些规模类似或同样需要改造的公建中的广泛使用。

关键词：一级泵；二级泵；变流量；节能

空调水系统的作用是以水为介质在建筑物之间或建筑物内部传递冷量或热量。正确合理地设计布局空调水系统是整个空调系统正常运行的重要保证，同时也可进一步挖掘空调节能的潜力。高层建筑空调水按系统中水泵设置方式来分有一级泵系统、二级泵系统。一般情况下空调系统经常性地处在部分负荷状态下运行，相应地系统末端设备所需要的冷冻水量也经常性地小于设计流量。整个空调制冷系统的能量大约有15％～20％消耗于冷冻水循环和输配，所以应该努力挖掘这方面的节能节电潜力。

1．一级、二级泵系统的分类

一级泵系统分为定水量系统和变水量系统。在系统中，冷源侧及用户侧的管路阻力全部由一级泵的动力克服。定水量系统就是在系统的用户侧的末端设备不设置控制阀门或设置三通阀，保证循环水量不变。变水量系统目前有两种措施方法，第一种采用定速水泵，就是利用一根旁通管来保持冷冻机侧定流量而让用户侧处于变流量运行。变水量系统的另一种措施方法就是一级泵采用变频调速水泵，水泵的供水量随负荷的变化而变化，由于水泵的功率与水泵的流量的三次方成正比，因此，采用变流量空调水系统理论上具有很大的节能空间。

二级泵系统由两个环路组成：从回水集管经过冷水机组至供水集管这一段管路称为一次环路；从供水集管经过空调设备至回水集管这一段管路称为二次环路。一次环路负责冷冻水的制备，二次环路负责冷冻水的输配。另外，对于大型的区域供冷系统，常采用三级泵系统，从系统形式上看，三级泵系统只是扩展了桥管的应用，仍属于二级泵系统范畴。

2.二级泵系统的特点与现状

二级泵系统的特点是采用二组泵来保持冷源侧一次环路的定流量而使用户侧二次环路变流量，从而解决空调末端设备要求变流量与冷水机组蒸发器要求定流量的矛盾，与一级泵系统相比，这种系统较为复杂，初投资较大，自控要求较高，机房占地面积也大一些。

一次泵的扬程只需满足克服一次环路的阻力损失，即包括一次环路中蒸发器、过滤器、阀门及管路等的阻力。其阻力的主要组成是蒸发器（一般蒸发器的阻力为5～8mH2O），所以一次环路的总阻力大约只有12～13mH2O。

二次泵的二次环路为变流量系统，其水泵设置台数可不与一次泵对应，以便灵活调节用户所需的流量。二次环路的变流量可以采用两种方式实现：变速泵或台数调节。二次泵需克服管网、管路、平衡阀及控制阀等的阻力。采用水泵变速调节时，当负荷减少时，通过改变水泵转速使扬程和流量减少，可以获得明显的节能效果。考虑变频器效率的电机散热等因素，变速调节应有一个最低转速限制（一般为额定转速的30％）。若用台数调节，则二次泵的台数一般大于一次泵的台数，而且台数适当多一些，可以达到更好的调节效果。

在我国二级泵系统是近15年间随着高层建筑和高档宾馆的兴起而逐渐得到应用的，所以存在一些问题和不够成熟的方面，主要表现在：1、这种系统管路结构比较复杂，耗用管材多，需要水泵数量也较多，水泵的电机安装总容量也较大，一般比一次泵系统增大约20％左右。冷冻机房需要的面积也较大，所以初投资比较高。2、自动控制系统要求高，由于国内自控元件质量不够理想，操作和运行管理水平低，有些工程的这种系统未能发挥出应有的作用。

3.在实际中遇到的情况

大连某大厦建筑面积52031M2，动力机房配备离心式冷水机组640冷吨＊3台，空调水系统采用二级泵形式，设备在带负荷联合试运行期间，出现了二级泵系统运行状况异常的现象，主要表现为一次泵在运行时电流表读数超过规定值，并且压力表波动剧烈，运行出现异常声音，经过查看泵组性能曲线图，将一、二次泵按串联后形成的性能曲线，与系统管路性能曲线图联合交汇后发现，一次泵已经脱离高效区运行，而且在超载区域运行，这样运行状态必然会造成设备运行事故。按当时设计意图，二次泵侧变流量是通过台数控制，可是二次泵在已经减到一台工作时，现象仍没有消除。通过调整泵组的供水阀门情况也没有得到好转，经过现场多名技术人员的共同商议，根据二次泵的铭牌标注25米扬程，我们采取舍弃一次泵，在一次泵吸口和压出口处安装旁通管，这样整个系统的循环阻力全由二次泵承担。当系统再次运行时，二次泵运行状况非常好，记录的数据表明水泵在高效区运行，电流正常，而且通过测量管路末端水流速度，都符合经济流速。

通过现场实际改动，一套没有设计完善的二级泵系统转换为一级泵系统，经过测算，水泵的单台耗电量比原先一、二次泵联合运行的耗电量节约30％。

4.研究状况，总结经验

目前许多设计人员在选泵时，担心水泵扬程不够，过多的考虑附加系数，结果造成所选用的水泵扬程过高，势必使电机的容量增大，电耗大。这只能在运行中调节，只开一次泵或二次泵，今后选循环水泵时不要超过设计计算值太多。一般情况下，二十层以下的建筑物，冷水系统的水泵扬程多在16～28米水柱之间，最好按水力计算乘以1.1的安全系数来选泵的扬程。

此次管路系统的变动之所以没有采取一级泵变流量运行，是根据当时冷水机组厂家提供的循环水量不得在额定流量的80％下运行的规定。但是从节能效果明显的角度考虑，首先应选用一级泵变流量系统，冷水机组能不能变流量运行是一次泵变流量系统是否可行的关键问题，经分析结果表明冷水机组在一定范围内变化是允许的。

参考文献：

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