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一次冷冻水流量控制研究

管文林

|本文分析了主楼和裙房共同存在时一次冷冻水泵的调节

方式及各种方式的优缺点，考虑了众多限制因素，并选定了一套最终

方案。

|一次泵变频压差温差串级

1引言

建筑能耗在我国的社会总能耗中一直占据着很大的，而空调系统的能耗

又是建筑能耗的重要组成部分。在空调系统中，冷水机组和水泵的输送能耗约占

整个空调系统能耗的70%左右，因此研究空调水系统的节能，对于我国的节能减

排工作具有重要意义。对于一次泵，由于可靠性好、控制简单，大多采用定流量

运行。随着水泵变频技术的日趋成熟，社会节能意识与节能需求的提高，空调一

次泵系统也逐步向变频控制过渡。

1.1目标建筑基本情况

本文为某商业建筑一次泵水系统控制设计。该建筑地上28层，2层，

总高110m，总建筑面积80,000㎡，其中裙房3层共20,000㎡，为商场，主楼

地上总面积50,000㎡，室为10,000㎡，为办公楼。裙房周日到周四工作时

间为10:00~21:00，周五、周六工作时间为10:00~22:00；主楼工作时间为周一到

周五：8:00~18:00。大楼一次冷冻水泵有4台，与冷水机组一一对应连接，其中

3台额定流量500m3/h，扬程18m，电机功率45kW；1台额定流量250m3/h，扬

程18m，电机功率22kW。裙房为一次水系统，主楼为二次水系统，裙房、主楼

合用一次冷冻水泵。系统结构图如图1-1。

目前，大楼的一次泵定流量运行，且只有对应冷水机组的启停控制。这种控

制方案简单、安全，但是使得空调系统中冷冻水泵不仅不会跟从主机的部分负荷

运行而改变流量，也不会跟随冷水机组的减载而减载。因此照成了大量的能源浪

费。

图1-1系统结构图

1.2研究前提与限制

由于主楼由二次泵输送，可以看做一个大用户，且能根据主楼的冷冻水需求

自动调节。这样尽管为二次泵系统，也可以当做一次泵系统来处理，简单的说就

是在整个空调冷冻水系统中，冷冻水的、输送和分配都完全是由位于冷源处

的一次泵组完成。裙房末端为AHU，也具有自动调节的功能。

由于一次泵与冷水机组一一对应连接，所以还存在以下几种限制：

1)一次水泵的启停控制必须与冷水机组联动，因此在设计一次泵变频与变台数

的控制策略时具有十分有限的自主性。加之每组水泵和冷水机组之间为并联

连接，为了保证水头与水不倒流，设计中将所有的水泵同时变频。当负荷变

化的时候，首先对水泵进行变频调节，当变频调节达到极限的时候，停止（或

增加）一台水泵，其他水泵调回到额定工况。在运行中，我们保证一次泵的

运行台数始终是和冷机的台数保持一致。

2)通常来说，冷水机组蒸发器水流量变化较大时，一定会导致冷水机组的出水

温度剧烈波动，从而造成冷水机组运行不稳定，严重时蒸发器会产生结冰现

象。所以在一次泵变流量系统中，变流量的关键取决于冷水机组的变流量性

能，即机组本身对负荷变化的响应速度决定了整个系统的节能潜力。在本次

设计中，我们也必须考虑最小流量的限制。

2控制方案分析

2.1温差控制

根据供回水温差一定时冷量与流量成正比的关系。利用制冷机房供、回水干

管的温差控制水泵的流量，使空调负荷变化直接影响流量变化的方式被称为温差

控。在供回水管上设置温度检测装置，供水温度通常控制在7摄氏度，供回

水温差为5摄氏度。温度检测装置通过分析用户侧温差的变化情况就可以控制水

泵的变频调节，其特点是末端不设随负荷变化而动作的流量调节阀。当温度传感

器检测到的末端回水温度上升，表明用户端的负荷上升，对水量的需求也因此变

大，则水泵接收到温差变大的信号后，加大频率以加大供水量，来满足用户侧的

水量需求。反之，当供回水温差小于设定值时，表明用户端的水量需求减小，则

一次泵必须降低频率，减小流量，来保证供回水温差再次回到设定值，但是前提

是必须保证冷水机组的最小流量。

温差控制方法控制方式比较简单，当二次泵系统使用压差控制时，一次泵温

差控制不会出现震荡。而且在部分负荷下