一次泵冷機定流量系統(tǒng)的選擇

一次泵冷機定流量系統(tǒng)的選擇

1空調(diào)系統(tǒng)自動控制的目由于能源不足等原因，空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能吸引了越來越多的用戶和設(shè)計師?？照{(diào)系統(tǒng)優(yōu)化是實現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能的重要措施,但實現(xiàn)最優(yōu)化的最終手段是空調(diào)系統(tǒng)的自動控制。對冷水系統(tǒng)的優(yōu)化來說,就是每臺冷凍機和水泵都在最佳效率下運行,因而如何選擇正確的冷凍機房控制策略將至關(guān)重要。2旁通管系統(tǒng)控制下圖為一次泵冷機定流量系統(tǒng)圖,它以控制方法簡單、施工方便、系統(tǒng)穩(wěn)定成熟的優(yōu)點仍舊受到國內(nèi)開發(fā)商、設(shè)計施工單位的青睞。機組運行時,一次泵保持定流量,當(dāng)負荷增加而加載一臺冷水機組的時候,其對應(yīng)的冷凍水泵先啟動,而負荷降低減載一臺冷水機組的時候,先關(guān)閉一臺機組,然后關(guān)閉其對應(yīng)的水泵,既水泵和機組聯(lián)動,冷機的保持在額定流量下工作。旁通管就是起到平衡機組側(cè)和用戶測水量的作用。如圖所示,當(dāng)末端負荷增大,旁通管內(nèi)流向從左向右;當(dāng)末端負荷減小,旁通管內(nèi)流向為從右向左。二通調(diào)節(jié)閥引起的壓差變化來調(diào)節(jié)壓差旁通閥的開度,從而調(diào)節(jié)旁通水量。目前與之相匹配的冷凍機房控制策略主要有兩類。第一類控制方式:冷凍機的加機是以系統(tǒng)供水設(shè)定溫度為依據(jù),當(dāng)系統(tǒng)供水溫度大于設(shè)定溫度,而且這種狀態(tài)持續(xù)10～15分鐘,另一臺冷水機組投入使用;減機控制則是以旁通管的流量為依據(jù),當(dāng)旁通管內(nèi)的冷凍水從供水管流向回水總管,并且達到單臺冷凍機設(shè)計流量的110～120%,如果這種狀態(tài)持續(xù)10～15分鐘,控制系統(tǒng)將減掉一臺冷凍機。第一類控制方式:冷凍機的加減機是以制冷量為依據(jù)的,根據(jù)冷凍機進出冷凍水水溫以及流量,可計算得到冷機實時冷量,根據(jù)實時冷量與系統(tǒng)設(shè)定冷量的比較而加減機?？傊?第一類控制方式可近似看作以總供水量為控制目標(biāo)的運行模式;第二類控制方式是以制冷量為控制目標(biāo)的運行模式。3電動兩通閥的控制模式目前大部分工程較常使用的空調(diào)系統(tǒng)方式為兩種:變風(fēng)量為主的空調(diào)系統(tǒng)、新風(fēng)加風(fēng)機盤管空調(diào)系統(tǒng)。無論那種方式,空調(diào)機組表冷器供冷量都是通過電動兩通閥自動控制。變風(fēng)量為主的空調(diào)系統(tǒng)中,當(dāng)空氣處理機組變風(fēng)量運行時,通常前半程由送風(fēng)溫度控制電動兩通閥,通過室溫控制末端裝置的風(fēng)量來達到對風(fēng)機總風(fēng)量的控制;當(dāng)送風(fēng)量下降至下限時,則由回風(fēng)(或室溫)直接控制電動兩通閥。當(dāng)空氣處理機組在定風(fēng)量方式下運行時,隨著需冷量的減少,電動兩通閥將自動關(guān)小,從而減少流過的水量,但同時表冷器水溫差將增大。新風(fēng)加風(fēng)機盤管空調(diào)系統(tǒng)中,新風(fēng)處理機組采用定風(fēng)量方式運行,電動兩通閥也將隨著需冷量的減少而關(guān)小,從而減少流過的水量。對于風(fēng)機盤管而言,其電動兩通閥通常采用位式控制模式,打開時為設(shè)計流量,關(guān)閉時流量為零。通過對水系統(tǒng)總冷量和流量特性的綜合分析,兩空調(diào)系統(tǒng)的總冷量與流量大抵可用下圖中曲線3、1表示,曲線2則表示冷量與水流量呈線性關(guān)系。4空調(diào)系統(tǒng)不適合采用以制冷量為目標(biāo)的控制模式以往設(shè)計中,一次泵冷機定流量系統(tǒng)兩種控制策略,在新風(fēng)加風(fēng)機盤管系統(tǒng)和變風(fēng)量為主的空調(diào)系統(tǒng)中都有大量應(yīng)用,且隨機性很大,全憑設(shè)計人員個人偏好。實際上,如從系統(tǒng)優(yōu)化、節(jié)能角度分析,兩種控制策略應(yīng)有各不相同的最佳應(yīng)用條件,以下分別舉例闡述。1)新風(fēng)加風(fēng)機盤管空調(diào)系統(tǒng)如圖2曲線1所示新風(fēng)加風(fēng)機盤管系統(tǒng),假定水系統(tǒng)有三臺冷水機組、三臺定頻水泵,總水流量為Gz,總冷量為Qz。當(dāng)系統(tǒng)流量G=100%Gz時,系統(tǒng)所需冷量Q=100%Qz;當(dāng)系統(tǒng)流量G=58%Gz時,Q=77%Qz;當(dāng)系統(tǒng)流量G=25%Gz時,Q=47%Qz。如果以總供水量來控制機組的運行臺數(shù),當(dāng)流量下降至58%Gz時,系統(tǒng)的需冷量77%Qz遠大于冷水機組臨界轉(zhuǎn)換點58%Qz,如果這時停止1臺冷水機組會造成系統(tǒng)供冷量不足,其結(jié)果是供水溫度升高,直至高于冷水機組設(shè)出水設(shè)定溫度,導(dǎo)致剛剛停運的冷水機組再次啟動,如此往復(fù)頻繁啟停冷水機組造成系統(tǒng)運行的不穩(wěn)定性。同理,當(dāng)流量下降至25%Gz時,系統(tǒng)的需冷量為52%Qz,也遠大于冷水機組臨界轉(zhuǎn)換點25%Qz。因而新風(fēng)加風(fēng)機盤管系統(tǒng)不適合采用以總供水量為控制目標(biāo)的運行模式?，F(xiàn)在看一看以制冷量為控制目標(biāo)的運行模式。為了保證建筑的供冷要求,當(dāng)冷量下降至58%Qz之前,不應(yīng)停運冷水機組,由于三臺水泵與冷水機組聯(lián)動,水泵也必須全部開啟。從曲線1可知系統(tǒng)冷量下降至58%Qz之前,所需流量僅為35%Gz左右,這就意味著有一臺水泵運行的水量完全沒有起作用,只能通過壓差旁通閥流回回水總管。從以上分析可知,對于新風(fēng)加風(fēng)機盤管系統(tǒng),以制冷量為目標(biāo)的控制模式在運行穩(wěn)定性和保證建筑冷熱量方面優(yōu)于以總供水量為目標(biāo)的控制模式。但是,前者在系統(tǒng)運行節(jié)能方面還存在很大的問題,值得進一步探討。2)變風(fēng)量為主的空調(diào)系統(tǒng)如圖2曲線3所示變風(fēng)量為主的空調(diào)系統(tǒng),假定系統(tǒng)有三臺冷水機組、三臺定頻水泵,總水流量為Gz,總冷量為Qz。如果以制冷量為控制目標(biāo)來控制冷水機組的運行臺數(shù)。當(dāng)用戶側(cè)的需冷量減少至58%Qz時,用戶測需要的流量大約為73%Gz,大于兩臺水泵的額定供水量。如果此時停止一臺冷水機組和相應(yīng)的水泵后,將導(dǎo)致供水量不足。表冷器電動兩通閥將開大以增加供水量,但此時正在運行的兩臺水泵流量已經(jīng)達到額定值,電動兩通閥的開大只會使系統(tǒng)水阻力降低而導(dǎo)致水泵的工作點向低揚程、大流量方向移動,嚴重的時候可能造成水泵電機過載而發(fā)生事故。同理,當(dāng)用戶側(cè)的需冷量減少至25%Qz時,用戶測需要的流量大約為37%Gz,也存在上述問題。因而變風(fēng)量為主的空調(diào)系統(tǒng)不適合采用以制冷量為控制目標(biāo)的運行模式。如果以流量為控制目標(biāo)來控制冷水機組的運行臺數(shù)。當(dāng)用戶側(cè)流量減少至58%Gz時,用戶測需要的冷量約為45%Gz,可以停止一臺冷水機組和對應(yīng)的水泵,多余的水量通過壓差旁通閥流回回水總管。同理,當(dāng)用戶側(cè)流量減少至25%Gz時,用戶測需要的冷量約為15%Gz,可停止一臺冷水機組和對應(yīng)的水泵。從以上分析可知,對于變風(fēng)量為主的空調(diào)系統(tǒng),以制冷量總供水量為目標(biāo)的控制模式在運行穩(wěn)定性和保證建筑冷熱量方面優(yōu)于以為目標(biāo)的控制模式。但是,為平衡用戶側(cè)和冷機側(cè)水量不均,前者仍然無法避免系統(tǒng)水在平衡管內(nèi)白白的流動而損耗電能。5次泵冷機變流量系統(tǒng)的控制策略隨著冷凍機技術(shù)的發(fā)展,尤其是機組控制技術(shù)的發(fā)展,冷機蒸發(fā)器完全可以在變流量情況下工作,因此使一次泵冷機變流量系統(tǒng)得以成功實現(xiàn)。如圖3所示,冷凍機和水泵的臺數(shù)不用一一對應(yīng),它們的臺數(shù)變化和啟停分別獨立控制。水泵為變速泵,其轉(zhuǎn)速由系統(tǒng)最遠端的壓差傳感器來控制。仍設(shè)置帶電動閥的旁通管,但是只有當(dāng)系統(tǒng)水量小于單臺冷凍機最小允許值時,旁通閥才打開,旁通一部分水量使冷凍機運行在最小允許流量之上,最小流量也由系統(tǒng)遠端的壓差傳感器測得。由于一次泵冷機變流量系統(tǒng),打破水泵與冷凍機聯(lián)動的運行方式,兩者單獨啟停、獨立控制,很好的解決了末端所需水量和冷機側(cè)水量差異較大的矛盾,因而一次泵冷機定流量系統(tǒng)的兩種控制策略都適用于它,而不用考慮其更適合變風(fēng)量為主的空調(diào)系統(tǒng),還是新風(fēng)加風(fēng)機盤管空調(diào)系統(tǒng)。下面舉例具體說明一次泵冷機變流量系統(tǒng)的控制策略。同樣以三臺冷凍機為例,配置兩臺變速泵。當(dāng)系統(tǒng)滿負荷運行時,旁通閥關(guān)閉,旁通管內(nèi)流量為零。當(dāng)冷負荷減小,末端的電動二通閥關(guān)小。為了維持設(shè)定壓差值,水泵轉(zhuǎn)速減小,使整個系統(tǒng)包括冷凍機的流量都減小。因為通過每臺冷凍機的流量都大于其蒸發(fā)器最小允許流量,此時旁通閥仍然關(guān)閉,旁通管內(nèi)流量為0。當(dāng)系統(tǒng)負荷繼續(xù)減小使流量小于單臺冷凍機的最小允許流量,旁通閥打開使機組在最小流量下安全運行。當(dāng)系統(tǒng)負荷增加,機組在滿負荷下已無法維持供水溫度,供水溫度升高后的狀態(tài)如果維持10～15分鐘,另一臺機組就會加載。值得注意的是,某些工況下機組蒸發(fā)器實際流量大于機組的額定流量,這種情況在機組定流量系統(tǒng)中是不可能出現(xiàn)的,這也印證了水泵的控制完全以末端負荷來控制,和機組的控制分開,不受其限制。由于國內(nèi)變流量冷水機組市場還未成熟,因此一次泵冷機變流量系統(tǒng)的應(yīng)用還很有限,根據(jù)以往經(jīng)驗,設(shè)計工程師在實施的過程中應(yīng)注意如下兩點:一是冷水機組的最小和最大流量變化;另一個是冷水機組對運行中流量變化的處理能力。由于受傳熱效率等因素的影響,為了安全運行和防止蒸發(fā)器結(jié)冰,蒸發(fā)器變流量的冷水機組還是必須運行在一定的流量范圍內(nèi)。除此之外,冷水機組還必須有能力應(yīng)付蒸發(fā)器在運行中的流量變化,做到在流量變化的時候機組安全運行,并維持設(shè)定的出水溫度。在選擇冷水機組的時候,一定要求廠家對這兩方面能力進行明確。6水系統(tǒng)控制方式比選對于一次泵機組定流量水系統(tǒng),以總供水量為控制目標(biāo)的運行模式適用于新風(fēng)加風(fēng)機盤管空調(diào)系統(tǒng),以總冷量為控制目標(biāo)的運行模式適用于變風(fēng)量為主的空調(diào)系統(tǒng),這樣可以最大限度的保證系統(tǒng)運行平穩(wěn)、冷量滿足要求,但是由于機組側(cè)和用戶測水量的差異將引起旁通管內(nèi)大量