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变流量系统在大型公共建筑中的应用分析

2025-08-31 48 上传者：管理员

摘要：空调水系统变流量设计是一种节能措施，了解变流量系统的控制及适应范围具有重要意义。本文基于某大型公共建筑变流量空调冷水系统的设计，从节能效果和实际运行情况进行分析，结果表明定末端（最不利点）压差控制无论是在节能，还是实际运行中均为可行控制方式。

关键词：
中央空调水系统
变流量系统
定末端压差控制
投入力度
运行费用
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变流量系统是指中央空调水系统中冷冻水输送环路的水流量随着末端装置流量的调节而实时变化的系统,从而节约冷冻水输送环路的能耗及运行费用｡近年来,随着国家对节能的关注和投入力度的加大,变流量系统越来越受到设计师和业主的青睐｡

1、变流量系统的控制

空调水系统的控制主要应用在变水量系统中｡随着建筑物冷负荷的变化,空调末端侧需水量也随之发生变化,这就要求供水侧的水量能够跟踪空调末端需水量的变化｡一般认为,在需水量发生变化时,如果能够将空调供､回水干管的压差保持恒定,就表明供水量已经跟随需水量的变化而变化,这也就是我们的控制目标[1]｡空调水系统控制一般根据压差变化改变水泵的运行台数,然后通过压差旁通阀控制和水泵变频控制等方法改变供水量｡

当采用压差旁通控制时,如果供､回水干管之间的压差降低,说明末端需水量增大,此时通过减小旁通阀的开度,增加对末端侧的供水量｡反之,如果供､回水干管之间的压差升高,则加大旁通阀的开度,减少对末端侧的供水量｡此种控制方式,对于主机侧来说,主机的供水总量保持不变,主机侧供､回水温差发生了变化｡

当采用水泵变频控制时,如果同样利用供､回水干管之间的压差作为信号｡当压差降低时,控制器发出指令提高水泵变频器的输出频率,加大水泵转速,从而增加水泵的供水量｡反之,则降低变频器输出频率,从而减少水泵的供水量｡此种控制方式,不管对于末端侧还是主机侧来说,水量都发生了变化,可以实现主机侧供､回水温差保持不变｡

以上两种控制方式互有优缺点,压差旁通控制器相对比较简单,但是水泵变频控制更加节能｡近年来,在许多工程实例中采用了供､回水干管压差旁通控制和一次水泵变频控制相结合的方式｡举例来说,当两台空调主机和水泵一一对应时,根据空调系统负荷的变化,控制水泵变频或投入运转台数,增大或减小系统的流量,但必须保证系统最不利环路末端的压差不小于设定值｡当负荷减少时,首先变频控制水泵转数,使水泵流量按负荷减少的比例相应减小｡当负荷减少到满负荷的50%时,则停开一台水泵,另一台运转的水泵同时变频运转,使水泵流量按负荷减少的比例相应减小｡反之,当负荷增加时,变频控制水泵转数,使水泵流量按负荷增加的比例相应增大｡当负荷超过满负荷50%时,则增开一台水泵,两台水泵同时变频运转,使水泵流量按负荷增加的比例相应增大｡

无论采用何种水量控制方法,都需要与水泵台数控制相结合,而且以台数控制为优先｡也就是说,首先通过台数控制关闭一部分不需要的水泵,然后再通过压差旁通控制或者水泵变频控制准确跟踪需水量的变化｡

2、变流量系统的节能分析

空调系统的水量调节方式主要分为节流调节(阀门调节开度)和水泵变频调节(定压差变频调节和变压差变频调节)｡

节流调节方式主要依靠阀门调节开度来实现空调系统水量的变化,当末端负荷减少时,需水量减少,阀门开度减小,系统阻力系数增大,水泵扬程增大,水泵的效率下降,此时能耗减小幅度较小｡为了实现水泵在系统部分负荷运行时有较大的节能效果,可以采用水泵变频调节技术｡水泵的轴功率计算公式[2]:

水泵的轴功率计算公式[2]:

由于在水泵运行中转差率基本上保持恒定,在电机极对数不变的情况下,水泵转速与电源频率成正比,因此改变电源频率就可以实现水泵调速｡根据水泵的相似定律可以得到水泵的转速､流量､扬程和功率之间存在以下关系:

冷冻水变流量对于冷水机组COP和空调末端能效都来一定的影响,从现有的研究成果和工程实际案例分析,当冷冻水泵在一定范围内变流量运行时,冷冻水变流量对冷水机组和空调末端的换热性能影响不大,和冷冻水泵的节能量相比,冷水机组和空调末端能耗增加量要少得多,节能空间很大,因此冷冻水泵的变频节能措施应该广泛应用到工程实际中｡

3、工程案例分析

工程案例位于海南省三亚市,地下二层,地上三十四层,其中地下室建筑面积34,254.97平方米,主要功能是商业､酒店后勤､车库及设备用房,地上建筑面积77,234.16平方米,主要功能是商业､会所､办公､酒店客房｡总建筑面积111,489.13平方米,建筑高度146.0米｡

根据业主要求,负一层､裙楼商业和塔楼办公部分,夏季设一套中央空调系统;酒店部分,夏季设另一套中央空调系统;塔楼33､34层会所部分,夏季设计多联机空调系统｡冬季不设空调系统｡其中,系统1:负一层､裙楼商业和塔楼办公部分,空调面积34,369平方米,经过逐时逐项冷负荷计算冷负荷是7,697kW,考虑到系统同时使用系数等,系统总装机容量为6,154kW,选用2台2,462kW(700RT)的水冷离心式冷水机组和1台1,230kW(350RT)的水冷螺杆式冷水机组｡系统2:负一层酒店后勤､首层酒店大堂和塔楼酒店客房部分,空调面积13,643平方米,经过逐时逐项冷负荷计算冷负荷是2,056kW,考虑到系统同时使用系数等,系统总装机容量为1,828kW,选用2台914kW(260RT)的水冷螺杆式冷水机组｡

中央空调冷冻水系统满足:

(1)冷冻水泵､冷却水泵､冷却塔的容量与冷水机组容量相匹配｡

(2)冷冻水供回水温度分别为7℃/12℃,冷却水进出水温度分别为32℃/37℃｡

(3)系统1空调冷源流程图(图1)分为地下室和裙楼商业､办公低区､办公高区3个环路,每个环路立管布置成异程式,各层水平干管布置成同程式;系统2空调冷源流程图(见图2)分为地下室酒店后勤和首层大堂､塔楼酒店客房区2个环路,其中酒店客房区环路各立管和水平干管布置成同程式｡

图1系统1空调冷源流程图

图2系统2空调冷源流程图

从图1和图2可以看出工程案例空调冷冻水泵都采用了定末端(最不利点)压差控制的方法,以下将从节能效果和实际运行实际情况分析此变频控制方法的可行性｡

图3是不同控制方式下水泵运行工况示意图｡采用不同的控制方式,所对应的管路特性曲线各不相同｡曲线A为采用定扬程控制水力特性曲线,曲线B为采用定末端压差控制水力特性曲线,曲线C为采用最小阻力控制水力特性曲线｡

图3水泵变频控制方法比较

当流量从Q0减少到Q1时,不同变频控制方式下,冷热水循环泵转速从大到小依次是:定扬程控制法､定末端压差控制法､最小阻力控制法,而水泵的节能效果则反之｡值得一提的是,最小阻力控制在系统实际运行中不大可能出现[3]｡

4、结论

通过以上分析比较,可以发现定末端压差控制无论是在节能,还是实际运行中均为可行控制方式,故本项目空调冷冻水泵都采用了定末端(最不利点)压差控制的方法,且此控制方法在实际工程中应用也最为广泛｡