二級泵空調系統中一級泵變頻運行的可實施性研究

江連昌

二級泵空調系統中一級泵變頻運行的可實施性研究

江連昌

（奧意建筑工程設計有限公司 深圳 518031）

提出傳統二級泵空調水系統存在的問題，分析二級泵空調系統中一級泵變頻運行的控制策略，總結二級泵空調系統中一級泵變頻運行的可實施性。

二級泵系統；一級泵變頻控制；變流量水系統

0 引言

圖1 傳統二級泵空調系統示意圖

文獻[1]對二級泵系統的定義為：“冷源側設置定流量運行的一級泵組，負荷側設置二級泵組的變流量空調冷水系統”，該定義的文字描述中明確要求二級泵系統的一級泵組采用定流量運行的模式，目前行業中二級泵系統設計也基本上都是按這種方式進行設計的，本文稱之為“傳統二級泵系統”，其系統原理圖如圖1所示。

圖1所示的示意圖中，一級泵與冷水機組為“一對一”的接管方式，工程設計中也有采用“母管制”接管方式的情況，因一級水泵與冷水機組的接管方式不影響本文的研究結果，所以在未特殊說明的情況下，本文以下提到的二級泵系統均為一級泵與冷水機組為“一對一”的系統。

在二級泵空調系統中，平衡管兩側的接管端點是一級泵和二級泵負擔管網阻力的分界點，如圖1所示，一級泵負擔節點A—冷水主機—節點B環路的管網阻力，二級泵負擔節點A—末端設備—節點B環路的管網阻力。當一級泵的流量和二級泵的流量完全匹配時，平衡管內無水流通過；當一級泵的流量大于二級泵的流量時，平衡管內水流方向為B→A，旁通的這部分空調供水未能參與末端設備的供冷，浪費了一級泵的運行能耗；當一級泵流量小于二級泵流量時，平衡管內水流方向為A→B，此時部分空調回水混入空調供水，會導致空調供水溫度升高、末端設備的制冷能力無法滿足要求而不斷要求加大二級泵轉速的“惡性循環”情況的發生，簡稱“低溫差綜合癥”[2]。另外，當部分負荷工況下只需要運行一臺或少量的一級泵時，由于系統管網阻力減小，會出現一級泵流量過大、電機過載的現象，從而導致系統不能正常運行。本文擬通過分析研究，探索采用一級泵變頻控制方式解決上述問題的可行性。

1 一級泵變頻的二級泵空調系統概述

一級泵變頻的二級泵空調系統與傳統二級泵空調系統的系統組成基本相同，都是由冷水機組、一級泵、二級泵、平衡管、變流量控制的空調末端系統及其它管路和附件組成。與傳統二級泵空調系統相比較，一級泵變頻的二級泵空調系統的主要特點為：一級泵采用變頻運行的控制方式，一級泵的運行頻率隨系統水流量需求的變化而變化。實現一級泵變頻運行的控制方法有以下三種：

（1）測量平衡管內的水流，通過調整一級泵的運行頻率維持平衡管內水流量等于或接近為零，此時平衡管內近視為無水流通過，實現一級泵與二級泵的流量匹配，本文簡稱為“旁通流量控制法”；

（2）測量分、集水器之間的壓差，通過調整一級泵的運行頻率維持分、集水器之間的壓力差等于或接近為零，此時平衡管內近視為無水流通過，實現一級泵與二級泵的流量匹配，本文簡稱為“壓差控制法”。

（3）測量一級泵和二級泵的總流量值，通過調整一級泵的運行頻率實現一級泵與二級泵的流量匹配，本文簡稱為“總流量控制法”。

本文將對上述三種控制方法分別進行分析。

2 一級泵變頻的控制方法分析

2.1 旁通流量控制法

在平衡管上設置流量傳感器測量平衡管內的水流，根據值的大小控制一級泵的運轉頻率。如圖2所示，定義由B至A的流量為正值，反之為負值，1為設定的流量下限值，2為設定的流量上限值。

圖2 “旁通流量控制法”系統示意圖

當<1時，表明一級泵的流量小于二級泵的流量需求，此時需增大一級泵的運行頻率；

當1≤≤2時，表明一級泵的流量與二級泵的流量需求基本一致，一級泵的運行頻率不變；

當>2時，表明一級泵的流量大于二級泵的流量需求，此時需減小一級泵的運行頻率；

當系統水流量達到冷水機組允許的最低流量或水泵最低運行頻率時，水泵運行頻率不再變低，一級泵和二級泵的流量差通過平衡管旁通。相關的控制過程如圖3所示。

圖3 “旁通流量控制法”控制過程示意圖

平衡管上的流量傳感器需具有雙向測量水流量的功能，不可采用單向測量水流的流量傳感器。平衡管需有一定長度的直管段，以滿足流量傳感器的準確測量需求。

2.2 壓差控制法

在分、集水器之間設置壓差傳感器測量平衡管兩端的靜壓差△，并根據△值控制一級泵的運轉頻率。如圖4所示，定義△=P-P，（P、P分別為、點的壓力值），△1為設定壓差的下限值，△2為設定壓差的上限值。

圖4 “壓差控制法”系統示意圖

當△<△1時，表明一級泵的流量小于二級泵的流量需求，此時需增大一級泵的運行頻率；

當△1≤△≤△2時，表明一級泵的流量與二級泵的流量需求基本一致，一級泵的運行頻率不變；

當△>△2時，表明一級泵的流量大于二級泵的流量需求，此時需減小一級泵的運行頻率；

當系統水流量達到冷水機組允許的最低流量或水泵最低運行頻率時，水泵的運行頻率不再變低，一級泵和二級泵的流量差值通過平衡管旁通，相關的控制過程如圖5所示。

圖5 “壓差控制法”控制過程示意圖

因為不需要測量平衡管內的流量，所以“壓差控制法”對平衡管的直管段長度沒有要求。

2.3 總流量控制法

在一級泵供水主管設置流量計測量一級泵的總流量源，本文稱之為“冷源側總流量”；在二級泵各供水主管設置流量計測量二級泵的總流量負荷，本位稱之為“負荷側總流量”，根據冷源側總流量和負荷側總流量的差值控制一級泵的運轉頻率。

如圖6所示，冷源側流量傳感器測得的流量即為冷源側總流量源，負荷側總流量負荷=1+2+3+4。定義△=源-負荷，△1為設定的下限值，△2為設定的上限值。

圖6 “總流量控制法”系統示意圖

當△<△1時，表明一級泵的流量小于二級泵的流量需求，此時需增大一級泵的運行頻率；

當△1≤△≤△2，表明一級泵的流量與二級泵的流量需求基本一致，一級泵的運行頻率不變；

△>△2時，表明一級泵的流量大于二級泵的流量需求，此時需減小一級泵的運行頻率；

當系統水流量達到冷水機組允許的最低流量或水泵最低運行頻率時，水泵的運行頻率不再變低，一級泵和二級泵的流量差值通過平衡管旁通，相關的控制過程如圖7所示。因為不需要測量平衡管內的流量，所以“總流量控制法”對平衡管的直管段長度也沒有要求。

圖7 “總流量控制法”控制過程示意圖

3 一級泵變頻控制方法的注意事項

本文所述三種控制方法中，當控制信號為負值時，表明有空調回水經旁通管流入空調供水管；當控制信號為正值時，表明有空調供水經旁通管流入空調回水管?？刂菩盘柕纳?、下限設定值的絕對值越大，表明允許平衡管的旁通流量越大。在實際工程中，可根據情況調整設定上、下值的大小，滿足系統運行的不同需求。

由于一級泵采用了變頻控制的運行方式，平衡管內的最大旁通流量比一級泵定流量系統降低了，所以，旁通管的管徑也可以做的小一些；冷水機組需選用能夠允許變冷水流量的冷水機組。旁通管和冷水機組的選型要求同冷水機組變流量的一級泵變流量系統，具體做法可參考文獻[2]的相關要求，本文不做詳細描述。

4 結論

由以上分析可知，上述三種控制方法所涉及到的傳感器均為常規設備，控制邏輯也均為常規方法，因此，一級泵變頻的二級泵空調系統具有可實施性。

一級泵變頻的二級泵空調系統，可有效避免空調回水經平衡管大量進入空調供水管，從而杜絕了二級泵空調系統“低溫差綜合癥”的隱患。

一級泵變頻的二級泵空調系統，可有效避免空調供水經平衡管大量進入空調回水管，有利于系統的節能運行，同時可有效避免一級泵電機過載現象的發生。

[1] GB/T 50155—2015,供暖通風與空氣調節術語標準[S].北京:中國建筑工業出版社,2015.

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Feasibility Analysis of Variable Frequency Operation of the First Stage Pump in the Two Stage Pump Air Conditioning System

Jiang Lianchang

( A+E Design Co., Ltd, Shenzhen, 518031 )

The existing problems of the traditional two stage pump air conditioning water system are put forward. The control strategy of the first stage pump frequency conversion operation in the two stage pump air conditioning system is analyzed. Summing up the feasibility of the first stage pump frequency conversion operation in the two stage pump air conditioning system.

Secondary water pumping distribution system; Frequency conversion control of primary pump; Variable volume water system.

TU831.3

A

1671-6612（2019）04-410-04

江連昌（1980.12-），男，本科，高級工程師，E-mail：jlch80@163.com

2018-05-31