关于空调二次水泵系统设计的探讨

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摘要: 我国建筑普遍存在暖通空调设备效率较低的问题。对于暖通空调而言, 水系统的控制设计关系到整个的节能。本文介绍了二次泵变流量系统的原理、特点及其在某高层建筑的设计，介绍了冷水机组及对应空调冷水泵运行台数的控制、冷冻水泵频率以及旁通阀门的控制，并给出了工程中是否采用二次泵系统的参考建议。

关键词：空调；水泵；控制

Abstract: China's building common HVAC equipment efficiency low problem. For HVAC, control water system design related to the energy saving. This paper introduces the principle, characteristics of the two primary pump variable flow system and its design in high-rise buildings, introduces the chiller and the corresponding number of operating control of chilled water pump, chilled water pump frequency and bypass valve control, and gives the two pump system reference suggestions whether engineering.

Key words: air conditioning; water pump; control

中图分类号:S611文献标识码：A文章编号：

引言

我国建筑普遍存在供暖及空调设备效率较低的问题。一般而言,空调能耗主要分为流体输送设备运行时所消耗的电能以及为了消除建筑物内热、湿负荷提供的冷、热源能耗。空调系统的运行费用，主要取决于整个空调系统的能耗，因此需要提高空调设备的效率、优化空调系统的设计。冷水系统是空调系统的主要组成部分，耗能设备包括冷水机组、冷却塔、冷水循环泵及冷却水循环泵等。因此, 因此优化水力输配系统，减少冷却塔和水泵运转能耗，对于建筑节能有着重要的意义。

一、空调二级泵水系统原理及运行特点

空调二级泵水系统由一次水系统及二次水系统组成。一次水系统主要包括制冷机、一级冷冻水泵及分、集水器; 二次水系统主要包括二级冷冻水泵、末端设备及分、集水器。二次水系统一般由两个以上环路组成, 每环路由一组二级泵供水。二级泵系统适用于各环路阻力相差较大的系统, 这样各环路二级泵扬程可根据相应环路阻力选择从而解决了传统式水系统中全部水泵扬程都需按最不利环路选择引起的浪费能量问题。

二、空调水系统二次泵的应用

本项目包含一栋100米高办公楼(1#楼)、2 栋60米住宅楼（2、3#楼）、配套商业服务、地下车库等，建筑分类为一类高层公共建筑。总建筑面积为164987㎡。其中地上建筑面积为107998㎡，地下建筑面积为56989㎡，建筑总高度99.85m，地上25 层，地下4 层。

2.1 空调水系统设计

该项目中1、2#楼采用二次泵变流量系统，故在此仅介绍1、2#楼，二次泵空调系统原理如图1 所示。1#楼和2#楼合用冷源，配置四台离心式冷水机组。其中三台离心式冷水机组制冷量为4571kW、一台离心式冷水机组制冷量为2285kW，机组设置在地下二层的独立制冷机房内。制冷机供回水温度为7℃～12℃。1#楼和2#楼合用热源，由地下二层热水锅炉房供给，热源供回水温度为50℃～60℃。

图1 二次泵空调系统原理图

1#楼部分空调冷水系统采用二次泵系统、四管制系统，水泵均设置在地下二层制冷机房内。1#楼裙房部分和2#楼空调冷水系统采用二次泵系统、两管制系统，水泵均设置在地下二层制冷机房内。空调冷热水系统竖向采用平衡阀异程式，通过高位膨胀水箱进行补水、定压。初级系统循环泵与冷水机组按一对一设置，水泵为工频泵。二次系统循环系统按场馆分组设置，水泵采用变频调速泵。两个系统以一条旁通管连接相通，便于均衡制冷机流量，并设置总供水、回水温度计、流量计以监视和控制制冷机组开关数量。

二次泵变流量系统的最大特点是，冷源侧一次泵的流量不变，负荷侧的二次泵根据末端负荷的变化调节流量。对于适应负荷变化能力较弱的冷水机组产品来说，保证流过蒸发器的流量不变才能防止蒸发器结冰，保证冷水机组出水温度的稳定。由于二次泵能根据末端负荷需求调节流量，与一次泵定流量系统相比，能节约相当一部分水泵能耗。

2.2 制冷系统的自动控制

1#与2#楼系统工作站设在1#楼一层裙房的消防控制室，系统分为三层架构：管理层、现场控制层和执行机构。管理层由系统工作站、服务器和管理软件构成；现场控制层的控制器采用直接数字控制器(DDC)控制箱设在设备机房或弱电间。箱体为挂墙明装，每个DDC 的输入输出接口数量与种类应与所控制的设备要求相适配，并留有10%~15%的余量。

(1)冷水机组及对应空调冷水泵运行台数的控制：控制系统根据冷冻水供水/回水温度和制冷机组运行的电流及冷媒压力、温度等参数，自动准确计算出空调系统实际所需要的冷负荷，从而自动调整制冷机组运行工况，从而达到最佳节能的目的。当整个空调系统负荷增加时，若负荷大于运行中冷水机组提供的最大负荷，且此状态持续10~15min，控制系统将采用“软启动”的模式进行加机运行，即首先降低正在运行机组的负荷，然后启动下一台冷水机组及对应的冷水泵，最后使得所有运行的机组按照相同的负荷工作。当整个空调系统负荷减小的时候，若减少某台冷水机组后，剩余机组提供的最大负荷满足空调负荷要求，且此状态持续10~15min，控制系统将采用“软关机”的模式进行减载运行。首先降低机组的运行工况，直至使系统负荷减少到可以停止一台冷水机组及对应的冷水泵。通过“软启动”和“软关机”可以避免机组在启动和停止时对电网造成的巨大冲击确保机组和配电站的安全。

(2)冷冻水泵频率以及旁通阀门的控制:控制系统根据集分水器上的压差传感器提供的压差信号,与设定值进行比较并自动调节冷冻水泵的转速，从而在保持系统压力平衡的同时充分发挥二次泵变流量的节能特性。控制系统随时检测系统冷冻水的实际流量，当实际流量接近单台冷水机组最低流量要求的时候，冷冻水系统的旁通阀门将会被逐步打开，以弥补系统流量的需要。同时在冷冻水流量发生变化的时候，控制系统将调节冷水机组内部装置的运行，使之满足低流量状态时的需要，同时保证机组的正常运行效率。

2.3 工程中是否采用二次泵系统的参考建议

(1)当环路总长度和水系统能效比不能满足公共建筑节能设计标准的要求时, 不应采用冷(热)源侧定流量的一次泵系统, 应采用水泵能够变速节能的二次泵(或其他)系统。

(2)负荷侧系统较大、阻力较高时, 宜采用在冷源侧设置一次泵(定流量)，在负荷侧设置二级泵(变流量)的二次泵系统; 当各区域管路阻力相差悬殊或各系统水温要求不同时, 宜按区域或按系统分别设置二级泵。

三、二级泵变频系统应注意的问题

3.1系统管网初平衡调节

空调水系统是天然不平衡的,在系统投人运行时若不进行平衡调节将导致系统运行水量分配失调而产生冷量分配不均和增加水泵输送能耗的不良现象。系统的平衡调节方法是将所有末端设备阀门全开,各水泵全速运行,调节各支路调节阀使最远端设备供回水压差等于该设备支路压力损失。各支路阀门一经调定日后运行将不再调整。

3.2末端压差传感器的设置

末端压差传感器的作用是保证最不利末端设备有足够的压力, 它安装的位置将决定系统的节能效果。若将压差传感器设置在供回水总管近端, 系统将按定压变流量运行,当实际流量小于设计最大流量时干管阻力减少值将全部消耗在末端设备及控制阀上,节能效果将极不理想; 将压差传感器安装在干管最远端可节省干管阻力减少部分的输送能量,但若各支路较长阻力占系统总阻力比例较大,则在过渡季节部分负荷工况下或支路上只有部分末端设备开启导致支路流里减少相应输送能量减少部分无法节省, 也不是最佳方案。将压差传感器安装在各支路最远端设备进出水管上,保证所有支路最远端设备的供回水压差等于设备最大压力损失将是最优方案,但考虑到投资成本可选择有代表性的支路设置,具体依实际工程而定。

四、结语

在二次泵变流量系统中，冷源侧一次泵的流量不变，负荷侧的二次泵根据末端负荷的变化调节流量，通过对冷水机组及对应空调冷水泵运行台数的控制、冷冻水泵频率以及旁通阀门的控制，达到节能的目的，与一次泵定流量系统相比，能节约相当一部分水泵能耗，对于建筑节能有着重要的意义。

参考文献

［1］陆耀庆.实用供热空调设计手册［M］.北京：中国建筑工业出版社,2007.2015-2020

［2］李培.二层泵变流量技术在工程中的应用［J］.建筑节能，2007，(6):21-22

［3］孙敏生，郑小梅，石卉.对空调水二次泵系统选用条件的思考［J］.暖通空调，2008,38(9):11-13