空调变水量系统水泵变频问题分析

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1、空调变水量系统水泵变频问题分析（李建兴、高林）天津市市政工程设计研究院李建兴总后勤部建筑设计研究院高林摘要：本文在综合考虑变频器、电机及水泵效率影响下，分析了空调变水量系统在变工况条件下水泵与管网工作的特性曲线变化，对变水量设计中存在的水泵选型与系统控制问题进行了探讨。通过分析变频水泵及管网系统在变工况下的特性曲线，得出影响水泵变频节能效果的主要因素和变频调速的适用范围。主要结论为：对于变速泵与定速泵的并联运行，由于变速泵在流量减少的同时扬程也在降低，与定速泵并联不仅会限制变速泵的变速范围，而且也容易造成定速泵的过流；由于存在用户负荷多样性

2、，部分负荷下最不利工况点的位置是变化的，远端控制未必能够满足系统工况要求；综合考虑三者效率变化影响，系统在较低负荷运行时单纯依靠变频调节并不一定节能。关键词：变水量系统变频调速节能空调系统采用变水量设计可以节约大量输送能耗，不同的水泵控制策略对其节能效果影响明显。压差控制和温度控制是工程中常采用的两种控制方式。关于变水量系统的压差控制，由于忽略对变频水泵及管网在变工况下的工作特性分析，在设计和应用中往往会导致水泵选型不当，影响其节能效益发挥。1变速泵与定速泵的并联运行在变水量系统设计中，经常采用变速泵与定速泵并联运行的配置，认为这样既可节省

3、变频器投资，又兼具台数调节和变频调节的节能优势。随着空调负荷降低，流量需求减少，变速泵减速运行。当流量减少达到单台泵流量时，切掉一台水泵。然而，这种配置的实际运行效果如何呢？图1为两台水泵并联运行的情况，额定转速1450rpm。设计工况点C流量1080m3/h，扬程30mH2O，运行工况点A流量960m3/h，扬程24.5mH2O。定速泵流量由540m3/h增加到690m3/h，变速泵流量由540m3/h减少到270m3/h。变速泵转速1300rpm，为额转速的90%，若变速泵单独运行，只需750rpm（50%额定转速）即可提供270m3/

4、h的流量[1]。此外，由于定速泵的存在，变速泵处于高扬程、低流量下运行，水泵效率较低。图1变速泵与定速泵的并联运行由上分析可知，变速泵与定速泵并联运行时不仅会限制变速泵的变速范围，而且也容易造成定速泵的过流。若水泵只按设计工况选型，变速调节时水泵电机有可能过载，特别是处于水泵切换点附近。对于双泵并联系统，水泵可能发生过载的系统流量范围约为50%～70%，对应的实际负荷约为设计负荷的70%～90%。对于典型空调负荷分布来说，此负荷范围的时间频率约为60%，换言之，大部分时间内水泵处于过流状态。对于变速泵与定速泵的并联运行，增加水泵并联台数也是

5、不可取的。如前所述，由于单泵单独运行流量大于其在并联运行时的流量，并联台数越多，流量增加也越多，越容易发生水泵过流，加之并联台数较多时系统流量增加有限，并联作用并不明显。因此，一般采用母管制连接的水泵并联台数不宜超过4台（一机对一泵的形式除外）。实际工程中，解决水泵变频问题可以采用两种方法。一是均采用变频调节，形成多泵并联、变速调节的系统形式；二是仍采用一变多定、轮换运行的系统形式，但需核算水泵单独运行时电机是否过载。但是，第二种形式仍是不推荐采用的，因为此时水泵配用电机功率要大1～2号，造成电机效率下降，所需变频器容量也有所增加。2关于变

6、水量系统的压差控制通俗地讲，变水量系统的控制就是选择哪个参数作为水泵变频的依据。据此原则我们可以把变水量系统的控制方式分为温度控制、压差控制和阀位控制三种。所谓温度控制可以是恒定回水温度或供回水温差。供水温度一般由冷机控制，随室外温度变化以消除比例负荷（详见后：负荷多样性）。简单分析末端设备的热力特性就可知在部分负荷下末端设备的温差应该是增大的（相当于增加了换热面积），这样恒定回水温度便是不可取的了。恒定供回水温差也是欠妥的，因为必须保证在减少流量的同时升高供水温度，否则温差会是增加的。笔者注意到恒定供回水温差控制的变水量系统在实际工程并不

7、少见，这只是用温差控制手段来消除系统大流量小温差运行的弊端，本应通过合理的水力计算、设备选型和初调平衡来解决，这样的系统并不是真正意义上的变水量系统。实践中，压差控制是变水量系统较多采用一种控制方式，通过监视管网系统中压差变化及时调整水泵转速实现变频调节。但是关于设置压差传感器位置和数目存在较多争议。2．1负荷多样性一般而言，变水量系统的负荷变化可分为两种：比例负荷和非比例负荷。比例负荷主要是由室外温度等共同扰量作用下引起的负荷改变，在所有用户处均表现为等比例变化。非比例负荷是由用户自主调节等随机扰量引起的，即用户负荷的多样性。比例负荷一般

8、通过集中调节冷机供水温度解决，非比例负荷主要由水泵变频调节消除。负荷多样性反映在系统流量与压差关系图上则表现为一簇曲线，如图2所示。图中横坐标Q表示系统流量需求，纵坐标△P表示相