江連昌

二級(jí)泵空調(diào)系統(tǒng)中一級(jí)泵變頻運(yùn)行的可實(shí)施性研究

江連昌

（奧意建筑工程設(shè)計(jì)有限公司 深圳 518031）

提出傳統(tǒng)二級(jí)泵空調(diào)水系統(tǒng)存在的問(wèn)題，分析二級(jí)泵空調(diào)系統(tǒng)中一級(jí)泵變頻運(yùn)行的控制策略，總結(jié)二級(jí)泵空調(diào)系統(tǒng)中一級(jí)泵變頻運(yùn)行的可實(shí)施性。

二級(jí)泵系統(tǒng)；一級(jí)泵變頻控制；變流量水系統(tǒng)

0 引言

圖1 傳統(tǒng)二級(jí)泵空調(diào)系統(tǒng)示意圖

文獻(xiàn)[1]對(duì)二級(jí)泵系統(tǒng)的定義為：“冷源側(cè)設(shè)置定流量運(yùn)行的一級(jí)泵組，負(fù)荷側(cè)設(shè)置二級(jí)泵組的變流量空調(diào)冷水系統(tǒng)”，該定義的文字描述中明確要求二級(jí)泵系統(tǒng)的一級(jí)泵組采用定流量運(yùn)行的模式，目前行業(yè)中二級(jí)泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)也基本上都是按這種方式進(jìn)行設(shè)計(jì)的，本文稱之為“傳統(tǒng)二級(jí)泵系統(tǒng)”，其系統(tǒng)原理圖如圖1所示。

圖1所示的示意圖中，一級(jí)泵與冷水機(jī)組為“一對(duì)一”的接管方式，工程設(shè)計(jì)中也有采用“母管制”接管方式的情況，因一級(jí)水泵與冷水機(jī)組的接管方式不影響本文的研究結(jié)果，所以在未特殊說(shuō)明的情況下，本文以下提到的二級(jí)泵系統(tǒng)均為一級(jí)泵與冷水機(jī)組為“一對(duì)一”的系統(tǒng)。

在二級(jí)泵空調(diào)系統(tǒng)中，平衡管兩側(cè)的接管端點(diǎn)是一級(jí)泵和二級(jí)泵負(fù)擔(dān)管網(wǎng)阻力的分界點(diǎn)，如圖1所示，一級(jí)泵負(fù)擔(dān)節(jié)點(diǎn)A—冷水主機(jī)—節(jié)點(diǎn)B環(huán)路的管網(wǎng)阻力，二級(jí)泵負(fù)擔(dān)節(jié)點(diǎn)A—末端設(shè)備—節(jié)點(diǎn)B環(huán)路的管網(wǎng)阻力。當(dāng)一級(jí)泵的流量和二級(jí)泵的流量完全匹配時(shí)，平衡管內(nèi)無(wú)水流通過(guò)；當(dāng)一級(jí)泵的流量大于二級(jí)泵的流量時(shí)，平衡管內(nèi)水流方向?yàn)锽→A，旁通的這部分空調(diào)供水未能參與末端設(shè)備的供冷，浪費(fèi)了一級(jí)泵的運(yùn)行能耗；當(dāng)一級(jí)泵流量小于二級(jí)泵流量時(shí)，平衡管內(nèi)水流方向?yàn)锳→B，此時(shí)部分空調(diào)回水混入空調(diào)供水，會(huì)導(dǎo)致空調(diào)供水溫度升高、末端設(shè)備的制冷能力無(wú)法滿足要求而不斷要求加大二級(jí)泵轉(zhuǎn)速的“惡性循環(huán)”情況的發(fā)生，簡(jiǎn)稱“低溫差綜合癥”[2]。另外，當(dāng)部分負(fù)荷工況下只需要運(yùn)行一臺(tái)或少量的一級(jí)泵時(shí)，由于系統(tǒng)管網(wǎng)阻力減小，會(huì)出現(xiàn)一級(jí)泵流量過(guò)大、電機(jī)過(guò)載的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致系統(tǒng)不能正常運(yùn)行。本文擬通過(guò)分析研究，探索采用一級(jí)泵變頻控制方式解決上述問(wèn)題的可行性。

1 一級(jí)泵變頻的二級(jí)泵空調(diào)系統(tǒng)概述

一級(jí)泵變頻的二級(jí)泵空調(diào)系統(tǒng)與傳統(tǒng)二級(jí)泵空調(diào)系統(tǒng)的系統(tǒng)組成基本相同，都是由冷水機(jī)組、一級(jí)泵、二級(jí)泵、平衡管、變流量控制的空調(diào)末端系統(tǒng)及其它管路和附件組成。與傳統(tǒng)二級(jí)泵空調(diào)系統(tǒng)相比較，一級(jí)泵變頻的二級(jí)泵空調(diào)系統(tǒng)的主要特點(diǎn)為：一級(jí)泵采用變頻運(yùn)行的控制方式，一級(jí)泵的運(yùn)行頻率隨系統(tǒng)水流量需求的變化而變化。實(shí)現(xiàn)一級(jí)泵變頻運(yùn)行的控制方法有以下三種：

（1）測(cè)量平衡管內(nèi)的水流，通過(guò)調(diào)整一級(jí)泵的運(yùn)行頻率維持平衡管內(nèi)水流量等于或接近為零，此時(shí)平衡管內(nèi)近視為無(wú)水流通過(guò)，實(shí)現(xiàn)一級(jí)泵與二級(jí)泵的流量匹配，本文簡(jiǎn)稱為“旁通流量控制法”；

（2）測(cè)量分、集水器之間的壓差，通過(guò)調(diào)整一級(jí)泵的運(yùn)行頻率維持分、集水器之間的壓力差等于或接近為零，此時(shí)平衡管內(nèi)近視為無(wú)水流通過(guò)，實(shí)現(xiàn)一級(jí)泵與二級(jí)泵的流量匹配，本文簡(jiǎn)稱為“壓差控制法”。

（3）測(cè)量一級(jí)泵和二級(jí)泵的總流量值，通過(guò)調(diào)整一級(jí)泵的運(yùn)行頻率實(shí)現(xiàn)一級(jí)泵與二級(jí)泵的流量匹配，本文簡(jiǎn)稱為“總流量控制法”。

本文將對(duì)上述三種控制方法分別進(jìn)行分析。

2 一級(jí)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(shè)置流量傳感器測(cè)量平衡管內(nèi)的水流，根據(jù)值的大小控制一級(jí)泵的運(yùn)轉(zhuǎn)頻率。如圖2所示，定義由B至A的流量為正值，反之為負(fù)值，1為設(shè)定的流量下限值，2為設(shè)定的流量上限值。

圖2 “旁通流量控制法”系統(tǒng)示意圖

當(dāng)<1時(shí)，表明一級(jí)泵的流量小于二級(jí)泵的流量需求，此時(shí)需增大一級(jí)泵的運(yùn)行頻率；

當(dāng)1≤≤2時(shí)，表明一級(jí)泵的流量與二級(jí)泵的流量需求基本一致，一級(jí)泵的運(yùn)行頻率不變；

當(dāng)>2時(shí)，表明一級(jí)泵的流量大于二級(jí)泵的流量需求，此時(shí)需減小一級(jí)泵的運(yùn)行頻率；

當(dāng)系統(tǒng)水流量達(dá)到冷水機(jī)組允許的最低流量或水泵最低運(yùn)行頻率時(shí)，水泵運(yùn)行頻率不再變低，一級(jí)泵和二級(jí)泵的流量差通過(guò)平衡管旁通。相關(guān)的控制過(guò)程如圖3所示。

圖3 “旁通流量控制法”控制過(guò)程示意圖

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

2.2 壓差控制法

在分、集水器之間設(shè)置壓差傳感器測(cè)量平衡管兩端的靜壓差△，并根據(jù)△值控制一級(jí)泵的運(yùn)轉(zhuǎn)頻率。如圖4所示，定義△=P-P，（P、P分別為、點(diǎn)的壓力值），△1為設(shè)定壓差的下限值，△2為設(shè)定壓差的上限值。

圖4 “壓差控制法”系統(tǒng)示意圖

當(dāng)△<△1時(shí)，表明一級(jí)泵的流量小于二級(jí)泵的流量需求，此時(shí)需增大一級(jí)泵的運(yùn)行頻率；

當(dāng)△1≤△≤△2時(shí)，表明一級(jí)泵的流量與二級(jí)泵的流量需求基本一致，一級(jí)泵的運(yùn)行頻率不變；

當(dāng)△>△2時(shí)，表明一級(jí)泵的流量大于二級(jí)泵的流量需求，此時(shí)需減小一級(jí)泵的運(yùn)行頻率；

當(dāng)系統(tǒng)水流量達(dá)到冷水機(jī)組允許的最低流量或水泵最低運(yùn)行頻率時(shí)，水泵的運(yùn)行頻率不再變低，一級(jí)泵和二級(jí)泵的流量差值通過(guò)平衡管旁通，相關(guān)的控制過(guò)程如圖5所示。

圖5 “壓差控制法”控制過(guò)程示意圖

因?yàn)椴恍枰獪y(cè)量平衡管內(nèi)的流量，所以“壓差控制法”對(duì)平衡管的直管段長(zhǎng)度沒(méi)有要求。

2.3 總流量控制法

在一級(jí)泵供水主管設(shè)置流量計(jì)測(cè)量一級(jí)泵的總流量源，本文稱之為“冷源側(cè)總流量”；在二級(jí)泵各供水主管設(shè)置流量計(jì)測(cè)量二級(jí)泵的總流量負(fù)荷，本位稱之為“負(fù)荷側(cè)總流量”，根據(jù)冷源側(cè)總流量和負(fù)荷側(cè)總流量的差值控制一級(jí)泵的運(yùn)轉(zhuǎn)頻率。

如圖6所示，冷源側(cè)流量傳感器測(cè)得的流量即為冷源側(cè)總流量源，負(fù)荷側(cè)總流量負(fù)荷=1+2+3+4。定義△=源-負(fù)荷，△1為設(shè)定的下限值，△2為設(shè)定的上限值。

圖6 “總流量控制法”系統(tǒng)示意圖

當(dāng)△<△1時(shí)，表明一級(jí)泵的流量小于二級(jí)泵的流量需求，此時(shí)需增大一級(jí)泵的運(yùn)行頻率；

當(dāng)△1≤△≤△2，表明一級(jí)泵的流量與二級(jí)泵的流量需求基本一致，一級(jí)泵的運(yùn)行頻率不變；

△>△2時(shí)，表明一級(jí)泵的流量大于二級(jí)泵的流量需求，此時(shí)需減小一級(jí)泵的運(yùn)行頻率；

當(dāng)系統(tǒng)水流量達(dá)到冷水機(jī)組允許的最低流量或水泵最低運(yùn)行頻率時(shí)，水泵的運(yùn)行頻率不再變低，一級(jí)泵和二級(jí)泵的流量差值通過(guò)平衡管旁通，相關(guān)的控制過(guò)程如圖7所示。因?yàn)椴恍枰獪y(cè)量平衡管內(nèi)的流量，所以“總流量控制法”對(duì)平衡管的直管段長(zhǎng)度也沒(méi)有要求。

圖7 “總流量控制法”控制過(guò)程示意圖

3 一級(jí)泵變頻控制方法的注意事項(xiàng)

本文所述三種控制方法中，當(dāng)控制信號(hào)為負(fù)值時(shí)，表明有空調(diào)回水經(jīng)旁通管流入空調(diào)供水管；當(dāng)控制信號(hào)為正值時(shí)，表明有空調(diào)供水經(jīng)旁通管流入空調(diào)回水管。控制信號(hào)的上、下限設(shè)定值的絕對(duì)值越大，表明允許平衡管的旁通流量越大。在實(shí)際工程中，可根據(jù)情況調(diào)整設(shè)定上、下值的大小，滿足系統(tǒng)運(yùn)行的不同需求。

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

4 結(jié)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(guī)設(shè)備，控制邏輯也均為常規(guī)方法，因此，一級(jí)泵變頻的二級(jí)泵空調(diào)系統(tǒng)具有可實(shí)施性。

一級(jí)泵變頻的二級(jí)泵空調(diào)系統(tǒng)，可有效避免空調(diào)回水經(jīng)平衡管大量進(jìn)入空調(diào)供水管，從而杜絕了二級(jí)泵空調(diào)系統(tǒng)“低溫差綜合癥”的隱患。

一級(jí)泵變頻的二級(jí)泵空調(diào)系統(tǒng)，可有效避免空調(diào)供水經(jīng)平衡管大量進(jìn)入空調(diào)回水管，有利于系統(tǒng)的節(jié)能運(yùn)行，同時(shí)可有效避免一級(jí)泵電機(jī)過(guò)載現(xiàn)象的發(fā)生。

[1] GB/T 50155—2015,供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)術(shù)語(yǔ)標(biāo)準(zhǔn)[S].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2015.

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[3] GB 50189—2015,公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2015.

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[6] 中國(guó)建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院.全國(guó)民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施暖通空調(diào)﹒動(dòng)力（2009年版）[M].北京:中國(guó)計(jì)劃出版社,2009:91-95.

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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(jí)工程師，E-mail：jlch80@163.com

2018-05-31