介紹了一次泵變流量係統的特點，分析了冷凍水變流量運行的技術關鍵，並且對其進行了能耗與經濟性分析；說明了與一次泵定流量係統和二次泵係統相比，一次泵變流量係統在節省水泵能耗方麵有很大的優勢，具有很好的應用前景。
關鍵詞：一次泵變流量；一次泵定流量；二次泵；節能；經濟性
１、前言
一次泵變流量係統是根據負荷的變化，利用水泵變頻調節一次水流量來達到節能的目的。隨著製冷機技術的不斷提高以及自控技術的發展,變流量技術的可靠性已經大大提高,同時由於水泵的功率與流量的三次成正比,降低係統的水流量可以大大的降低水泵的能耗,因此一次泵變流量係統具有巨大的節能潛力。本文將結合已普遍應用的一次泵定流量係統和二次泵係統，對一次泵變流量係統的應用進行探討。
2、空調水係統形式
2.1、一次泵定流量係統 一次泵定流量係統如圖1(a)所示。該係統中通常每台機組配有一台水泵，水泵保持定流量運行，水泵與機組聯動，當加載一台冷水機組時，其對應的水泵先啟動，當減載一台機組時,先關閉機組,然後關閉水泵；係統末端安裝電動二通調節閥,中間的旁通管上設有壓差旁通閥,用來平衡一次水和二次水的流量。機組的加減機控製分別是通過控製供水溫度和旁通水量來實現的。當供水溫度高於設定溫度運行一段時間(通常為10~15min)，就會啟動另一台冷水機組,當旁通水量達到單台機組設計流量的110%~120%，並持續運行一段時間(通常10~15min)，係統會減載一台機組。
2.2、二次泵係統 二次泵係統如圖1(b)所示。該係統中每台機組同樣需要配備一台定速一次泵來維持恒定流量，一次泵與機組聯動,係統加減機組的控製原理也與一次泵定流量係統相同；係統末端采用二通調節閥調節流量，二次水根據係統最遠端的壓差變化變頻調節二次泵轉速來維持設定的壓差值;二次泵係統的旁通管不需要設壓差控製器。
2.3、一次泵變流量係統 一次泵變流量係統見圖1(c)。該係統采用變頻調節，不設定泵速,旁通管上設有壓差控製閥。當係統水量降低到單台冷水機組的最小允許流量時,旁通一部分水量,使冷水機組維持定流量運行。最小流量由流量計或壓差傳感器測得。係統末端仍然安裝二通調節閥,水泵的轉速由係統最遠端壓差的變化來控製。冷水機組和水泵不必一一對應,它們的啟停也分別獨立控製。該係統的加機控製原理仍是控製機組的出水溫度,而減機控製原理是以負荷為依據,通過運行電流比來控製。
3、一次泵變流量係統的技術關鍵
3.1、冷水機組的流量範圍 由於受傳熱效率等因素的影響,為了安全運行和防止蒸發器結冰,一次水流量必須在一定範圍內,因此需要選擇最小流量盡可能低的冷水機組。機組蒸發器最小流量由其類型、回程以及管束尺寸決定。同時,對不同的機組效率也對應不同的蒸發器最小流量。一般,機組效率越高,機組蒸發器流量變化的範圍就越窄。目前離心機的最小流量一般都能達到設計流量的30%左右。
3.2、冷水機組的部分負荷特性 如圖2所示(以1000t離心機為例)，在負荷為50%~100%的範圍內,蒸發器分別為定流量和變流量的冷水機組的效率幾乎是相同的。圖3所示為變流量時流量與壓降的變化曲線(以1000t離心機為例)。由圖3可知,在蒸發器可變範圍內機組負荷與流量壓降基本成線性關係。
3.3、旁通控製閥 旁通控製閥的選型一定要合理。閥門的流量必須滿足單台冷水機組的最小流量，並且應具有線性控製特性，即流量與閥門的開度成線性關係。當係統壓力減小，閥門仍然可以正常打開，當係統壓力升高,閥門應具有正確的關斷能力，並且在設計壓力下不滲漏。閥門還必須有彈簧複位功能，當係統關閉或流量測定裝置失靈時,為了確保冷水機組的安全運行，閥門自動複位到開啟狀態。盡量縮短流量測定的信號和閥門控製信號的時間滯後，以提高反應和控製速度。
3.4、可允許流量變化率 可允許流量變化率(即冷水機組所允許的，每分鍾相對設計流量的變化率)是一次泵變流量係統中冷水機組選型的重要參數。 在係統發生加減冷水機組時會出現最大的流量變化。如圖4所示,當係統在一台機組運行的狀態下,加載另一台機組的瞬間,兩台機組的流量各自減少和增加了50%。當機組內流量減少50%的瞬間，機組會計算出溫差需要加倍，這意味著冷凍水的出水溫度要大大降低，甚至降到零度以下。在這種情況下，機組會根據溫度判斷蒸發器將結冰，於是機組控製器會做出停機或卸載的指令。實際上，閥門打開需要一定時間，並不是瞬時完成的，但是在短時間內完成如此大的流量變化仍然存在上述危險。
解決這一問題的通常做法是：在加載一台冷水機組之前,先卸載正在運行的機組。但是對於出水溫度精度要求較高的工藝性空調來說，不能有很長的卸載時間。因此，在機組選型時，可允許流量變化率的值越高越好。在一般的一次泵變流量係統中，可允許流量變化率應至少取25%~30%。這意味著加載一台冷水機組後,大約需要1.5min係統就可以穩定下來。
4、能耗與經濟性分析
對空調係統來說，在大部分的運行時間內，係統的負荷在75%左右。對於一次泵定流量係統來說，若總是維持100%的設計流量，則會造成大流量小溫差現象。為了循環旁通管內的水量，則導致水泵的能耗被白白浪費。對於二次泵係統來說，由於二次水側采用變頻調節，能耗比比一次泵定流量係統有所降低，但由於其一次水側仍保持定流量運行，仍會造成部分水泵能耗浪費。
一次泵變流量係統的水量根據末端負荷的變化來調節，隻有在達到冷水機組最小允許流量時維持定流量運行，因此最大限度地節省了水泵的能耗。下麵將通過一個具體的例子對三種水係統形式的能耗進行分析。
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Q=280m3/h,H=44m,P=55kW
B125－100－200A×2:
Q=187m3/h,H=44m,P=37kW (2)二次泵變流量 一次泵: IS200－150－250×2:
Q=280m3/h,H=20m,P=37kW
IS150－125－315A×2:
Q=187m3/h,H=20m,P=22Kw 二次泵: IS200－150－315A×2:
Q=280m3/h,H=44m,P=55kW
IS150－125－400A:
Q=187m3/h,H=38m,P=37Kw (3)一次泵變流量 IS200－150－315A×2:
Q=280m3/h,H=44m,P=55kW
IS125－100－200A×2:
Q=187m3/h,H=44m,P=37kW
利用Trace700對這3個水係統方案進行比較,結果如表1所示。
從表1可以明顯地看出一次泵變流量係統在冷卻水泵上的節能效果是十分明顯的。就水泵的能耗來說，其比一次泵定流量係統節約了75%，比二次泵變流量係統節約了60%。
注：回報周期：一次泵變流量與一次泵定流量：2年；二次泵變流量與一次泵定流量：5.2年。 但是,在實際工程中，業主不僅關注節能效果，對經濟效益更加關注。如果初投資過大，因收周期太長，就會降低業主使用這項節能技術的積極性。表2給出了對上述三種方案進行經濟性分析的結果，結果表明一次泵變流量係統所增加的投資隻需要2年就可以回收。
5、結論
(1)隨著製冷機技術與自控技術的發展，冷水機組變流量運行的安全性已可以得到保障，突破冷水機組定流量的設計理念成為可能；同時，變流量係統自控係統也比其他水係統形式複雜很多；
(2)一次泵變流量係統利用變頻裝置，根據末端負荷調節係統水流量，最大限度地降低了水泵的能耗，與傳統的一次泵定流量係統和二次泵係統相比具有很大的節能優勢，對空調係統節能具有很大意義；
(3)目前，一次泵變流量技術的推廣尚處在起步階段，一次泵變流量係統得以應用的工程實例還很少，但也正是因此，這項技術還有相當大的應用潛力。
