一次泵变流量系统201105
一次泵变流量系统设计要点
空调冷水一次泵变流量系统设计要点山东省建筑设计研究院 于晓明 赵建博 石颖李向东摘 要：对空调冷水一次泵变流量系统的原理及组成、优点及适用性进行了详细的介绍，并从冷水机组的选择、冷水机组的启停控制、冷水泵的选择及控制、旁通管及旁通控制阀的配置、压差及流量传感器的选择等五个方面，对其设计要点进行了阐述。
关键词：空调 一次泵变流量系统 设计1 引言随着我国经济的发展和人民生活水平的不断提高，空调得到越来越多的应用，但是空调的普及使得空调能耗在生产和生活总能耗中所占的比重越来越大。
空调系统能耗约占整个建筑能耗的35%以上，其中中央空调冷水和冷却水系统能耗约占空调系统总能耗的30%。
工程实践表明，导致中央空调系统电耗高的主要原因是由于目前我国大型建筑空调冷水系统多为定流量系统，且系统运行中普遍存在“大流量，小温差”的问题，由此造成冷水循环泵扬程过大、电耗过高。
空调冷水一次泵变流量系统通过改变输送管网内的冷水流量满足用户负荷要求，可有效降低系统输送能耗，具有较大节能潜力，因此得到越来越广泛的应用。
本文将就空调冷水一次泵变流量系统的设计要点进行探讨，以供同行在工程设计中参考。
2 空调冷水一次泵变流量系统的原理及组成2.1 原理空调冷水一次泵变流量系统的工作原理：一方面是在负荷侧通过调节电动两通调节阀的开度改变流经末端设备的冷水流量，以适应末端用户空调负荷的变化；另一方面是在冷源侧采用可变流量的冷水机组和变频调速冷水泵，使蒸发器侧流量随负荷侧流量的变化而改变，从而最大限度地降低冷水循环泵的能耗。
同时，要确保通过冷水机组蒸发器的水流量在安全流量范围内变化，维持冷水机组的蒸发温度和蒸发压力相对稳定，保证冷水机组能效比相对变化不大。
2.2 组成空调冷水一次泵变流量系统的典型配置如图1所示。
在冷源侧配置变频泵，每台冷水机组的进（出）水管上设置慢开慢关型隔断阀，冷水泵与冷水机组不必一一对应设置，且二者启停应分开控制；在空调冷水总供回水管之间设置旁通管，旁通管上设置旁通控制阀（电动调节阀），当负荷侧冷水量小于单台冷水机组的许可最小流量时，旁通管上的电动调节阀打开，使流经冷水机组蒸发器的最小流量为负荷侧冷水量与旁通管流量之和，最小流量由流量计或压差传感器测得。
一次泵变流量系统.
75% System Load
Secondary Pumps 2250 GPM @ 44.0 °F
53.0 °F 44.0 °F 44.0 °F Typical Coil 44.0 °F 750 GPM @ 44.0 °F 56.0 °F 3000 GPM @ 53.0 °F 2250 GPM @ 56.0 °F
负荷控制
旁通管
控制要求
机组及分布系 统（水系统） 流量需求独立. 流量需求和机组负 荷对应 通过调节阀旁 平衡一次和二次水 通机组最小水 路 流量 复杂 简单
设计负荷下的一次/二次泵系统
56.0 °F 44.0 °F
500 ton chillers 1000 GPM Each 56.0-44.0°F
Secondary Pumps 56.0 °F 44.0 °F 44.0 °F 56.0 °F 44.0 °F No flow 56.0 °F Typical Coil 3000 GPM @ 44.0 °F
Primary Pumps 1000 GPM Each
3000 GPM @ 56.0 °F
部分负荷下的一次/二次泵系统
53.0 °F
Primary Pumps 1000 GPM Each
一次/二次泵系统: Low Δ T
OFF 50% System Load
Secondary Pumps 1500 GPM @ 44.0 °F 53.0 °F 44.0 °F 44.0 °F Typical Coil 44.0 °F 500 GPM @ 44.0 °F 56.0 °F 2000 GPM @ 53.0 °F 1500 GPM @ 56.0 °F
500 ton chillers 1000 GPM Each 56.0-44.0°F
一次泵变流量系统201105
Chiller off
系统流量低于机组最小流量
Closed
200 GPM @ 44.0 °F
50.0 Primary Pumps °F 400 GPM (one operating)
400 GPM @ 50.0 °F
44.0 °F
Bypass Open 200 GPM @ 44.0
Flowmeter
44.0 °F
44.0 °F
750 GPM @ 44.0 °F
2250 GPM @ 56.0 °F
44.0 °F Typical Coil
56.0 °F
一次/二次泵系统: Low Δ T
OFF
50% System Load
53.0 °F
53.0 °F
Primary Pumps 1000 GPM Each
有很多应用实例 能承受 50%流量变化率/分钟
减机时不会出现任何问题 先进的控制顺序增加了系统稳定性
能同时协调控制机组负荷，机组侧调节阀和负荷侧 调节阀
最小限制流量为30% VSD与VPF完美结合，使水系统节能达到最大化
VSD是冷水机组本身变频，大大节约能耗 VPF是冷冻水泵变频，节约冷冻水运送能耗 对于一个系统，冷水机组的输入电功率远大于水泵
的输入电功率，因此VSD能节约更多的能耗
总结
VPF 系统能节能和节省初投资 实施和控制的复杂性增加 在许多应用场合下，是一种好的选择，
但并不是任何一个应用场合的最佳 选择
VPF
Variable-Primary-Flow Systems may…
Reduce Energy Use Reduce First Costs Reduce Operating Costs
二次泵系统与一次泵变流量系统优缺点、设计要点及控制逻辑
一次泵变流量系统(VPF)1、控制方式冰机控制负荷测定：蒸发器的流量和温差冷量调节：与活塞机组的介跃调节不一样,行状态,,控制蒸发温度,调节制冷量,最终达到加载、卸载,,可精确调节到负荷要求,求出所需的加载/卸载量,信号,每0.3%地增加或减小导叶的开启度,,实现无级调节。
加载时,导叶开启度增大;±0.3℃以内。
见图2。
容量不变。
见表1。
3所示,系统控制和实施控制操作控制,冷水温度不断下降,达到制,这时进行卸载过程,导叶逐渐关小,如果负荷过低,使机组导叶(或导叶已关到最小),则导叶维持该状态运行,出水温度将进一步下降,当下降到低于出水温度设定点3℃以下时,则机组由控制系统控制进行安全关机。
或进入再循环运行模式控制。
冰机加减机：加机（4种方式？）：1.冷冻水系统供水温度TS1高于系统设定温度TSS并持续一段时间2.压缩机运行电流百分比（适用于出水温度精度要求高的场合，需要注意机组出力和运行电流不符合的情况）3.计算负载4.如运转中主机已达最大流量，则须加开一台主机(发生机率不高)。
减机：1.依压缩机电流百分比（1运行机组台数%RLA(运行机组)%设定-∑≥）2.flow*△T3.系统流量20%，并持续20分钟（可调），冷冻站管从而对制冷单元的启用选择和制冷单元水泵控制水泵控制依据：压差为主（用户侧压差控制，最好是最不利处用户，各回路都是并联，有区别吗），温差为辅的空调冷冻水控制。
（应该是压差控制或温差控制？）通过安装在冷冻水管供回水压差传感器测量供回水之间的压差,与设定压差比较,采用PID 运算策略,调节冷冻水泵转速满足系统流量:水泵加减台数方案：目前，确定泵组运行台数的一般原则为台数最少原则，即单台泵可以满足使用需求，则不使用多台泵；在多台泵并联的泵组系统中，两台泵可以满足使用需求，则不使用三台泵，以此类推。
传统的加减载模式为当运行中的泵组均升至最大频率时，则将泵的数量加载一台；运行中的泵组均降至（设定）最小频率时，则将泵的数量减载一台。
一次泵变流量系统的原理和工作过程
《认识立体图形》案例分析【教学片断】：一、导入：同学们，我们每个小组的小朋友面前都有一个袋子，这个袋子里装着你们组小朋友带来的各种形状，大大小小的盒子。
二、仔细观察，分一分：1、这些物品中，有形状相同的吗？请每组的同学把你们组形状相同的物品放在一起，比一比，哪个组的同学分得又快又好。
2、小组同学分物品，师巡视。
3、说一说，你们为什么把这几样物品放在一起（先小组讨论，再派代表汇报，小组讨论结果，引导学生用自己的语言描述这四种图形的特征）。
4、根据学生的分法归纳：球是圆溜溜的，能滚来滚去的物体，请同学们摸一摸，滚一滚（板书：球）像圆铅笔，茶叶罐，直直的圆圆的，两边是圆圆的平平的，不管它是长的还是短的，不管是粗的还是细的都叫圆柱（板书：圆柱）像牙膏盒这样长长方方的物体，叫它长方体（板书：长方体）四四方方的物体，我们叫它正方体（板书：正方体）提问：长方体和正方体有什么不同的地方？三、初步理解物体的本质特征:1、出示几样实物和模型，请学生很快说出它的名称。
说出图形名称，请学生找出相应的模型（在学具中找）。
2、请学生拿出学具摸一摸，推一推，滚一滚，说出操作时的感受。
3、搭一搭：用学具搭一个自己喜欢的造型，先想想搭什么然后再看看哪些物品可做建筑材料哪些搭起来方便，哪些不方便，为什么？4、举例说说在生活中有没有这样的物体？【反思】：我在上这节课时打破了传统的教学方式，敢于开放课堂，利用一年级小学生好奇、好动、好学的特点，为学生提供充足的学习时间和空间，充分放手让学生观察实践，合作交流，主动探究来理解知识，运用知识。
在课堂中，我在学习形式上采用了小组合作学习”，以小组合作探究贯穿整节课，在学习内容上，尽量体现了数学与现实生活的联系，让学生觉得数学就在自己身边，利用数学本身的魅力去吸引学生。
为此，我认为在这节课中，有这样两方面做得比较出色：一、重视小组合作，发挥学生的主体作用。
在课一开始，我就以四人小组为单位，一起探究，让学生数一数一共有几样物体？有没有形状相同的？并把形状相同的放在一起？想一想为什么这样分？……这些都在四人小组的共同探讨、交流下完成的，小组交流的学习形式为学生创设了主动参与学习活动的情境，有效的调动了每一位学生积极活动的热情，使学生能自觉地参与到学习过程中去，体现了学生是数学学习的主人”这一基本理念。
一次泵变流量系统研究现状综述
一次泵变流量系统研究现状综述【摘要】本文对一次泵变流量系统进行了综述，包括其基本原理、应用领域、研究方法、发展趋势、优势与劣势等方面的内容。
通过对该系统的分析，可以发现其在工业领域具有广泛的应用前景，并且在能源节约和环保方面有着重要作用。
未来发展方向包括提高系统的智能化程度、降低成本和提高系统的稳定性。
而重点研究方向则需要注重系统的优化设计和性能提升。
为了实现系统的创新，需要不断探索新的技术和方法，推动一次泵变流量系统向更高水平发展。
【关键词】一次泵变流量系统、研究现状、基本原理、应用领域、研究方法、发展趋势、优势、劣势、未来发展方向、重点研究方向、创新思路。
1. 引言1.1 一次泵变流量系统研究现状综述一次泵变流量系统是一种能够根据需要自动调节流量的系统，能够显著提高系统的效率和节能性能。
目前，在工业生产、农业灌溉、城市供水等领域得到广泛应用。
随着科技的不断发展，一次泵变流量系统的研究也在不断深入。
目前，关于一次泵变流量系统的研究主要集中在以下方面：一是系统的基本原理研究，包括系统的结构设计、工作原理和控制方法等；二是系统在各个领域的应用研究，包括在工业生产中的应用、农业灌溉中的应用等；三是系统的研究方法，包括数值模拟、实验验证等方法；四是系统的发展趋势，包括智能化、自适应等方向；五是系统的优势与劣势，包括节能、稳定性等方面。
一次泵变流量系统的研究现状较为丰富，但仍存在许多问题有待解决。
未来，可以从提高系统的智能化水平、优化控制方法、降低成本等方面进行研究，以进一步推动一次泵变流量系统的发展。
2. 正文2.1 一次泵变流量系统的基本原理一次泵变流量系统的基本原理是指通过对泵的转速或出口阀门的开度进行调节，来实现泵的流量输出的调节。
在一次泵变流量系统中，通常会采用变频器或调速器来控制泵的转速，或者采用调节阀门的开度来实现流量的调节。
通过改变泵的转速或阀门的开度，可以改变泵的输出流量，从而实现系统中流体的输送和控制。
一次泵变流量系统
Chiller off
Chiller on
0:20:00
0:30:00
Tim e (hour:m in:sec)
0:40:00
1,500.00
1,300.00
1,100.00
900.00
700.00
500.00
300.00
100.00
-100.00
C h ille r off
-300.00
• 最不利末端压差进行控制
• 二次侧节能
• 全程阻力降选泵（蒸发器，盘管 、控制阀、管道等）
• 同左
• 全程节能
• 没有阀门等阻碍物 • 设计为 最大 单台冷冻机流量
二次侧供水温度（旁通水流方向 ）/旁通水流量
• 压差旁通阀
• 设计为最小单台冷冻机的最小 允许流量（额定冷量差额〈 50%）
电流量
旁通流量
冷水生产侧 负荷侧
加/减冷冻机， 供水温度，或旁通水流方向 当旁通水流量支援供水时，也就是旁通管内的水 流方向是从回水侧流向供水侧，加机； 或，当供水温度大于设定值时，表明投入的主机 数量不够，加机
旁通水流方向和水流量 当旁通管内的水流是从供水侧流向回水侧，并且 旁通水流量达到一台主机水流量的110%，减机；
Minimal pressure drop in bypass pipe
一次泵蒸发器侧变流量，用户侧变流量
三个环路： 1. 室温与末端两通阀 2. 末端最不利压差与水泵变频器 3. 最小流量时：
蒸发侧流量或压差与旁通阀
一次泵蒸发器侧变流量，用户侧变流量
VFD
FM
300 m3/h
三个环路： 1. 室温与末端两通阀 2. 末端最不利压差与水泵变频器 3. 最小流量时：
一次泵变流量系统原理
一次泵变流量系统原理
一次泵变流量系统的原理主要是通过调节末端设备上的电动两通调节阀的开度，改变流经末端设备的冷水流量，以适应末端用户空调负荷的变化。
在冷源侧，采用可变流量的冷水机组和变频冷冻水泵，使蒸发器侧流量随负荷侧流量的变化而变化，从而最大限度地降低冷水泵的能耗。
此外，当系统负荷减小，水泵流量减小接近蒸发器最低限流量时，通常需要设置旁通，打开旁通阀减小系统阻力，让部分流量直接流经旁通管而进入蒸发器，保证蒸发器的流量不小于最低流量要求。
该系统的优点在于能够最大限度地降低冷水泵的能耗，适应末端用户的负荷变化，提高系统运行的稳定性和节能性。
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VPF 系统
Primary Pumps
Bypass Flow Meter
Typical load with two way valve
系统设计要点
蒸发器水流量限制
标准换热管满液式蒸发器,一般水流速最小限 制为0.45m/s
干式(DX)蒸发器的限制通常用 GPM/ton表示, 参考供应商提供的 最小/最大流量参数. 典 型的最小流量约1-1.5 gpm/ton, 最大约 3-4 gpm/ton.(1 gpm=0.063 L/S)
44.0 500 ton chillers °F 1000 GPM Each
56.0-44.0°F
Secondary Pumps 3000 GPM @ 44.0 °F
44.0 °F
44.0 °F
No flow
44.0 °F Typical Coil
56.0 °F
部分负荷下的一次/二次泵系统
53.0 °F
VPF
44.0
TONS STAY
°F
THE SAME!!
Tons = GPM *T
Secondary Pumps
24
2250 GPM @ 44.0 °F
44.0 °F
44.0 °F
750 GPM @ 44.0 °F
2250 GPM @ 52.0 °F
44.0 °F Typical Coil
52.0 °F
Automatic Isolation Valve
流量需求和负荷需求是独立的 – 关键问题
VPF 系统设计与运行中的问题
系统实施、调试增加难度 蒸发器水流量突然变化
加机的时候容易出现问题
使用同型号同压力降的机组时,系统运行会 比较好
需要更加复杂的控制系统
需要同时控制机组的负荷调节和水量调节阀 更加复杂的旁通控制
Automatic Isolation Valve
系统设计要点
VPF系统成功的关键：
1、冷水机组最小允许水流量：一般要小于设计流量的 50% 2、冷水机组能承受的水流量变化率，即每分钟的水流 的改变量，% full flow/min：一般推荐25~30% 3、旁通管上安装隔离阀，总管上安装灵敏流量计，用 来控制隔离阀的开启 4、机组群控系统
YORK 能力
Typical load with two way valve
部分负荷下的VPF 系统
Automatic Isolation Valve Closed
Chiller off
Chiller off
系统流量低于机组最小流量
Closed
200 GPM @ 44.0 °F
50.0 Primary Pumps °F 400 GPM (one operating)
通过调节阀旁 通机组最小水 流量 复杂
一次/二次泵系统 恒速一次泵，变速 二次泵 仅分布系统
流量需求和机组负 荷对应 平衡一次和二次水 路
简单
设计负荷下的一次/二次泵系统
56.0 °F
56.0 °F
56.0 °F Primary Pumps 1000 GPM Each
3000 GPM @ 56.0 °F
设计负荷下的VPF 系统
500 ton chillers 1000 GPM Each 56.0-44.0°F
44.0 °F
44.0 °F
44.0 °F
Bypass Closed
3000 GPM @ 44.0 °F
Typical load with two way valve
部分负荷下的VPF 系统
VPF 与一次/二次泵系统的主要区别
减少了一组泵 蒸发器水流量变化 冷冻水流量的控制和冷量的控制是分开独立
的 – 关键区别 旁通管的作用改变 流量计和控制系统是必不可少的
VPF 与一次/二次泵系统的主要区别
泵 变流量 负荷控制 旁通管
控制要求
VPF系统 变速一次泵
机组及分布系 统（水系统） 流量需求独立.
400 GPM @ 50.0 °F
44.0 °F
Bypass Open 200 GPM @ 44.0
Flowmeter
200 GPM @ 56.0 °F
Typical load with two way valve
VPF 系统的优点
降低初投资
减少了一组泵,电机及基础 更少的管路和电力接线 减少安装费用 更小的旁通管 但是要增加流量计
VPF 系统
Primary Pumps
Bypass Flow Meter
Typical load with two way valve
Automatic Isolation Valve 56.0
°F
56.0 °F
56.0 Primary Pumps °F 1000 GPM Each
3000 GPM @ 56.0 °F
VPF 系统的优点
减少机房面积
提供更多的建筑面积用于出租 或者, 给其他设备提供空间
更高的稳定性
减少了机电设备 任何一台泵都可以服务与冷水机组
VPF 系统的优点
节能-减少水泵能耗
节约能耗 3 ~ 8 %
VPF 系统的优点
克服低ΔT综合症
冷水机组不再根据流量需求加载(Chillers are not staged on by flow requirements)
一次泵变流量系统 VPF System
内容:
什么是一次泵变流量(VPF)? VPF 与一次/二次泵系统的主要区别 一次/二次泵系统 一次泵变流量系统(VPF) 一次泵变流量(VPF)的优点 一次泵变流量系统(VPF) 设计要点
什么是一次泵变流量(VPF)?
相比较一次/二次泵系统,减少了一组泵 流过蒸发器的流量变化 某些方面的特征类似一次/二次泵系统
44.0 °F Typical Coil
56.0 °F
一次/二次泵系统: Low Δ T
OFF
50% System Load
53.0 °F
53.0 °F
Primary Pumps 1000 GPM Each
2000 GPM @ 53.0 °F
Secondary Pumps 1500 GPM @ 44.0 °F
Automatic Isolation Valve 5Primary Pumps °F 750 GPM Each
2250 GPM @ 56.0 °F
75% System Load
44.0 °F
44.0 °F
44.0 °F
Bypass Closed
2250 GPM @ 44.0 °F
44.0 °F
44.0 °F
500 GPM @ 44.0 °F
1500 GPM @ 56.0 °F
44.0 °F Typical Coil
56.0 °F
一次/二次泵系统: Low Δ T
50.0 °F
50.0 °F
50.0 °F
Primary Pumps 1000 GPM Each 3000 GPM @ 50.0 °F
有很多应用实例 能承受 50%流量变化率/分钟
减机时不会出现任何问题 先进的控制顺序增加了系统稳定性
能同时协调控制机组负荷，机组侧调节阀和负荷侧 调节阀
最小限制流量为30% VSD与VPF完美结合，使水系统节能达到最大化
VSD是冷水机组本身变频，大大节约能耗 VPF是冷冻水泵变频，节约冷冻水运送能耗 对于一个系统，冷水机组的输入电功率远大于水泵
的输入电功率，因此VSD能节约更多的能耗
总结
VPF 系统能节能和节省初投资 实施和控制的复杂性增加 在许多应用场合下，是一种好的选择，
但并不是任何一个应用场合的最佳 选择
VPF
Variable-Primary-Flow Systems may…
Reduce Energy Use Reduce First Costs Reduce Operating Costs
一次/二次泵系统
Secondary Pumps
Primary Pumps Automatic Isolation Valve
Primary Pumps
Typical load with 2 way valve
VPF 系统
Bypass Valve
Flow Meter
Typical load with 2 way valve
53.0 °F
53.0 °F
Primary Pumps 1000 GPM Each 3000 GPM @ 53.0 °F
44.0
75% System Load
°F
Secondary Pumps 2250 GPM @ 44.0 °F
44.0 °F
44.0 °F
750 GPM @ 44.0 °F
2250 GPM @ 56.0 °F
高水压降设计意味着高流速和更大的流量调 节范围
不要将流速设计得太高,按部分负荷时“过流” (“overpump” )而定
机组能处理水流的突然变化
系统设计要点
流量变化率 – 增加一台机组
加机过程 From 1 to 2 From 2 to 3 From 3 to 4 From 4 to 5
水流量减少 50% 33% 25% 20%