二级泵变流量系统设计实例探讨

二级泵变流量系统设计实例探讨
作者：任照峰于… 文章来源：互联网点击数：180 更新时间：2006-3-11 11:29:59
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本文结合某大学区域冷冻站工程设计实例，介绍了二级泵变流量系统的特点，分析了二级泵变流量系统设计中需要注意的几个问题（如负荷计算分析、设备选型、水泵设置、自控节能等），最后给出了该工程设计实例中用到的二级泵变流量系统，并做了简要分析。

关键词：二级泵变流量系统设计实例
1 引言
目前，国内普遍采用的空调水变流量系统主要有一次泵系统和二次泵系统，其简单流程图如图一、二所示。

1.1 一次泵系统。

这种空调水系统靠在供回水干管之间设置旁通管来调节负荷侧流量，使负荷侧流量根据空调负荷的变化而变化，以达到节能的目的。

在这种空调系统中，只设置
有一次冷水循环泵，定流量运行，仍然存在浪费能源的问题，因此该系统形式只适用于中小型工程。

1.2 二次泵系统。

这种空调水系统在冷源侧设置一次冷水泵，定流量运行，保证冷水机组蒸发器流量恒定；在负荷侧设置二次冷水泵，分别满足各供冷环路不同需求。

因为二次泵系统中负荷侧的二次泵可以根据各供冷环路需要分别设置，并且可以变频运行，所以适合用于系统较大、阻力较高且各环路负荷特性或阻力相差悬殊的场合，并且节能效果显著。

随着我国节能政策的实施，变流量系统设计越来越多，下面就重点介绍一下二次泵变流量系统的设计中做一些探讨。

2 二次泵变流量系统设计要点；
随着二次泵变流量系统在国内的应用实例越来越多，二次泵变流量系统的设计也越来越受到重视，新颁布的《采暖通风与空气调节设计规范》（2001版）（以下简称《规范》）及该规范2002年送审稿就针对二次泵变流量系统的设计给出了一些原则性的要求。

下面结合某大学区域供冷站工程实例对二次泵变流量系统设计中需要注意的问题做一探讨。

2.1 各供冷回路冷负荷计算、负荷变化曲线分析、循环阻力计算。

在本工程中，需要由本供冷站提供冷源的单体建筑有三个，分别为图文信息及行政办公中心（冷负荷6600kW）、国际交流中心（冷负荷3300kW）、食堂及超市（冷负荷5400kW）。

图文信息及行政办公中心冷负荷的特点是：夏季最热时，学校放暑假，其人员较少，负荷并不处在最大值；学校放暑假前后，室外气温并不是很高，负荷并不处在设计计算最大负荷。

食堂及超市冷负荷的特点是有明显的时间性，就餐时间负荷大，平时负荷很少，所以在一天
当中变化比较剧烈。

2.2 主要设备---冷水机组选型
冷水机组选型，主要从冷水机组台数及冷水机组单台负荷来确定。

根据《规范》规定，冷水机组台数不宜小于两台；大型工程，制冷机台数也不宜多于四台。

在本工程中，总冷负荷为15300kW，考虑到前述负荷变化规律，确定选定4台离心式冷水机组，单台冷水机组制冷量为1000USRT。

因为所选离心式冷水机组每台负荷调节范围为25-100%，总的负荷调节范围为7-100%，完全可以满足负荷变化要求，故没有设置一台较小型的冷水机组。

2.3 一次冷水泵设置
根据《规范》新增规定，冷水机组与一次泵应一对一设置，即一次泵的台数和数量应与冷水机组的台数及蒸发器的额定流量相对应。

一次泵一般不要求设备用泵，但对于全年连续运行的空调系统，可根据需要确定是否设置备用泵。

一次冷水泵的扬程为一次管路、管件阻力和冷水机组蒸发器阻力之和。

需要注意的是，冷水机组产品样本上提供的蒸发器阻力数据为设备测试数据，实际运行一段时间后，考虑到蒸发器水侧结垢、堵塞等原因，蒸发器实际阻力要比样本上数据大一些。

一次冷水泵的流量和扬程计算时，还应考虑5%-10%的裕量。

在本工程中，冷源只在夏季使用，所以一次泵可以不设备用。

由于冷水机组共四台，所以选用了四台一次冷水泵。

各台冷水机组蒸发器流量为605m3/h，阻力为80kPa。

经过计算，一次冷水泵的流量定为660m3/h，扬程定为16mH2O。

2.4 二次冷水泵设置
二次冷水泵台数应根据冷水泵大小、各并联环路压力损失的差异程度、使用条件和调节要求通过技术经济比较确定。

其流量根据所负担供冷回路的冷负荷综合最大值确定，其扬程为二次管路、管件阻力和及末端设备之和。

在计算二次泵的流量和扬程时，也附加5-10%的裕量。

二次泵宜变频运行。

在本设计中，选用了四台同型号的二次冷水泵，其中一台作为备用。

二次泵运行中，始终保持一台泵变频运行，其余水泵工频运行。

经过计算，二次冷水泵的流量定为880m3/h，扬程定为32mH2O。

在本工程中，因为制冷机房到用冷用户的距离较长（管路单程500m），所以二次泵扬程较大。

2.5 系统流程设计
系统流程中，比较重要的一个问题是水泵和冷水机组的连接顺序问题，一种接法（传统接法）是各路空调回水—>集水器—>过滤器－>一次泵—>冷水机组—>连通管－>各供冷回路二次泵－>各供冷回路空调供水。

冷媒水流程为：外网回水－〉集水器－〉过滤器－〉冷水机组－〉一次泵－〉连通管－〉二次泵－〉分水器－〉外网供水。

在连通管和分集水器之间设置了旁通管。

本工程实例流程图如图三所示。

2.6 旁通管设计计算
为了保证在负荷侧流量变化的同时，通过冷水机组蒸发器的流量不发生变化，需要在一次泵后的连通管与集水器之间设置旁通管。

该旁通管可能流量变化范围为０～单台冷水机组蒸发器流量。

旁通管的管径通常按下述原则设定：旁通管长为管径10倍。

2.7 补水系统
根据新规范精神，系统泄漏量按系统水容量的1%选取，正常补水量按系统泄漏量的两倍计算，补水泵流量按2~5倍正常补水量计算。

膨胀罐调节水量按补水泵3min补水量计算，补水管上分别设电磁阀、安全阀，并用管道接到软化水箱。

2.8 自动控制
2.8.1 冷水机组台数控制
冷水机组的台数控制应采用冷量控制方式，才能实现其节能的优点。

具体作法是，自动监测流量、温度等参数，计算出冷量，自动发出信号，人工手动操作主机的启停。

当自动化程度要求极高，控制设备及系统设备非常可靠的情况下，也可考虑采用主机自动启停。

流量及温度的传感器应设置在负荷侧供回水总管上。

本工程采用的控制方法是：在总回水管上设流量传感器，在总供回水管上分别设置温度传感器，其信号传到控制器，进行计算分析。

若现状态需要开启或关闭一台冷水机组，则自动发出信号，由操作人员根据情况确定是否开启冷水机组。

2.8.2 二次泵变频控制、台数控制
二次泵的控制在《规范》中有一定规定：“末端采用变流量控制时，一二次泵运行台数的控制，应根据系统的水力工况、热力工况及水泵的运行特性，采用压差控制、流量控制、和负荷控制”。

压差控制是比较常用的一种方法，其中有两种情况：一种是利用分集水器之间压差，一种是利用最不利点末端压差。

在本工程中，采用的是检测分集水器之间压差的压差控制法。

当分集水器之间压差大于设定值时，通过变频器减小其中一台二次泵流量，若该二次泵已经达到其最小流量，则关闭该泵，对另一台二次泵进行变频调节；当分集水器之间压差小于设定值时，通过变频器增大其中一台二次泵流量，若该二次泵已经达到其最大流量，则将该泵转为工频运行，启动另一台二次泵，并对其进行变频调节。

3 结语
从2002年全国年会反映出水系统设计中出现的一些问题：工程设计中，只有少量工程采用了变流量系统，大多数采用了陈旧的定流量系统；不考虑水系统大小及阻力差异，大多采用单级泵系统。

所有这些大大增加了水泵运行电耗，浪费了大量电能。

不论从节约能源的角度考虑，还是从节省空调系统运行费用角度考虑，都应该在水系统中大力采用变流量系统。

在二级泵系统中，二次泵应该尽量根据负荷侧需要采用变频运行。

参考文献：
1、全国民用建筑工程设计技术措施（暖通空调。

动力），北京，中国计划出版社，2003
2、变流量水系统设计技术发展，高养田，暖通空调，1996，3－4。