分析一次泵变流量系统特点及各部件控制方案

分析一次泵变流量系统特点及各部件控制方案

引言

对于城市轨道交通地下车站，空调能耗是建筑能耗的重要部分。要减少空调能耗，不仅需要提高空调设备本身的效率，而且还要优化空调系统的设计。

地下车站冷水机组通常是以满足车站使用要求的最大冷负荷来进行选型设计的，但在实际应用中，冷热负荷是随时间、气候、环境等因素变化的，通常冷水机组超过90%运行时间处于非满载额定状态，水系统节能潜力巨大。

1、空调水系统方案

地下站冷水系统一般包括冷水机组、冷却塔、冷水循环泵及冷却水循环泵等耗能设备。在负荷侧变流量的前提下，通常采用以下两种空调水系统方式：

1）一次泵定流量系统：冷源侧定流量，负荷侧变流量，无变频泵；

2）一次泵变流量系统：冷源侧变流量，负荷侧变流量，冷源侧变流量，冷源侧与负荷侧采用同一个变频泵。

2、一次泵变流量系统设计

一般标准地下车站采用一次泵变流量系统时，选用2台变流量冷水机组，作为车站大、小系统冷源。

对于一次泵变流量系统，冷水机组的供回水温度基本恒定，蒸发器内的水流量在一定范围内随负荷侧的流量变化而变化，同时调节循环水泵流量，降低系统运行能耗。冷水循环泵出口通过共用集管后，再分流到各冷水机组。冷水在分集水器之间设置旁通管，及由压差控制的旁通阀，当负荷侧流量低于单台冷水机组流量时，可以旁通部分水量，保证通过蒸发器的流量达到单台冷机最小流量要求。冷冻水循环泵并联连接，变频运行。空调系统的末端设备采用两管制。经分集水器，提供车站两端大、小系统冷冻水供应。空调机组设动态平衡电动两通调节阀，风机盘管均设电动两通阀。

3、自动控制方案

相对于一次泵定流量系统，一次泵变流量系统需要更复杂的控制要求，同时对运行管理也提出了更高的标准。因此，需要详细的设计自动控制方案，并由运

行人员按照这个方案进行管理，同时配合高水平的监测和控制系统，才能达到一次泵变流量系统的节能效果，发挥系统优势。

1）冷水机组的启停

控制系统采集系统中各相关参数，包括冷水供水温度、冷水回水温度、制冷机组运行电流及冷媒参数，计算出全部车站空调实际所需要的供冷量，从而确定冷水机组运行工况，达到最佳节能的目的。

在加载冷水机组时，为了防止机组冷水的流量减少过快，而使蒸发器流量下降太快，有可能导致冷水机组的关机保护，甚至冻结蒸发器盘管，因此采用"软启动"模式。首先降低运行机组的运行工况，即减少原有冷水机组的制冷量，然后启动下一台机组，再解除原有冷水机组的制冷量限制，将两台机组同时加大运行工况。在减载时采用"软关机"模式，首先降低多台机组的运行工况，即减少每台运行冷水机组的制冷量，然后停止一台机组的运行。

2）冷水机组加减载运行逻辑

冷水机组的加减机控制逻辑有很多种，这里应采用以压缩机运行电流RLA 与额定电流的比值为依据。这样做，使得冷水机组调节负荷的速度更快，出水温度更稳定。当系统的冷负荷增大时，控制系统会自动对当前系统实际的冷水总供水温度与冷水供水温度设定值进行比较，并且控制系统会根据设定好的加载参数进行判断，如果满足加载条件，则控制系统会自动启动下一台机组以满足系统的需要。当两台冷水机组同时运行时，机组根据冷水供、回水温度以及冷水温度设定值自动调整机组的运行电流百分比，使每台机组以较高的效率运行，并且避免各台机组出力不均，使每台机组保持基本一致的运行电流。加载冷水机组时，若机组运行电流与额定电流的百分比大于设定值，同时出水温度超过设定参数，并且持续10～15分钟，则开启另一台机组。这种控制方式的好处是供水温度的控制精度高，在系统供水温度尚未偏离设定温度时，已经开始加机了，具有前馈控制功能。当系统的冷负荷减少时，控制系统会自动对当前系统冷水总供水温度与冷水供水温度设定值进行比较。如果满足减载条件，则控制系统会自动停止下一台机组的运行，以满足系统节能的要求，并符合系统的负荷要求。

3）一次泵变流量控制策略

控制系统采集冷水分集水器之间的压差传感器提供的信号，末端设备根据负荷变化调节两通阀开度，从而引起系统流量的变化，影响了系统压差的改变。

这个改变与设定值进行比较，自动调节冷冻水泵的转速，从而在保持系统压力平衡的同时充分发挥一次泵变流量的节能特性。采用一次泵变流量系统，并且采用共用集管的连接方式，应将冷水循环泵组中各个水泵都设计为变频运行。这样做，有效地避免了变频泵与工频泵并联时，由于工况点不同，而引起的水量的不均衡性，从而提高了效率，节约了能耗。冷水循环泵根据设置在总回水干管上的流量控制开启台数。系统负荷减少时，末端两通阀开度减小，流量随之减少，当总流量低于设定值时，减少一台冷水循环泵；反之，系统负荷增加时，末端两通阀开度加大，流量随之加大，当流量超过设定值时，增加一台冷水循环泵，总循环水量，由两台水泵均分。冷水循环泵的频率根据分集水器的压差传感器提供的信号与设定值比较来进行调节；当系统负荷增加时，两台冷水机组应以相同的压缩机运行电流百分比来运行，以保证出力相同，冷水泵就通过分集水器之间的压差来调节频率；反之，当系统负荷减少时，冷机和水泵的运行数量也相应的减少，冷机的减载根据压缩机运行电流百分比进行判断，冷水泵运行频率的减少根据分集水器压差来控制。

4）冷水旁通阀门控制策略

设置在分集水器之间的冷水旁通阀门，是系统中不可缺少的部件。其管径是根据冷水机组蒸发器的最小流量确定的。其作用就是，确保在单台冷水机组运行时，流过冷水机组的最小流量，不小于冷水机组所允许的流量下限，从而保护冷水机组的正常运行。因此，这里的旁通阀是受冷水机组流量的控制的。控制系统在冷水回水干管上设置流量传感器，测量水系统的总流量。当系统仅有一台机组运行，如果负荷侧的冷量需求继续下降直到降到机组的预定最低流量时，旁通阀动作，即开启旁通阀门，确保冷水机组的最小流量为负荷侧的水量与旁通量之和。

5）设备连锁起停顺序

启动：冷却塔风机--冷却水阀--冷却泵启动--冷水阀--冷泵――冷水机组启动；

停止：停止冷水机组--延时关闭冷水泵--冷水阀--延时关闭冷却水泵--延时关闭冷却水阀--冷却塔。

小结

通过以上分析，可以看到对于一次泵变流量系统，控制系统与运行模式，是至关重要的。只有按照设计的控制方式和运行模式，并且确保各个测点的正常功能，并且及时准确的反馈测量信号，从而控制各个环节的稳定执行，才能达到