武汉市建筑设计院  代伯清  

摘  要  本文探讨了空调冷冻水系统的节能方式，通过对比三种常见的变流量节能方式，指出了以台数控制法为基本原理的一次泵变流量水泵组的技术可行性，从而为空调冷冻水系统节能方式提供了一种最简单投资的解决方案。

关键词  空调一次泵  变流量  水泵组  节能方式

   随着人们生活水平的提高，中央空调系统在越来越多的建筑物中使用，并且其装机容量从几千瓦的小型家用中央空调系统到几千千瓦的大型中央空调系统都有。在空调行业蒸蒸日上的同时，空调系统的节能问题变成空调行业的可持续发展需要解决的首要问题。其中的变流量水系统在节能技术中占据着重要的位置。目前在一些空调工程中，设计人员在设计选用时采用的阀门调节法和二次泵变频技术，这些技术已经获得较广的应用。同时一种新型的变流量水系统－一次泵变流量水泵组系统正在中央空调系统工程中得到越来越广范的应用。一次泵变流量水泵组通过最简单有效，而且最节能的台数控法将冷水机与冷冻水泵联动运行来实现的。 

下面对这三种技术的功能、特点进行一些分析和比较。

1  阀门调节技术

阀门调节法就是利用阀门节流的办法来改变水泵的输出，该方式简单，投资少，但需要有经验的专业人员或自动控制装置来操作控制阀门的开度。由于该方式的原理是通过减小阀门开度加大管道阻力来实现的，消耗了水泵输出的能量，是一种有损调节，并没有节省水泵的能量消耗。图1 .为阀门改变开度前后管道水力工况曲线。虚线所围部分为水泵输出功率，在流量大幅减少的情况下，虽然输出功率减小，但由于水泵效率下降严重，能耗并没有减少。

2  一次泵变频技术

 一次泵变频技术是建立在传统一次泵冷冻水系统的基础上的变流量技术。一次泵系统大都采用定速泵，水泵的转速和流量是不随空调负荷变化的。因此在运行过程中会出现大流量小温差现象，浪费大量电能。为了让水泵随负荷的变化实现变流量运行，采用加装变频器改变水泵转速的方式。水泵电机的转速满足下列公式：

                   N=60f/p                                          (1)

式中：f —电机转速

f —供电频率（变频器的输出频率）

      P —电机的极对数。

根据水泵的相似定律，水泵的流量、扬程、功率和转速之间存在以下关系：

 Q1/Q0=(N1/N0)                                        (2)

 H1/H0=(N1/N0)2                                      (3)

 W1/W0=(N1/N0)3                                       (4)

式中：Q0、H0、W0、N0—额定工况下水泵的流量、扬程、轴功率和转速；

      Q1、H1、W1、N1—水泵转速为N1下水泵的流量、扬程、轴功率。

当Q1/Q0=0.8时，W1/W0=(N1/N0)3＝(Q1/Q0)3＝(0.8)3=0.512

由上式可得当流量变为额定流量的80%时，水泵的轴功率仅为额定流量的50%左右，水泵运行能耗下降50%左右。可以看到通过变频调速的方式来改变水泵转速可以为水泵运行节省大量的能耗。图2 .为变频前后水泵性能曲线，虚线所围部分为水泵输出功率，在流量大幅减少的情况下，水泵仍然保持高效运转，能耗大幅减少。

图2变频前后水泵性能曲线

一次泵变频技术要求冷水机组的水流量在可以改变，在满足不低于其蒸发器最小流量要求范围内可以正常运行。目前国内外许多冷水机组生产厂家的产品都能够实现变流量运行，从而为一次泵变流量技术提供了广阔的应用空间。

3  一次泵变流量水泵组系统

空调一次泵变流量泵组【3】属于一次泵变流量系统，采用的是最简单有效，而且最节能的台数控法来实现变流量控制的，按照系统的组成形式与需要可使系统总水量在20%—100%之间变化。水泵组的输出流量是靠改变并联运行的水泵台数来实现的，水泵并联的台数不宜过多，一般水泵并联台数不超过5台，其中台水泵由两台流量为其二分之一的小水泵组成，从而为水泵组的多级流量输出的实现提供可能。图4为４台水泵组成的水泵组运行工况图。

空调一次泵变流量泵组除了水泵组以外，还包括温度流量传感器、DDC控制器、旁通控制阀等设备组成。通过传感器获取水系统运行参数，经过DDC智能控制器分析处理后转换为控制指令，控制水泵的运行和阀门的开闭。空调一次泵变流量泵组系统中，DDC控制器能够控制水泵的流量输出不低于最小流量，同时发送信号到冷水机自带的控制系统，冷水机组能够根据系统负荷的变动来调整制冷量的输出。冷水机自带的最小流量感测和保护装置能够对冷水机进行控制，保护其正常运行。因此，双重保护能够使冷水机在变流量条件下稳定运行。图5为一次泵变流量泵组系统图。

图5一次泵变流量泵组系统图

4  三种变流量方法的比较

4.1  阀门节流法

该方式简单，投资少，但需要有经验的专业人员或自动控制装置来操作控制阀门的开度；但该方式的原理是通过减小阀门开度加大阻力来实现的，消耗了水泵输出的能量，是一种有损调节，并没有节省水泵的能量消耗。

4.2  变频法

   该方式控制，能够通过空调自动控制系统来统一控制，自动化程度高；该方式使用了变频器初投资大，在实际运行的过程中，工作频率越偏离额定工频，变频器的效率越低，并且变频器本身也消耗电能，是一种有损调节。

4.3  台数控制法

   该方式控制简单，通过改变泵组内运行台数来进行流量调节，投资小，仅外加一台控制器即可实现流量控制。自动化程度高，既可以独立智能控制运行也可以与空调自动控制系统或大楼BA系统相联。同时，由于无外消耗能源的设备，完全实现了无损调节。

小结

在空调水系统节能设计中，设备系统的初投资、系统的复杂程度、系统的运行管理往往是设计人员考虑的几个重要因素。本文介绍和比较的三种变流量方式中，一次泵变流量泵组作为投资最省、系统布置及运行控制管理最简单成为变流量节能技术的。