摘要：介紹了空調水系統(tǒng)節(jié)能的重要性及一次泵變頻變流量水系統(tǒng)的原理，分析了一次泵變頻變流量水系統(tǒng)運行的關鍵技術，并且對其進行了節(jié)能與控制分析。
　　關鍵詞：水泵；變流量；節(jié)能；控制
　　1、概述
　　隨著我國經濟的高速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，空調在生產生活中的普及應用，空調能耗占生產生活總能耗的比重越來越高。調查表明，目前我國空調能耗約占建筑物總能耗的30％～50％，水泵能耗在其中占有很高的比例。因此，空調水系統(tǒng)的節(jié)能技術具有很大的節(jié)能空間。
　　空調水系統(tǒng)的發(fā)展經歷了一次泵定流量系統(tǒng)，二次泵變流量系統(tǒng)及一次泵變頻變流量系統(tǒng)等三個階段，隨著制冷機組控制技術的發(fā)展，近年來一次泵變頻變流量不斷得到應用。在集中空調系統(tǒng)中，一次泵變頻變流量水系統(tǒng)是指末端風柜（或盤管）使用比例積分（或電動二通）調節(jié)閥，根據(jù)室內回風溫度的變化調整其開度（或狀態(tài)），從而引起系統(tǒng)分配環(huán)路的流量變化，形成供、回水干管之間的壓力差變化，水泵的變頻調速器根據(jù)供、回水干管之間的壓力差變化調整水泵的轉數(shù)，從而改變供、回水干管之間的壓力差及通過水泵、冷水機組蒸發(fā)器的冷水流量，此系統(tǒng)中的旁通閥變?yōu)檩o助性的，這就是一次泵變頻變流量水系統(tǒng)。在這種系統(tǒng)中，當冷水機組處于部分負荷時，冷水機組的冷水流量隨著負荷的變化而減小，從而可以使水泵的動力消耗隨著負荷的變化同時減小。
　　2、關鍵技術
　　2.1、冷水機組的流量范圍；由于受傳熱效率等因素的影響,為了安全運行和防止蒸發(fā)器結冰,一次水流量必須控制在一定范圍內,因此需要選擇最小流量盡可能低的冷水機組。機組蒸發(fā)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(fā)器最小流量。一般機組效率越高,機組蒸發(fā)器流量變化的范圍就越窄。目前離心機的最小流量一般都能達到設計流量的30%左右。
　　2.2、冷水機組的部分負荷特性?；經過對國內外主要冷水機組生產廠商調查發(fā)現(xiàn)，冷水機組負荷為50%~100%的范圍內,蒸發(fā)器分別為定流量和變流量的冷水機組效率幾乎是相同的,在蒸發(fā)器可變范圍內機組負荷與流量壓降基本成線性關系。
　　2.3、旁通控制閥?；旁通控制閥的選型一定要合理。閥門的流量必須滿足單臺冷水機組的最小流量，并且應具有線性控制特性，即流量與閥門的開度成線性關系。當系統(tǒng)壓力減小，閥門仍然可以正常打開，當系統(tǒng)壓力升高,閥門應具有正確的關斷能力，并且在設計壓力下不滲漏。閥門還必須有彈簧復位功能，當系統(tǒng)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，閥門自動復位到開啟狀態(tài)。
　　同時應盡量縮短流量測定的信號和閥門控制信號的時間滯后，以提高反應和控制速度。
　　2.4、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，每分鐘相對設計流量的變化率)是一次泵變頻變流量系統(tǒng)中冷水機組選型的重要參數(shù)。?在系統(tǒng)發(fā)生加減冷水機組時會出現(xiàn)最大的流量變化,當系統(tǒng)在一臺機組運行的狀態(tài)下,加載另一臺機組的瞬間,兩臺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(jù)溫度判斷蒸發(fā)
　　器將結冰，于是機組控制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，并不是瞬時完成的，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：在加載一臺冷水機組之前必須先卸載正在運行的機組。但是對于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。在一般的一次泵變頻變流量系統(tǒng)中，可允許流量變化率應至少取25%~30%。這意味著加載一臺冷水機組后,大約需要1.5min系統(tǒng)就可以穩(wěn)定下來。
　　3、節(jié)能分析
　　對空調系統(tǒng)來說，在大部分運行時間系統(tǒng)的負荷在75%左右。對一次泵定流量系統(tǒng)來說，若總是維持100%的設計流量，則會造成大流量小溫差現(xiàn)象，為了保持空調區(qū)域的恒溫，則壓差旁通管內有大量冷凍水量流過，必然導致水泵的能耗被白白浪費。對于二次水泵系統(tǒng)來說，由于二次水泵采用變頻調節(jié)，能耗比一次水泵定流量系統(tǒng)有所降低，但由于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。
　　一次泵變頻變流量系統(tǒng)中水量根據(jù)末端負荷的變化來調節(jié)，只有在低于冷水機組最小允許流量時壓差旁通閥才打開，以維持冷水機組最小允許流量運行，因此最大限度地節(jié)省了水泵的能耗。下面將通過具體的計算對一次泵變頻變流量系統(tǒng)中的能耗進行分析。為了讓水泵隨負荷的變化實現(xiàn)變流量運行，采用加裝變頻器改變水泵轉速的方式。水泵電機的轉速滿足下列公式：
　　N=60f/p（1）
　　式中：N—電機轉速
　　f—供電頻率（變頻器的輸出頻率）
　　P—電機的極對數(shù)。
　　根據(jù)水泵的相似定律，水泵的流量、揚程、功率和轉速之間存在以下關系：
　　Q1/Q0=（N1/N0）（2）
　　H1/H0=（N1/N0）2（3）
　　W1/W0=（N1/N0）3（4）
　　式中：Q0、H0、W0、N0—額定工況下水泵的流量、揚程、軸功率和轉速；Q1、H1、W1、N1—水泵轉速為N1下水泵的流量、揚程、軸功率。
　　當Q1/Q0=0.7時，W1/W0=（N1/N0）3＝（Q1/Q0）3＝（0.7）3=0.34由上式可得當流量變?yōu)轭~定流量的70%時，水泵的實際軸功率僅為額定功率的35%左右，水泵運行能耗下降65%左右。可以看到通過變頻調速的方式來改變水泵轉速可以為水泵運行節(jié)省大量的電耗。
　　一次泵變頻技術要求冷水機組的水流量是可變，在滿足不低于其蒸發(fā)器最小流量要求范圍內可以正常運行。目前國內外許多冷水機組生產廠家的產品都能夠實現(xiàn)變流量運行，從而為一次泵變頻變流量技術提供了廣闊的應用空間。
　　4、控制分析
　　在空調一次泵變頻變流量系統(tǒng)中，采用一次泵變頻變流量水泵組是最簡單有效的變頻變流量控制方式，按照系統(tǒng)的組成形式與需要可使系統(tǒng)總水量在10%—100%之間變化。水泵組的輸出流量是靠改變并聯(lián)運行的水泵臺數(shù)和水泵頻率來實現(xiàn)的，水泵并聯(lián)的臺數(shù)不宜過多，一般水泵并聯(lián)臺數(shù)不超過5臺，其中一臺水泵由變頻柜控制（變頻控制柜可控制其中任何一臺水泵），從而使空調一次泵變頻變流量的控制成為現(xiàn)實。
　　空調一次泵變頻變流量泵組除了水泵組、變頻控制柜以外，還包括溫度流量傳感器、DDC控制器、旁通控制閥、比例積分（或電動二通）調節(jié)閥等設備組成。通過傳感器獲取水系統(tǒng)運行參數(shù)，經過DDC智能控制器分析處理后轉換為控制指令，控制水泵的運行和閥門的開閉�？照{一次泵變頻變流量水泵組系統(tǒng)的DDC控制器能夠控制旁通控制閥的開度以保證冷水機組的最小流量，同時發(fā)送信號到冷水機組自帶的控制系統(tǒng)，冷水機組能夠根據(jù)系統(tǒng)回水溫度的變化來調整制冷量的輸出。冷水機組自帶的最小流量感測和保護裝置能夠對冷水機組進行控制，保護其正常運行。因此使冷水機組能夠在變流量條件下穩(wěn)定運行。
　　5、結論
　　(1)隨著制冷機技術與自控技術的發(fā)展，冷水機組變流量運行的安全性已可以得到保障，突破了冷水機組定流量的設計理念；
　　(2)一次泵變頻變流量系統(tǒng)利用變頻裝置，根據(jù)末端負荷變化調節(jié)系統(tǒng)水流量，最大限度地降低了水泵的能耗，與傳統(tǒng)的一次泵定流量系統(tǒng)和二次泵系統(tǒng)相比具有很大的節(jié)能優(yōu)勢，對空調水系統(tǒng)的節(jié)能具有很大意義；
　　(3)目前，一次泵變頻變流量技術的推廣尚處在起步階段，應用的工程實例還很少，因此，一次泵變頻變流量節(jié)能技術具有很大的節(jié)能空間。