一次泵變流量水系統(tǒng)模擬和存在問題分析

一次泵變流量水系統(tǒng)模擬和存在問題分析

簡介： 通過一次泵變流量水系統(tǒng)的模擬分析，得到了水泵變流量情況下的節(jié)能率與部分負(fù)荷率和水泵相對于冷水機(jī)組功耗的關(guān)系，分析了水側(cè)變流量運行對冷水機(jī)組制冷性能的影響，并給出了不考慮這一因素對于一次泵系統(tǒng)變流量節(jié)能分析所引起的偏差，指出研究和掌握冷水機(jī)組變流量下的制冷性能對于一次泵變流量系統(tǒng)的設(shè)計是至關(guān)重要的。對于工程改造中出現(xiàn)的一些帶有普遍性的問題進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵字：一次泵系統(tǒng) 變流量水系統(tǒng) 節(jié)能

0 引言

　　空調(diào)冷凍水和冷卻水經(jīng)常在大流量、小溫差下運行。根據(jù)日本的經(jīng)驗，VWV與VAV并列，是空調(diào)中僅次于全熱交換技術(shù)的節(jié)能措施。隨著近年來電力電子技術(shù)的發(fā)展和變頻器性價比的不斷提高，交流電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用越來越廣，一次泵變流量水系統(tǒng)的研究因此也得到了一定的重視[1]-[3]，但在研究中也存在這定性的結(jié)論多，定量的研究和計算辦法少，可操作性較差的問題，因而影響了其在實際中的廣泛使用。

　　雖然冷凍水和冷卻水的變流量運行對冷凍水泵和冷卻水泵的節(jié)能運行有利，但變流量運行對于冷水機(jī)組的制冷性能可能有一定影響，制冷機(jī)的制冷效率(COP)可能有一定程度的下降。因此，要保證在冷水機(jī)組安全的前提條件下實現(xiàn)節(jié)能運行，就要求冷凍水流量和冷卻水流量的變化有一定的限制，并滿足某種匹配關(guān)系。

　　由于目前生產(chǎn)廠家一般沒有提供在不同的冷凍水出水溫度和冷卻水進(jìn)水溫度下，冷水機(jī)組制冷量、輸入功率隨冷凍水流量和冷卻水流量變化的完整數(shù)據(jù)，因此關(guān)于一次泵變流量水系統(tǒng)的研究和設(shè)計受到了一定的影響；反過來，由于定量研究較少，也使得生產(chǎn)廠家沒有積極性進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的測試。相信一次泵變流量水系統(tǒng)研究的進(jìn)一步深入，對于提高冷水機(jī)組在部分負(fù)荷工況下及變流量情形下的能效比的研究和節(jié)能技術(shù)的推廣將起到推動作用,從而形成空調(diào)水系統(tǒng)和制冷主機(jī)節(jié)能研究及其應(yīng)用的良性互動。

1 水側(cè)變流量對冷水機(jī)組性能的影響

　　在傳統(tǒng)的空調(diào)水系統(tǒng)設(shè)計中，通過冷水機(jī)組的冷凍水和冷卻水的流量基本保持不變。認(rèn)為只有維持定流量，才能確保盤管的換熱效果，流量減小時，在換熱盤管表面可能會出現(xiàn)層流狀態(tài)，降低換熱效果；同時，流量過小時，蒸發(fā)器還會出現(xiàn)凍結(jié)的危險，當(dāng)流速小于一定值時，水中若含有腐蝕性物質(zhì)，會對盤管造成腐蝕。隨著控制技術(shù)的發(fā)展，冷水機(jī)組的控制系統(tǒng)越來越先進(jìn)。目前，不同類型的冷水機(jī)組均能實現(xiàn)冷量的自動調(diào)節(jié)。冷水機(jī)組能量調(diào)節(jié)功能的進(jìn)步使得其水側(cè)變流量設(shè)計成為可能，同時也凸顯水泵應(yīng)改變以不變應(yīng)萬變之策，而應(yīng)以變應(yīng)變。事實上，目前，多數(shù)冷水機(jī)組允許蒸發(fā)器流量在額定流量的50％～100％以內(nèi)變化。

　　當(dāng)蒸發(fā)器采用變流量運行時，其流量隨著用戶負(fù)荷的變化而變化，當(dāng)用戶負(fù)荷變小時，蒸發(fā)器的冷凍水流量變小，冷水機(jī)組的控制系統(tǒng)根據(jù)實際需冷量減小制冷劑流量，導(dǎo)致蒸發(fā)器盤管內(nèi)制冷劑流速偏離了最佳流速值，冷水機(jī)組制冷系統(tǒng)的整體性能降低。衡量蒸發(fā)器變流量運行能否節(jié)能的標(biāo)準(zhǔn)不單是冷凍水泵運行時節(jié)能多少，而還應(yīng)考慮蒸發(fā)器變流量運行造成冷水機(jī)組COP值下降而損失的能耗，再考慮變流量運行的負(fù)荷時間頻度。

　　由于控制技術(shù)的進(jìn)步，控制系統(tǒng)可以保證壓縮機(jī)始終在高效區(qū)運轉(zhuǎn)，使得冷水機(jī)組蒸發(fā)器變流量時的性能不會下降很多。冷水機(jī)組蒸發(fā)器變流量對其制冷性能的影響程度與壓縮機(jī)類型和制冷劑變流量的方式有關(guān)。文獻(xiàn)3從熱力學(xué)角度對此進(jìn)行了分析，認(rèn)為即使冷凍水流量減至60％，冷水機(jī)組的COP的下降幅度也不超過10%。

　　冷卻水進(jìn)出口溫差變大時，雖然可以減小冷卻水泵的運行費用，然而，為了保證冷凝器內(nèi)的熱交換，冷凝溫度必然要高于冷卻水的出口溫度，并且冷凝溫度與冷卻水出口溫度也要求有一低限。所以，要想加大冷卻水的進(jìn)出口溫差，就必須提高冷卻水出口溫度（通常冷卻水進(jìn)口溫度基本上是定值），這又將引起冷凝溫度的增加，降低了冷水機(jī)組的COP值。與蒸發(fā)器變流量相比，冷凝器變流量運行對冷凝溫度的影響較大，故導(dǎo)致冷水機(jī)組COP的變化較大，在給冷卻水泵安裝變頻器時，應(yīng)詳細(xì)分析冷卻水變流量對冷水機(jī)組性能的影響，確定方案的可行性。

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2 一次泵變流量系統(tǒng)節(jié)能模擬分析

　　現(xiàn)將在部分負(fù)荷情況下變流量與定流量兩種情形的系統(tǒng)（冷水機(jī)組和水泵）能耗進(jìn)行比較，設(shè)定流量情形冷水機(jī)組和水泵的輸入功率分別為和

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