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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)能率與部分負荷率和水泵相對于冷水機組功耗的關(guān)系，分析了水側(cè)變流量運行對冷水機組制冷性能的影響，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)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。
雖然水和冷卻水的變流量運行對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組的制冷性能可能有一定影響，制冷機的制冷效率(COP)可能有一定程度的下降。因此，要保證在冷水機組安全的前提條件下實現(xiàn)節(jié)能運行，就要求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水出水溫度和冷卻水進水溫度下，冷水機組制冷量、輸入功率隨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)研究的進一步深入，對于提高冷水機組在部分負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，通過冷水機組的水和冷卻水的流量基本保持不變。認為只有維持定流量，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，冷水機組的控制系統(tǒng)越來越先進。目前，不同類型的冷水機組均能實現(xiàn)冷量的自動調(diào)節(jié)。冷水機組能量調(diào)節(jié)功能的進步使得其水側(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)冷水機組允許蒸發(fā)器流量在額定流量的50％～100％以內(nèi)變化。
當蒸發(fā)器采用變流量運行時，其流量隨著用戶負荷的變化而變化，當用戶負荷變小時，蒸發(fā)器的水流量變小，冷水機組的控制系統(tǒng)根據(jù)實際需冷量減小制冷劑流量，導致蒸發(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)能的標準不單是水泵運行時節(jié)能多少，而還應(yīng)考慮蒸發(fā)器變流量運行造成冷水機組COP值下降而損失的能耗，再考慮變流量運行的負荷時間頻度。
由于控制技術(shù)的進步，控制系統(tǒng)可以保證壓縮機始終在高效區(qū)運轉(zhuǎn)，使得冷水機組蒸發(fā)器變流量時的性能不會下降很多。冷水機組蒸發(fā)器變流量對其制冷性能的影響程度與壓縮機類型和制冷劑變流量的方式有關(guān)。文獻3從熱力學角度對此進行了分析，認為即使水流量減至60％，冷水機組的COP的下降幅度也不超過10%。
冷卻水進出口溫差變大時，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出口溫差，就必須提高冷卻水出口溫度（通常冷卻水進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，故導致冷水機組COP的變化較大，在給冷卻水泵安裝變頻器時，應(yīng)詳細分析冷卻水變流量對冷水機組性能的影響，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)將在部分負荷情況下變流量與定流量兩種情形的系統(tǒng)（冷水機組和水泵）能耗進行比較，設(shè)定流量情形冷水機組和水泵的輸入功率分別為
和
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