空调水系统中输配系统技术分析与应用

空调水系统中输配系统技术分析与应用

潘赞帅,黄嘉,吴佳祎

南京昱达苏邑设计有限公司 江苏南京 210000

摘要：结合具体工程实例，从经济与技术等角度对一次泵变流量系统和二次泵变流量系统进行对比分析，得出在各分区负荷特性以及压力损失相差不大时一次泵变流量系统相比于二次泵变流量系统具有运行能耗低，占用制冷机房面积小等优势，二次泵变流量系统更适用于各分区负荷特性以及压力损失比较大场所。

关键词：一次泵变流量系统 二次泵变流量系统 能耗

1、引言

本项目规划总用地面积42048m2，总建筑面积为62934m2，项目由大剧院，多功能剧场、美术馆以及配套区组成，楼栋较为分散。本项目拟采用集中冷源系统，但其服务半径大，在输配系统的选择上至关重要，下面将对空调水系统的一次泵变流量系统和二次泵变流量系统进行技术及经济分析。

2、系统介绍

2.1一次泵变流量系统

系统由制冷机、变频冷冻水循环泵、冷机电动调节阀、旁通管及控制阀、控制系

统等装置组成。制冷机蒸发器可变流量运行，蒸发器流量随负荷侧流量的变化而变化，

冷冻水循环泵由最不利环路的末端压差变化来做变频控制。通过控制旁通管的开度来

保证制冷机蒸发器的冷冻水流量不小于最小流量。制冷机的加、减机可通过冷机蒸发

器供回水压差控制，或通过精确测量冷水机组蒸发器的流量来控制，同时还需要根据

冷机蒸发器允许的流量变化率，设置合理的加减机组时间。此系统适用于空调各个区域

末端阻力相差不大的情况，详见图1。[1]-[2]

图1 一次泵变流量系统

2.2二次泵变流量系统

系统由制冷机、一次冷冻水循环泵（定频）、二次冷冻水循环泵（变频）、冷机电动开关阀、控制系统等装置组成。一次泵侧定流量运行以保证制冷机蒸发器流量恒定，二次泵侧根据环路的末端压差变化来做变速运行。通过平衡管来保证一次水系统和二次水系统的水量平衡。此系统适用于空调各个区域末端阻力相差很大的情况，详见图2。[3]-[4]

图2 二次泵变流量系统

3.系统对比分析

3.1 一次泵变流量系统：

优点：

1.系统配置简单，冷机和循环水泵不需要一对一配置，水泵及其控制柜的初投资低，设备备用性好。

2.冷冻水泵数量少，制冷机房所需面积小。

3.冷冻水泵数量少，系统所需配电负荷小。

4.冷冻水循环泵和冷机可依末端冷冻水流量的变化变频运行，系统运行费用低。

5.水管管路简单。

缺点：

1. 控制系统较复杂，控制精度和控制难度较高。

2. 系统调试难度较大，需要专业的技术人员实施。

3. 为确保冷水机组运行稳定性，低负荷运行需确保冷机最小流量运行。

4. 对后期运行人员的技术水平、经验要求较高。

3.2 二次泵变流量系统：

优点：

1.制冷机蒸发器定流量运行，冷机运行状态安全、可靠、稳定。

2.控制系统简单，技术成熟。制冷机和一次水泵只需要根据末端负荷情况进行台数控制，水流量稳定。二次泵需要根据所负担环路末端压差控制水泵变频运行。

3.系统运行管理简单，对物业管理人员的技术水平要求不高。

缺点：

1.冷冻水泵及附件的数量多，水泵及其控制柜的初投资略高。

2.水泵数量多，制冷机房面积要求较大。

3.水泵数量多，系统配电容量较高。

4.一次泵侧定流量运行，且属于大流量低扬程水泵，效率较低，因此造成系统运行能耗较高。

5.水管管路相对复杂。

4.系统投资与能耗分析

4.1设备配置选型

本项目冷负荷计算及冷机选型，如表1所示。

表1 冷机选型表

一次泵变流量系统水泵配置以及二次泵变流量系统水泵配置如表2和表3所示。

表2 一次泵变流量系统水泵配置表

表3二次泵变流量系统水泵配置表

4.2投资估算

一次泵变流量系统以及二次泵变流量系统水泵投资如表4和表5所示。

表4 一次泵变流量系统水泵投资表

表5二次泵变流量系统水泵投资表

从上述两表中分析可知，一次泵变流量系统的水泵总投资为116.4万元，二次泵变流量系统水泵投资为131.2万元，比一次泵变流量系统的水泵投资贵了14.8万元，因此本系统就输配系统而言，一次泵变流量系统水泵投资低于二次泵变流量系统水泵投资。

4.3能耗分析

根据各阶段负荷率的制冷负荷值，将各阶段负荷率的水泵运行状态进行分析。以此运行负荷来分析各系统中水泵在整个制冷季内运行能耗趋势。对于实际运行当中，各个设备实际使用率的不同和运行情况的变化而有所不同，本次能耗比较仅从理想状态下考虑。水泵在各负荷率下运行状况如表6和表7所示。

表6一次泵变流量系统不同负荷率下水泵状态

表7二次泵变流量系统不同负荷率下水泵状态

以电费单价为0.6465元/度计算，就输配系统而言，一次泵变流量系统和二次泵变流量系统水泵的运行费用如表8和表9所示。

表8 一次泵变流量系统水泵运行费用

表9二次泵变流量系统水泵运行费用

上述两表中分析可知，一次泵变流量系统的水泵运行费用为260514元，二次泵变流量系统水泵运行费用为277654元，比一次泵变流量系统的水泵运行费用贵了17140元，因此本系统就其中输配系统而言，一次泵变流量系统水泵运行费用低于二次泵变流量系统水泵运行费用。

5、结论

本文主要结合实例从能耗与投资角度对输配系统中的一次泵变流量系统和二次泵变系统系统进行了对比分析，得出了以下结论。

仅就输配系统而言，一次泵变流量系统水泵数量少，但一次泵变流量系统变频泵的功率大、控制系统复杂，水泵变频控制柜以及控制装置的初投资均高于二次泵系统，但是整体综合比较后，一次泵变流量系统水泵初投资比二次泵变流量系统水泵投资便宜14.8万元。

一次泵变流量系统水泵数量减少，不需要二次泵设备及相关管件，制冷机房面积可减少约35平米，降低了机房投资的费用。

在相同负荷情况下，一次泵变流量系统运行能耗比二次泵变流量系统节省约1.8万元。

一次泵变流量系统不使用二次泵及附加管件，故在大多数情况一次泵系统平均泵效率更高。节能效果比较显著。

一次泵变流量系统较二次泵系统简单，但旁通控制系统较复杂。二次泵变流量系统的管路系统较复杂，但其控制系统相对简单。

一次泵变流量系统用于节能要求较高，控制系统成熟的系统。二次泵变流量系统用于系统较大、阻力较高，各环路负荷特性相差较大和压力损失相当悬殊的场合。

一次泵变流量系统和二次泵变流量均为技术成熟，稳定性较高的系统。一次泵变流量系统虽控制相对较复杂，需确保冷机最小流量运行要求。但其具有初投资低，运行能耗略低，制冷机房面积小的优势。目前在各类项目中大量应用。本项目制冷机房设在整个项目居中的位置，故各分区环路阻力相差不大。

结合本项目实际情况，其为长条形建筑群，本项目制冷机房设在整个项目居中的位置。从制冷机房到两端的距离相差不大，故输配系统采用了一次泵变流量系统。

参考文献：

[1]李建兴, 涂光备, 涂岱昕. 多泵并联空调水系统的技术经济分析[J]. 流体机械, 2004, 32(10):5.

[2]张言军. 地表水水源热泵输配系统节能问题研究[D]. 重庆大学, 2009.

[3]张钦, 袁东立. 中小型空调水系统备用泵的优化设计探讨[J]. 制冷与空调(北京), 2009.

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