蒸發(fā)器側(cè)冷水系統(tǒng)定流量和變流量的設(shè)計探討

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摘要：冷凍站中采用蒸發(fā)側(cè)器側(cè)冷水系統(tǒng)變流量或常規(guī)的定流量系統(tǒng)的設(shè)計配置，對系統(tǒng)的運(yùn)行能耗有著比較重要的影響。本文對于蒸發(fā)器側(cè)冷水系統(tǒng)定流量和變流量的分析表明：一次泵變流量系統(tǒng)不僅可以節(jié)省系統(tǒng)的初投資和機(jī)房面積，做到冷水泵的節(jié)能運(yùn)行，而且還可以減少冷水機(jī)組的全年運(yùn)行時數(shù)，節(jié)省冷卻水泵的運(yùn)行時數(shù)和能耗。

  關(guān)鍵詞：一次泵定流量系統(tǒng)二次泵變流量系統(tǒng)一次泵變流量系統(tǒng)0前言以往在設(shè)計冷凍站時有一個問題一直困擾著設(shè)計人員，即系統(tǒng)是按照額定負(fù)荷設(shè)計的，冷水系統(tǒng)也是按照定流量系統(tǒng)設(shè)計的，而在負(fù)荷變化時，雖然冷水機(jī)組可以根據(jù)負(fù)荷進(jìn)行調(diào)節(jié)，可是蒸發(fā)器側(cè)的冷水流量卻是固定的，水泵還是在滿載工作，水泵的能耗不可能因機(jī)組在部分負(fù)荷運(yùn)行而減少。設(shè)計人員對此很困惑，但也較無奈。本文針對蒸發(fā)器側(cè)冷水系統(tǒng)按定流量或變流量方式工作進(jìn)行簡單的分析，希望能在今后的設(shè)計中對于提高系統(tǒng)的能效，合理減少機(jī)房的面積和設(shè)備投入能有一些參考。1冷水系統(tǒng)的基本形式目前冷水系統(tǒng)的配置簡單來講有下列三種：一次泵系統(tǒng)的蒸發(fā)器側(cè)定流量，用戶側(cè)變流量（俗稱一次泵定流量系統(tǒng)）二次泵系統(tǒng)的蒸發(fā)器側(cè)定流量，用戶側(cè)變流量（俗稱二次泵變流量系統(tǒng)）一次泵系統(tǒng)的蒸發(fā)器側(cè)變流量，用戶側(cè)變流量（俗稱一次泵變流量系統(tǒng)）2一次泵定流量系統(tǒng)—蒸發(fā)器側(cè)定流量，用戶側(cè)變流量對于傳統(tǒng)的系統(tǒng)，冷水流量的快速變化會引起冷水機(jī)組運(yùn)行出問題。因此，如圖1所示，在冷水機(jī)組蒸發(fā)器側(cè)的冷水流量設(shè)置為定流量，而用戶側(cè)末端設(shè)備的冷水流量設(shè)置為變流量，在末端設(shè)備出口設(shè)置電動兩通閥對冷水流量進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，還在冷水的供水總管和回水總管上設(shè)置一根旁通管來平衡蒸發(fā)器側(cè)與用戶側(cè)的流量。   圖1一次泵定流量系統(tǒng)原理圖3二次泵變流量系統(tǒng)—蒸發(fā)器側(cè)定流量，用戶側(cè)變流量二次泵變流量系統(tǒng)是在冷水機(jī)組蒸發(fā)側(cè)流量恒定前提下，把傳統(tǒng)的一次泵分解為兩級，如圖2所示。   圖2二次泵變流量系統(tǒng)原理圖一次泵用來克服冷水機(jī)組蒸發(fā)器和一次環(huán)路的流動阻力，即自蒸發(fā)器出口到旁通管路再到蒸發(fā)器入口的阻力；二次泵用來克服從旁通管的蒸發(fā)器側(cè)到末端設(shè)備再到旁通管的用戶側(cè)的水環(huán)路阻力。不難看出，在部分負(fù)荷時二次泵變流量系統(tǒng)用戶側(cè)的水泵能夠根據(jù)負(fù)荷進(jìn)行調(diào)節(jié)控制提供相應(yīng)的冷水流量，而一次泵定流量系統(tǒng)只能通過改變開啟的水泵臺數(shù)調(diào)節(jié)流量。二次泵變流量系統(tǒng)雖然實(shí)現(xiàn)了二次側(cè)水泵的減載，比一次泵定流系統(tǒng)節(jié)能，但是相應(yīng)的設(shè)備初投資增加了，要求的機(jī)房面積也增加了，同時控制也較復(fù)雜，對機(jī)房操作人員的要求也較高。下文討論分析可以在部分負(fù)荷時通過一次泵直接變流量來達(dá)到更節(jié)能，更節(jié)省初投資的效果。4一次泵變流量系統(tǒng)—蒸發(fā)器側(cè)變流量，用戶側(cè)變流量由于目前有些冷水機(jī)組蒸發(fā)器側(cè)可以實(shí)現(xiàn)變流量控制，因此就可以直接根據(jù)用戶側(cè)的流量變化來調(diào)節(jié)蒸發(fā)器側(cè)的流量變化。這種一次泵變流量系統(tǒng)相對于二次泵變流量系統(tǒng)不但可以減少二次側(cè)的水泵投資和相應(yīng)的占地面積，同時在運(yùn)行費(fèi)用上還可以降低很多。一次泵系統(tǒng)的蒸發(fā)器側(cè)變流量，用戶側(cè)變流量系統(tǒng)如圖3所示。   圖3一次泵變流量系統(tǒng)原理圖4.1實(shí)現(xiàn)一次泵變流量系統(tǒng)的條件首先，冷水系統(tǒng)是個變水流量的系統(tǒng)，末端設(shè)備的冷水流量由電動兩通閥調(diào)節(jié)控制；其次，冷水機(jī)組蒸發(fā)器側(cè)要具備較寬的流量范圍，比如額定流量的30%-130%，流量的下限以小于50%額定流量為妥；同時，壓縮機(jī)對流量的變化反應(yīng)足夠快，能承受每分鐘30-50%的流量變化。對于具備這些條件的冷水機(jī)組可以考慮構(gòu)成一次泵變流量的冷水系統(tǒng)。如果采用了一次泵變流量系統(tǒng)，在水泵變流量的范圍內(nèi)就可以直接與用戶側(cè)的流量相匹配，在流量的變化范圍內(nèi)沒有旁通量，這就意味著沒有多余的能耗。4.2旁通閥和流量傳感器（或蒸發(fā)側(cè)的壓力傳感器）既然水泵變流量的范圍和用戶側(cè)相匹配，為什么還要設(shè)置旁通管并配置兩通調(diào)節(jié)閥呢？這是因?yàn)槟壳暗睦渌畽C(jī)組變流量的范圍不是從0%-100%，有的在30%-130%，有的螺桿式機(jī)組又在45%-120%。當(dāng)用戶側(cè)的流量低于冷水機(jī)組變流范圍時，可以采用旁通調(diào)節(jié)控制，保證蒸發(fā)器內(nèi)的水流量不低于冷水機(jī)組的最低水流量。這時旁通閥開始動動作，系統(tǒng)的流量傳感器（或蒸發(fā)器側(cè)的壓力傳感器）代替末端設(shè)備的壓差傳感器指揮旁通閥，使得旁通閥的流量加上末端的流量等于冷水機(jī)組的設(shè)定最小流量，同時，水泵以最低頻率定頻運(yùn)行。4.3水泵的運(yùn)行首先，如圖4所示水泵和冷水機(jī)組不是一一對應(yīng)的。水泵的運(yùn)行是由設(shè)定的末端設(shè)備的壓差控制的，冷水機(jī)組的加減機(jī)則是由投入機(jī)組的運(yùn)行電流來控制的。假設(shè)有三臺冷水機(jī)組，相應(yīng)配置三臺一次側(cè)變流量冷水泵。當(dāng)系統(tǒng)啟動時，一臺冷水泵先以最低頻率啟動，如果不能滿足末端設(shè)備的壓差設(shè)定值，則第二臺冷水泵以最低頻率加入。如果壓差還不滿足，第三臺冷水泵也以最低頻率投入。如果此時壓差仍然未到設(shè)定值，三臺水泵同頻上升來加大流量，直到末端設(shè)備的壓差設(shè)定值得以保證為止。當(dāng)末端設(shè)備的負(fù)荷減少，則流量過剩，也就是末端設(shè)備的壓差高于設(shè)定值時，三臺泵同步減頻來維持壓差設(shè)定值。當(dāng)冷水泵處在最低頻率時（因?yàn)槿_冷水泵同頻動作，所以同時處在最低頻率），如果還有減少流量的需求，則關(guān)閉其中一臺水泵。4.4冷水機(jī)組的加減載冷水機(jī)組啟動后，當(dāng)經(jīng)過蒸發(fā)器的水流量達(dá)到最低流量時，水流開關(guān)閉合（或壓差開關(guān)閉合），冷水機(jī)組投入運(yùn)行。隨著末端設(shè)備負(fù)荷的增加，冷水機(jī)組的荷載增加。當(dāng)冷水機(jī)組運(yùn)行電流達(dá)到滿載電流時，則再投入一臺冷水機(jī)組，直到機(jī)組全部投入運(yùn)行。反之，當(dāng)機(jī)組的電流到達(dá)少開一臺冷水機(jī)組而剩余的冷水機(jī)組仍然能提供相應(yīng)的冷量時，就可以關(guān)閉一臺冷水機(jī)組。隨著負(fù)荷繼續(xù)減少，當(dāng)運(yùn)行的兩臺機(jī)組的電流達(dá)到少開一臺冷水機(jī)組時，就停運(yùn)其中一臺機(jī)組。5一次泵變流量系統(tǒng)與二次泵變流量系統(tǒng)的比較節(jié)省初投資機(jī)房占地面積不但冷凍水泵節(jié)能，同時減少機(jī)組和冷卻水泵的運(yùn)行時數(shù)，降低運(yùn)行費(fèi)用在節(jié)能方面，一次泵變流量系統(tǒng)不但在冷水泵方面節(jié)能，還可以減少冷水機(jī)組的全年運(yùn)行時數(shù)，節(jié)省冷卻水泵的運(yùn)行時數(shù)和能耗。按常規(guī)設(shè)計，在一次泵變流量系統(tǒng)中冷水機(jī)組與冷水泵一一對應(yīng)限制了冷水機(jī)組的“超額冷量”的發(fā)揮。設(shè)計時冷水機(jī)組是按照一定的工況選的，如冷凝器的進(jìn)水溫度為32°C，水泵則按照冷水機(jī)組蒸發(fā)器的流量選定。當(dāng)室外工況好于選機(jī)工況時，如29°C時，冷水機(jī)組的出力是可以大于額定冷量。但是，水泵是按照冷水機(jī)組蒸發(fā)器的流量選定的，其流量不會大于蒸發(fā)器的額定流量。因此，限制了冷水機(jī)組的“超額冷量”的發(fā)揮。而一次變流量系統(tǒng)的冷水泵可以調(diào)節(jié)控制流量，在室外工況較好時，可以提高蒸發(fā)側(cè)的流量，使得冷水機(jī)組的“超額冷量”能夠發(fā)揮出來。因此，可以減少冷水機(jī)組全年投入運(yùn)行的時數(shù)，相應(yīng)的冷卻水泵投入運(yùn)行時間也減少了。6結(jié)論隨著冷水機(jī)組的技術(shù)進(jìn)步，設(shè)備對系統(tǒng)的兼容性增強(qiáng)，系統(tǒng)的設(shè)計也將越來越多樣性。本文對于蒸發(fā)器側(cè)冷水系統(tǒng)定流量和變流量的分析表明：一次泵變流量系統(tǒng)不僅可以節(jié)省系統(tǒng)的初投資和機(jī)房面積，做到冷水泵的節(jié)能運(yùn)行，而且還可以減少冷水機(jī)組的全年運(yùn)行時數(shù)，節(jié)省冷卻水泵的運(yùn)行時數(shù)和能耗。參考文獻(xiàn)EngineersNewsletterbyMickSchwedlerPE.2002,Volume31,No4