水環(huán)熱泵系統(tǒng)變水量運(yùn)行及其相關(guān)問題

目前在房地產(chǎn)領(lǐng)域水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)由于其具有系統(tǒng)效率高（相比風(fēng)冷熱泵系統(tǒng)）、投資零活、便于獨(dú)立計(jì)費(fèi)等特點(diǎn)應(yīng)用相當(dāng)廣泛，也取得了一定地經(jīng)濟(jì)效益。然而該系統(tǒng)在使用過(guò)程中也暴露了一些問題。如在部分負(fù)荷條件下如何減少水泵的運(yùn)行電耗？

在房地產(chǎn)項(xiàng)目的空調(diào)系統(tǒng)中目前多采用分區(qū)分戶獨(dú)立設(shè)置水環(huán)熱泵機(jī)組，使用時(shí)各區(qū)（戶）根據(jù)自身需要決定開停時(shí)間和所需的溫度。冷卻水系統(tǒng)集中設(shè)置。收費(fèi)時(shí)各區(qū)（戶）各自電表分別計(jì)費(fèi)，集中設(shè)置的水泵和冷卻塔的電費(fèi)由各家用戶分?jǐn)偂＿@樣就帶來(lái)了一個(gè)問題在過(guò)渡季節(jié)和只有少數(shù)用戶入住的情況下如何減少水泵的電耗。關(guān)于這一點(diǎn)我們自然會(huì)想到讓水泵采用變水量運(yùn)行。但問題在于常規(guī)中央空調(diào)系統(tǒng)冷凍水泵的變水量的極限范圍是由冷水機(jī)組蒸發(fā)器型式?jīng)Q定的，一般是滿液式蒸發(fā)器不小于額定水量的７０％，干式蒸發(fā)器和溴化鋰機(jī)組蒸發(fā)器不小于額定水量的５０％。但對(duì)于水環(huán)熱泵系統(tǒng)而言其部分負(fù)荷有可能達(dá)到１０％甚至以下，如何在這樣小的負(fù)荷下保持水系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行呢？水系統(tǒng)在設(shè)計(jì)中又要采取哪些措施呢？

 

第一：各臺(tái)水環(huán)熱泵機(jī)組的冷卻水進(jìn)品均設(shè)置二通閥，其開關(guān)與機(jī)組聯(lián)動(dòng)，機(jī)組開其開，機(jī)組關(guān)其也關(guān)閉。

 

第二：機(jī)組側(cè)水泵的開停與二通閥聯(lián)動(dòng)，系統(tǒng)中只要有一只二通閥處于開啟狀態(tài)機(jī)組側(cè)水泵就投入運(yùn)行．

 

第三：機(jī)組側(cè)水泵根據(jù)供回壓差進(jìn)行變頻控制．

 

第四：水泵在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)考慮負(fù)荷特點(diǎn)合理搭配大小．

 

第五：冷卻塔（鍋爐）側(cè)水泵根據(jù)系統(tǒng)回水溫度決定開停．（３２℃以上或１６℃以下）

 

上述方案在執(zhí)行過(guò)程中主要要解決兩個(gè)問題。第一是根據(jù)負(fù)荷特點(diǎn)如何合理配置機(jī)組側(cè)水泵。第二是系統(tǒng)采用何種控制方式．針對(duì)這兩點(diǎn)我們分別給與闡述．

 

1機(jī)組側(cè)水泵配置

 

采用水泵變速運(yùn)行的變水量系統(tǒng)在選擇水泵時(shí)應(yīng)注意兩點(diǎn),

 

第一,要防止變速后水泵的振動(dòng)頻率與隔振裝置的固有頻率相同形成共振。

 

第二，要防止水系統(tǒng)由于二通閥的關(guān)閉造成其管路特性曲線的變化，從而使水泵的工作點(diǎn)進(jìn)入喘振區(qū)。（關(guān)于這一點(diǎn)可在水泵選型時(shí)由生產(chǎn)廠家來(lái)進(jìn)行校核）

 

下面我們通過(guò)一個(gè)個(gè)工程實(shí)例來(lái)說(shuō)明變水量系統(tǒng)的水泵選型。某房地產(chǎn)工程采用水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)，其冷卻水總量為600t/h，該系統(tǒng)小負(fù)荷有可能達(dá)到設(shè)計(jì)負(fù)荷的5%。，正常情況下配置三臺(tái)水泵，每臺(tái)流量為200t/h。假設(shè)水泵的額定轉(zhuǎn)速均為1450r/min。當(dāng)部分負(fù)荷為5%時(shí)，如果循環(huán)水量隨之降低，那么水泵此時(shí)的轉(zhuǎn)速將要達(dá)到218r/min（定壓系統(tǒng)水泵流量與轉(zhuǎn)速成一次方關(guān)系）。那么這時(shí)會(huì)發(fā)生什么情況呢？

 

我們知道一臺(tái)轉(zhuǎn)速為1450r/min水泵的振動(dòng)頻率約為24HZ，當(dāng)水泵轉(zhuǎn)速減為218r/min時(shí)水泵的振動(dòng)頻率約為3.6HZ。而一般的減震器的固有頻率約在3~6HZ。這樣水泵在減速過(guò)程中就會(huì)發(fā)生共振。因此為了防止共振（同時(shí)也為了控制水泵振動(dòng)的傳遞率），對(duì)與一般民用建筑而言水泵振動(dòng)頻率與減震器固有頻率之比應(yīng)在2.5以上。本例中假定減震器固有頻率為6HZ，那么水泵的振動(dòng)頻率應(yīng)在15HZ以上，水泵的轉(zhuǎn)速低應(yīng)不小于900r/min（此時(shí)水泵流量約為120t/h）。這個(gè)轉(zhuǎn)速正好對(duì)應(yīng)系統(tǒng)處于20%的部分負(fù)荷下。因此為了保證系統(tǒng)處于更低負(fù)荷時(shí)水泵也能經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，我們?cè)谒到y(tǒng)設(shè)計(jì)中另外配置了一臺(tái)小水泵。

 

小水泵配置依據(jù)是當(dāng)一臺(tái)大水泵運(yùn)行至其低轉(zhuǎn)速時(shí)，如果系統(tǒng)負(fù)荷仍進(jìn)一步下降，那么大水泵停機(jī)，開啟小水泵。也就是小水泵的大流量為一臺(tái)大水泵的調(diào)速后的小流量。

 

本例中小水泵的流量應(yīng)為120t/h（其額定轉(zhuǎn)速仍為1450r/min）。當(dāng)其轉(zhuǎn)速為900r/min時(shí)，流量約為75t/h，這個(gè)流量約對(duì)應(yīng) 12.5%的部分負(fù)荷。這樣的水泵配置基本上可滿足水系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。如果還需隨負(fù)荷下降進(jìn)一步降低水流量，那還可配一臺(tái)更小流量的水泵。其原則同。本例中這臺(tái)水泵的額定流量為75t/h（額定轉(zhuǎn)速為1450r/min），當(dāng)其轉(zhuǎn)速降為900r/min時(shí)，水泵流量降為45t/h，基本對(duì)應(yīng)系統(tǒng)7.5%的部分負(fù)荷。這種配置方式可進(jìn)一步降低水泵在低負(fù)荷時(shí)的電耗。

 

2變水量系統(tǒng)控制方式

 

變水量系統(tǒng)采用DDC控制方式，這種控制方式的優(yōu)點(diǎn)是(1)整個(gè)系統(tǒng)系統(tǒng)可靠、節(jié)能。（2）產(chǎn)品價(jià)格日趨低廉、安裝費(fèi)用低、節(jié)省空間。（3）使用方便、升級(jí)容易、安全性強(qiáng)。（4）有技術(shù)支持。（5）可以實(shí)現(xiàn)水泵軟啟動(dòng)，使啟動(dòng)過(guò)程對(duì)電網(wǎng)影響小。

 

整個(gè)控制系統(tǒng)是在每個(gè)樓層或一定的空調(diào)區(qū)域設(shè)置一臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)控制器，當(dāng)有一臺(tái)水環(huán)熱泵機(jī)組投入使用后與其對(duì)應(yīng)的二通閥即打開（機(jī)組與二通閥間的控制由機(jī)組自身配套控制器實(shí)現(xiàn)）。二通閥開戶信號(hào)傳至現(xiàn)場(chǎng)控制器，再由現(xiàn)場(chǎng)控制器將信號(hào)傳至整個(gè)樓宇的中央集中控制器，后由中央集中控制器將信號(hào)傳至水泵，控制水泵啟動(dòng)。當(dāng)系統(tǒng)中所有水環(huán)熱泵機(jī)組均停止工作時(shí)，所有二通閥均關(guān)閉，此時(shí)沒有信號(hào)傳至現(xiàn)場(chǎng)控制器，中央集中控制器也無(wú)信號(hào)輸入，這時(shí)其即控制水泵關(guān)閉。

 

中央集中控制器將信號(hào)傳至水泵(組)后，水泵啟動(dòng)。根據(jù)上面的例子75t/h流量的小水泵先啟動(dòng)。該水泵啟動(dòng)后其轉(zhuǎn)速由機(jī)組側(cè)的供回水壓差控制，隨著系統(tǒng)中投入運(yùn)行的機(jī)組增多，呈開啟狀態(tài)的二通閥也隨之增多，系統(tǒng)供回水壓差逐漸減小，水泵的轉(zhuǎn)速逐漸提高。當(dāng)小水泵的轉(zhuǎn)速達(dá)到其額定轉(zhuǎn)速后供回水壓差如果再減小，這臺(tái)小水泵停止運(yùn)行，流量為120t/h的水泵接著投入運(yùn)行，如果系統(tǒng)中呈開啟狀態(tài)的二通閥繼續(xù)增多，系統(tǒng)供回水壓差繼續(xù)減小，水泵的轉(zhuǎn)速繼續(xù)提高，當(dāng)水泵達(dá)到其額定轉(zhuǎn)速時(shí)，如果供回水壓差再下降那么這臺(tái)水泵停止運(yùn)行，一臺(tái)200t/h流量的水泵開始投入。這臺(tái)水泵的轉(zhuǎn)速仍由供回水壓差控制逐漸提高，當(dāng)達(dá)到其額定轉(zhuǎn)速后，如果供回水壓差再下降，第二臺(tái)200t/h流量的水泵投入運(yùn)行。這時(shí)第一臺(tái)200t/h流量的水泵減速，這兩臺(tái)水泵同時(shí)受供回水壓差控制保持同步轉(zhuǎn)速。當(dāng)這兩臺(tái)水泵均達(dá)到額定轉(zhuǎn)速后，如果壓差繼續(xù)下降那么第三臺(tái)200t/h流量的水泵繼續(xù)投入運(yùn)行。此時(shí)原來(lái)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速的兩臺(tái)水泵減速，三臺(tái)水泵同受供回水壓差控制保持同步轉(zhuǎn)速，直至系統(tǒng)達(dá)到滿負(fù)荷狀態(tài)三臺(tái)水泵均達(dá)到額定轉(zhuǎn)速。

 

對(duì)于冷卻塔(鍋爐)側(cè)水泵其開停受機(jī)組側(cè)水泵的回水溫度控制，采用定水量運(yùn)行模式。回水溫度超過(guò)32℃時(shí)水泵開啟，冷卻塔投入運(yùn)行。當(dāng)回水溫度低于16℃時(shí)水泵開啟，鍋爐投入運(yùn)行.

 

3變水量運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性分析

 

機(jī)組側(cè)水泵采用變水量運(yùn)行模式后其節(jié)能效果究竟如何?我們?nèi)愿鶕?jù)前面的工程實(shí)例做一分析。

 

該房地產(chǎn)項(xiàng)目為一綜合工程，其內(nèi)包括辦公、商場(chǎng)、住宅等部分。其全年空調(diào)運(yùn)行時(shí)間為250天。

幾種型號(hào)水泵的額定功率分別為：（1）流量200t/h水泵，額定功率為22kw。（2）流量120t/h水泵，額定功率為11kw。（3）流量 75t/h水泵，額定功率為7.5kw。根據(jù)定壓系統(tǒng)水泵流量與輸入功率呈一次方關(guān)系，我們可以計(jì)算出變水量系統(tǒng)的水泵在不同空調(diào)負(fù)荷率下的輸入功率。

如果本工程水泵不配置另外兩臺(tái)小水泵，僅對(duì)三臺(tái)大水泵進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制。那么在部分負(fù)荷條件下全年水泵電耗將會(huì)怎樣呢？

從上面的比較我們可以看出變水量方案1與定水量相比年節(jié)電達(dá)49.6%，變水量方案2與定水量方案相比年節(jié)電達(dá)47.9%。由此我們可以得出在水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)中水泵采用變水量運(yùn)行方案的經(jīng)濟(jì)意義。另外變水量方案1與變水量方案2之間的節(jié)電效果并不明顯，這主要是因?yàn)樵诒纠锌照{(diào)系統(tǒng)低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間不長(zhǎng)。通過(guò)本例也可讓我們得出這樣的經(jīng)驗(yàn)，在空調(diào)系統(tǒng)低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間不長(zhǎng)的情況下，在變水量系統(tǒng)水泵配置中可直接配置二至三臺(tái)大流量水泵，而不需另外配置小流量水泵。這樣可使水系統(tǒng)的控制更為簡(jiǎn)化。只有在空調(diào)系統(tǒng)低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，從進(jìn)一步節(jié)能的角度出發(fā)需要另外配置一至二臺(tái)小流量水泵。