与《一次泵变流量系统水泵控制方法的节能性分析》一文.pdf

与 一次泵变流量系统水泵控制方法的节能性分析 一文作者商榷江西科技师范学院董哲生摘要针对该文提出的管网控制概念、水泵和旁通组合控制方式以及对各种管网控制方式的管网特性曲线和节能性的分析结论提出质疑。关键词质疑水泵控制旁通控制管网控制犇 犻 狊 犮 狌 狊 狊 犻 狅 狀狅 狀狋 犺 犲犪 狉 狋 犻 犮 犾 犲狅 犳犃 狀 犪 犾 狔 狊 犻 狊狅 狀犲 狀 犲 狉 犵 狔犲 犳 犳 犻 犮 犻 犲 狀 犮 狔狅 犳狑 犪 狋 犲 狉狆 狌 犿 狆犮 狅 狀 狋 狉 狅 犾犿 犲 狋 犺 狅 犱 狊 犻 狀狏 犪 狉 犻 犪 犫 犾 犲狆 狉 犻 犿 犪 狉 狔 犳 犾 狅 狑狊 狔 狊 狋 犲 犿 狊犅 狔犇 狅 狀 犵 犣 犺 犲 狊 犺 犲 狀 犵犃 犫 狊 狋 狉 犪 犮 狋 犘 狅 犻 狀 狋 狊狅 狌 狋狊 狅 犿 犲狆狉 狅 犫 犾 犲 犿 狊狅 狀狋 犺 犲犪 狉 狋 犻 犮 犾 犲犪 犫 狅 狌 狋狋 犺 犲狆犻狆犲 犾 犻 狀 犲狀 犲 狋 狑 狅 狉 犽犮 狅 狀 狋 狉 狅 犾犮 狅 狀 犮 犲狆狋 犻 狅 狀，犮 狅 犿 犫 犻 狀 犲 犱犮 狅 狀 狋 狉 狅 犾狑 犻 狋 犺狑 犪 狋 犲 狉狆狌 犿狆犪 狀 犱犫狔 狆犪 狊 狊，犮 犺 犪 狉 犪 犮 狋 犲 狉 犻 狊 狋 犻 犮 犮 狌 狉 狏 犲 狊 狅 犳 狏 犪 狉 犻 狅 狌 狊狆犻狆犲狀 犲 狋 狑 狅 狉 犽犮 狅 狀 狋 狉 狅 犾犿 狅 犱 犲 狊犪 狀 犱犪 狀 犪 犾狔狋 犻 犮 犪 犾 犮 狅 狀 犮 犾 狌 狊 犻 狅 狀 狊 犳 狅 狉 犲 狀 犲 狉犵 狔狊 犪 狏 犻 狀犵犓 犲 狔 狑 狅 狉 犱 狊 狇狌 犲 狊 狋 犻 狅 狀，狑 犪 狋 犲 狉狆狌 犿狆犮 狅 狀 狋 狉 狅 犾，犫狔 狆犪 狊 狊 犮 狅 狀 狋 狉 狅 犾，狆犻狆犲 犾 犻 狀 犲狀 犲 狋 狑 狅 狉 犽犮 狅 狀 狋 狉 狅 犾 犑 犻 犪 狀 犵 狓 犻 犛 犮 犻 犲 狀 犮 犲牔犜 犲 犮 犺 狀 狅 犾 狅 犵 狔犖 狅 狉 犿 犪 犾 犝 狀 犻 狏 犲 狉 狊 犻 狋 狔，犖 犪 狀 犮 犺 犪 狀 犵，犆 犺 犻 狀 犪 年第期 暖通空调 杂志刊登的 一次泵变流量系统水泵控制方法的节能分析一文中，作者提出了管网控制概念及水泵和旁通组合控制方式，分析了各种管网控制方式的管网特性曲线和节能性，但其所得结论值得商榷。关于文献 所给管网特性曲线的谬误图是文献 给出的干管温差控制、干管压差控制和末端压差控制种一次泵变流量系统水泵控制方法的管网特性曲线，图中横坐标为冷源侧提供的流量，纵坐标为管网阻力。图 管网特性曲线文献 令犎为末端压差控制法压差设定值，犎为干管压差控制法压差设定值，却没有给出以上条曲线（曲线用犃表示，曲线用犅表示，曲线用犆表示）的函数表达式。依据流体力学理论，是否可分别用犎犃犛犃犙犃，犎犅犎犛犅犙犅，犎犆犎犛犆犙犆来描述？文献 也没有交代以上条曲线的交点，是否可以理解为其为系统设计工况点？众所周知，只有开式水系统的管网具有图中曲线，的特性，而闭式水系统的管网具有图中曲线的特性。文献 对同一管网，仅仅因为控制方法不同，竟然给出了种截然不同的管网特性曲线来。尤其是当冷源侧流量犙时，竟然在通常是闭式的冷水管道系统中出现管网阻力犎犅犎和犎犆犎的情况，令人百思不得其解。关于文献 提出的种控制方式下的水泵节能效果及可靠性分析 冷源侧干管压差控制方式 暖通空调犎 犞 牔 犃 犆 年第 卷第 期专业论坛董哲生，男，年月生，大学，高级工程师，副院长 南昌市昌北开发区枫林大道 号江西科技师范学院建工学院（）：收稿日期：修回日期：当采用干管压差控制水泵变频时，通常以设计工况下供回水干管间的压差值作为水泵变频的设定值。当实测压差大于设定值时，说明有部分末端温控阀门动作使得管网特性曲线变陡峭，此时水泵变频减速，工作曲线平行下移，从而在新的工况点满足系统及各末端的流量需求。由于在部分负荷下系统干管流量减小使得压降随之减小，所以这种控制方式偏于保守，节能效果较差，水泵提供的扬程往往大于系统实际需求压头。末端支管侧压差控制方式当采用末端压差控制水泵变频时，通常以设计工况下各末端支路中最不利支路的需求压头作为水泵变频的设定值。当实测压差大于设定值时，同样说明此时有部分末端温控阀门使得管网特性曲线变陡峭，此时水泵变频减速，工作曲线平行下移，从而在新的工况点满足系统及各末端的流量需求。由于此时系统干管流量减小引起的压降减小并不在压差控制范围内，所以这种控制方式比上述干管压差控制方式经济，节能效果更明显。但当这台作为水泵变频压差设定值的末端处于部分负荷工况时，其支路上的温控阀门调小开度或者关闭，将使处于该末端上游的其他仍需提供设计流量的末端支路可资利用压头不足（系统实际总流量越小，上游仍需满负荷工作的末端需求压头越不足），导致这些处于上游的末端欠流量。所以，基于末端支管侧压差的水泵变频控制方式也不太可靠。另外，如果在春、秋季节，当系统所有末端的需求流量都低于设计负荷所对应的流量时，则这种控制方式下水泵所提供的实际压头仍超出需求，使得能耗增加。冷源侧干管温差控制方式首先必须指出，文献 在概述中写道：“温差控制法是根据干管内供回水温差信号控制水泵变频调节的水泵控制方法”和“其中曲线是温差控制法的管网特性曲线，压差设定值为”，这两句描述是相互矛盾的。当采用干管温差控制水泵变频时，通常以设计工况下供回水干管间的温差值作为水泵变频的设定值。当实测温差小于设定值时，说明系统总的负荷减小，需求的水流量随之减小，此时水泵变频减速，工作曲线平行下移，从而在新的工况点满足系统总流量需求。根据冷源侧干管供回水温差信号控制水泵变频调节的一次泵变流量控制思路基于：犙犮狆犞狋（）式中犙为制冷量，；为冷水密度，；犮狆为冷水比定压热容，（）；犞为冷水体积流量，；狋为冷水进、出口温差，当狋为恒量时，系统末端用户侧冷量犙正比于冷水流量犞。如果仅从节能效果分析，这种控制方式下系统干管不可能提供多余的流量，显然节能效果最佳。但是一次泵变流量系统不能仅考虑节能，还要考虑其可靠性。下面以图的水系统为例进行分析，假设该系统采用冷源侧干管供回水温差控制方式。图 水系统原理图当系统 末端负荷率为 、其余末端负荷率均保持为 时，温控阀关小，其余的温控阀会因为暂时的过流量随之关小，管网特性曲线左翘；干管温差降低，水泵降频运行，水泵特性曲线下移，由此造成负荷侧的资用压头随之下降，尽管和 温控阀全开，和 末端分配到的水量仍难以及时满足其满负荷工况所需求的 设计水量，服务质量无法得以保障。这是因为在冷源侧相同的部分负荷率条件下，由于各末端对水量的需求不一致，各末端在不同负荷率条件下的出水温度不尽相同，末端出水经混流后，设在冷源侧供、回水干管上的温差传感器感受到系统水整体的温差变化具有一定的滞后性，各末端温控阀感受负荷变化后调节阀门开启也具有一定的滞后性，都远远落后于某末端温控阀动作（因负荷变化）引起其余末端（负荷不变或变化率不同）进、出水管的压差变化，所以温差控制系统存在被控水泵变频动作的严重滞后性甚至盲动性。试图维持蒸发器冷水进出口温差狋不变的干管温差控专业论坛暖通空调犎 犞 牔 犃 犆 年第 卷第 期 制法是不能及时满足所有末端的使用要求的，故冷源侧温差控制变流量节能技术在系统可操作层面上是不严谨的。关于文献 给出的带有旁通管阀的控制方式分析以下主要分析文献 所给出的控制方式和控制方式。控制方式图是文献 给出末端压差旁通的温差控制法（简称控制方式）的控制原理图。图 控制方式原理图假设支路因负荷为零而关闭，支路满负荷运行，系统冷负荷率为 。此时图中犃，犅管段流量在旁通阀开启之前暂时为，支路资用压头狆狆，且狆大于旁通压差设定值使旁通阀开启。由于支路与旁通阀管路阻抗犛不同，两管路流量不同，假如旁通流量大于支路的设计流量，则系统流量大于系统设计流量，在管网特性曲线图上水泵工作点右移，系统扬程减小，不能保证支路的资用压头设计值，出现冷源侧过流量而用户侧支路欠流量的情况。同时由于旁通流量的混水效应导致干管温差低于设定值狋，调速水泵降速运行，水泵特性曲线下移，扬程降低，造成支路资用压头狆进一步降低，支路连基本的设计水量亦不能保证。那么如果旁通流量小于支路的设计流量又如何呢？这对于图这样仅有两个末端的系统似乎是可行的（甚至可以取消旁通管阀，冷源侧最低流量率将不低于 ），但对于有几十甚至几百个末端的系统而言，如果旁通设计流量小于其中某个最不利支路末端的设计流量，将很难保证冷源侧对最低流量的要求，又有什么实际意义呢？控制方式图是文献 给出的干管压差旁通的温差控制法（简称控制方式）的控制原理图。由于压差控制点在供回水干管之间，因此管网的压差旁通设图 控制方式原理图定值为设计工况下的干管供回水压差。假设支路因负荷为零而关闭，支路满负荷运行，系统冷负荷率为 。由于支路关闭，两支路间干管流量在旁通阀开启之前暂时为，犃点与支路之间干管流量减小，该段管路压降呈次幂关系降低，支路的资用压头狆将高于设计值，且干管压差高于旁通压差设定值，旁通阀开启。基于混水低温效应供回水温差减小，调速水泵减速；供回水干管压差减小，旁通阀关闭。由于调速水泵进一步减速，旁通阀失去调节功能。随之干管温差加大，水泵增速。显然，旁通阀开启干管温差降低水泵减速旁通阀关闭干管温差升高水泵增速旁通阀开启，周而复始，反复振荡，系统将长时间不能稳定运行。假设支路关闭，支路满负荷运行，系统冷负荷率仍为 。由于支路关闭，其流量为，犃，犅点之间干管流量接近减半，管路压降呈次幂关系降低，支路的资用压头将高于设计值，流量大于设计流量；干管压差高于旁通压差设定值，旁通阀开启，供回水干管温差减小，水泵减速重复上述振荡工况。当支路和均为部分负荷时，同样由于犃，犅点之间流量减小，管路压降呈次幂关系降低，支路和的资用压头均将高于设计值，使得干管压差高于旁通压差设定值，旁通阀开启，干管温差减小，水泵减速，呈现振荡特性。对于文献 中提到的另外种旁通控制方式，即控制方式和，同样会因为水泵变频动作与旁通阀开关动作的相互制约，使系统出现类似的振荡特征，不再赘述。结论文献 给出的干管温差控制、干管压差控制和末端压差控制种水泵控制方法所对应的管网特性曲线图是不成立的。（下转第 页）暖通空调犎 犞 牔 犃 犆 年第 卷第 期专业论坛大，因此，在实际运行中，应根据机组实际负荷状况，通过变频器控制地下水流量在 之间变化，实现地下水地源热泵系统整体节能。运行费用分析以某地源热泵项目为例（建筑面积 ），对比地下水变流量和定流量方案的运行费用。该项目选用满液式水源热泵机组 ，机组参数见表。表 水源热泵机组参数空调水进 出水温度 地下水进 出水温度 地下水流量（）空调水流量（）制冷（热）量 输入功率 制冷工况 制热工况 从表可以看出，采用地下水变流量技术时，每年可节约运行费用，约 万元。地下水抽水量节约 ，约 万。可见，采用地下水表 定流量与变流量系统运行费用对比主机负荷百分数 制冷量 制热量 建筑负荷时间百分比 地下水定 制冷工况机组功率 流量系 制热工况机组功率 统空调水泵功率 地下水流量 地下水水泵功率 部分负荷电费 元 全年总运行费用 元 部分负荷抽水量 全年总抽水量 地下水变 制冷工况机组功率 流量系 制热工况机组功率 统空调水泵功率 地下水流量 地下水水泵功率 部分负荷电费 元 全年总运行费用 元 部分负荷抽水量 全年总抽水量 每年节约费用 元 节约水量 （）注：）电费以平均元 （）计算。）制冷季节 ，制热季节 ，每天运行。）地下水水泵流量 ，扬程，额定功率 。变流量控制，可以大大降低系统运行费用，同时节约地下水需求量。水源热泵项目实施地下水变流量控制，需要增加变频器等硬件投资（市场估价约万元），可在一年内收回所增加的初投资。结论本文研究了地下水地源热泵直接换热系统地下水变流量运行的特性。水源热泵机组在部分负荷工况下运行时，随着地下水流量的逐渐降低，机组的性能系数逐渐降低。机组负荷率越小，性能系数随地下水流量降低而降低的变化速率也越小。在部分负荷工况下，减小地下水流量，地下水地源热泵系统的性能系数提高，从而可提高地下水地源热泵系统的性能系数。考虑到机组长期运行的可靠性，可根据实际负荷状况，通过变频器控制地下水流量在 之间变化，实现系统性能的提高。直接换热式地下水地源热泵系统采用地下水变流量技术，每年可节约运行费用，节约地下水抽水量 ，一年可回收项目增加初投资。参考文献：郭安基于 的一次泵变流量系统运行参数优化大连：大连理工大学，许光映变频调速并联水泵系统性能仿真研究暖通空调，（）：檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭 （上接第 页）关于上述种控制方法，其中干管温差控制方式从理论上分析最节能，但系统末端流量难以及时得到保证，系统运行存在不可靠性；干管压差控制方式节能效果较差但可靠性最好；末端压差控制方式节能效果较好但不够可靠。关于文献 提出的种水泵旁通综合控制的管网控制方式，在控制原理上存在不稳定因素，不是良好的控制策略，在实际工程中不宜采用。参考文献：张再鹏，陈焰华，於仲义，等一次泵变流量系统水泵控制方法的节能性分析暖通空调，（）：张三暖通空调变流量水系统中的定压差技术的问题 ：？暖通空调犎 犞 牔 犃 犆 年第 卷第 期技术交流