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

申請免費試用、咨詢電話：400-8352-114

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)的初投資和機房面積，做到冷水泵的節(jié)能運行，而且還可以減少冷水機組的全年運行時數(shù)，節(jié)省冷卻水泵的運行時數(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，而在負荷變化時，雖然冷水機組可以根據(jù)負荷進行調(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組在部分負荷運行而減少。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組運行出問題。因此，如圖1所示，在冷水機組蒸發(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，在部分負荷時二次泵變流量系統(tǒng)用戶側(cè)的水泵能夠根據(jù)負荷進行調(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，要求的機房面積也增加了，同時控制也較復(fù)雜，對機房操作人員的要求也較高。下文討論分析可以在部分負荷時通過一次泵直接變流量來達到更節(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組蒸發(fā)器側(cè)可以實現(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，同時在運行費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？這是因為目前的冷水機組變流量的范圍不是從0%-100%，有的在30%-130%，有的螺桿式機組又在45%-120%。當(dāng)用戶側(cè)的流量低于冷水機組變流范圍時，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組的設(shè)定最小流量，同時，水泵以最低頻率定頻運行。4.3水泵的運行首先，如圖4所示水泵和冷水機組不是一一對應(yīng)的。水泵的運行是由設(shè)定的末端設(shè)備的壓差控制的，冷水機組的加減機則是由投入機組的運行電流來控制的。假設(shè)有三臺冷水機組，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（因為三臺冷水泵同頻動作，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冷水機組的加減載冷水機組啟動后，當(dāng)經(jīng)過蒸發(fā)器的水流量達到最低流量時，水流開關(guān)閉合（或壓差開關(guān)閉合），冷水機組投入運行。隨著末端設(shè)備負荷的增加，冷水機組的荷載增加。當(dāng)冷水機組運行電流達到滿載電流時，則再投入一臺冷水機組，直到機組全部投入運行。反之，當(dāng)機組的電流到達少開一臺冷水機組而剩余的冷水機組仍然能提供相應(yīng)的冷量時，就可以關(guān)閉一臺冷水機組。隨著負荷繼續(xù)減少，當(dāng)運行的兩臺機組的電流達到少開一臺冷水機組時，就停運其中一臺機組。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)省初投資機房占地面積不但冷凍水泵節(jié)能，同時減少機組和冷卻水泵的運行時數(shù)，降低運行費用在節(jié)能方面，一次泵變流量系統(tǒng)不但在冷水泵方面節(jié)能，還可以減少冷水機組的全年運行時數(shù)，節(jié)省冷卻水泵的運行時數(shù)和能耗。按常規(guī)設(shè)計，在一次泵變流量系統(tǒng)中冷水機組與冷水泵一一對應(yīng)限制了冷水機組的“超額冷量”的發(fā)揮。設(shè)計時冷水機組是按照一定的工況選的，如冷凝器的進水溫度為32°C，水泵則按照冷水機組蒸發(fā)器的流量選定。當(dāng)室外工況好于選機工況時，如29°C時，冷水機組的出力是可以大于額定冷量。但是，水泵是按照冷水機組蒸發(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，使得冷水機組的“超額冷量”能夠發(fā)揮出來。因此，可以減少冷水機組全年投入運行的時數(shù)，相應(yīng)的冷卻水泵投入運行時間也減少了。6結(jié)論隨著冷水機組的技術(shù)進步，設(shè)備對系統(tǒng)的兼容性增強，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)的初投資和機房面積，做到冷水泵的節(jié)能運行，而且還可以減少冷水機組的全年運行時數(shù)，節(jié)省冷卻水泵的運行時數(shù)和能耗。參考文獻EngineersNewsletterbyMickSchwedlerPE.2002,Volume31,No4