黃騎松，高理福，楊 彪，何曉英（.西南科技大學(xué) 土木工程與建筑學(xué)院， 四川 綿陽 600；.中國中鐵二局，貴州 貴陽 550000）

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，自動(dòng)控制技術(shù)也在飛速革新，且被應(yīng)用到了各行各業(yè)中，其中在暖通空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用也取得了相當(dāng)大的成果[1-2]。針對(duì)此次著重研究的空調(diào)冷凍水系統(tǒng)，利用自動(dòng)控制與冷凍水系統(tǒng)的冷凍水泵優(yōu)化配置相結(jié)合來達(dá)到節(jié)能的目的。將自動(dòng)控制系統(tǒng)應(yīng)用到暖通空調(diào)系統(tǒng)中，能夠更好地體現(xiàn)出暖通空調(diào)系統(tǒng)的作用[3]。本文對(duì)冷凍水系統(tǒng)中冷凍水泵兩種不同的自動(dòng)控制方式—對(duì) 1 臺(tái)大流量冷凍水泵的自動(dòng)控制；對(duì) 2 臺(tái)小流量并聯(lián)冷凍水泵的自動(dòng)控制[4-6]—進(jìn)行研究。

1 自動(dòng)控制技術(shù)在暖通空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用

通過裝在離泵最遠(yuǎn)端用戶管段上的壓差傳感器，獲得水泵變頻控制器的輸入信號(hào)。當(dāng)該系統(tǒng)由于負(fù)荷的變化，引起管路閥門自動(dòng)變化從而導(dǎo)致壓差的改變，當(dāng)壓差傳感器將壓差 Δp傳輸給控制器，控制器將會(huì)以此輸入信號(hào)與預(yù)先設(shè)定值進(jìn)行比較，并且按照預(yù)先設(shè)定的控制算法計(jì)算出偏差，并產(chǎn)生輸出信號(hào)，以此來調(diào)節(jié)冷凍水泵的轉(zhuǎn)速，從而改變冷凍水泵流量和揚(yáng)程，以適應(yīng)負(fù)荷的變化[7]。

某工程開啟 1 臺(tái)冷水機(jī)組，額定制冷量為 4 219 kW，選用 2 臺(tái)（1 臺(tái)為備用）額定流量為 850 m3/h、揚(yáng)程為392.16 kPa、功率為 110 kW、轉(zhuǎn)速為 1 500 r/min 的大流量冷凍水泵運(yùn)行時(shí)，隨著冷負(fù)荷的變化，當(dāng)制冷機(jī)組實(shí)際制冷量與額定制冷量之比為 1.00、0.75、0.50、0.25 時(shí)，制冷機(jī)組運(yùn)行情況和水泵控制運(yùn)行情況如表 1 所示。

表 1 制冷機(jī)組和水泵控制運(yùn)行情況

根據(jù)式（1）將水泵揚(yáng)程單位換算成 m 以繪制水泵性能曲線和管路特性曲線圖。

式中：p—壓強(qiáng)，Pa;

ρ—水的密度，g/cm3;

g—重力常數(shù)，N/kg;

h—水的深度，m。

隨著負(fù)荷的變化，其水泵性能曲線和管路特性曲線變化[8-9]情況如圖 1 所示。

圖 1 大流量水泵負(fù)荷變化時(shí)水泵性能曲線和管路特性曲線變化情況

該系統(tǒng)會(huì)通過壓差傳感器傳遞的信號(hào)，再通過一系列處理，來調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速以適應(yīng)負(fù)荷的變化進(jìn)而達(dá)到節(jié)能的目的。但是通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)當(dāng)實(shí)際制冷量與額定制冷量之比＜0.75 時(shí)，隨著水泵流量的變化，水泵的運(yùn)行工況點(diǎn)，將偏離高效運(yùn)行區(qū)，雖然與傳統(tǒng)工頻運(yùn)行泵相比確實(shí)還是節(jié)能的，但還是會(huì)對(duì)泵自身有所損害，還會(huì)浪費(fèi)一部分能量。

當(dāng)選用 3 臺(tái)（2 用 1 備）額定流量為 430 m3/h、揚(yáng)程392.16 KPa、功率 58 kW、轉(zhuǎn)速 1 500 r/min 小流量冷凍水泵運(yùn)行時(shí)，隨著冷負(fù)荷的變化當(dāng)制冷機(jī)組實(shí)際制冷量與額定制冷量之比為 1.00、0.75、0.50、0.25 時(shí)，制冷機(jī)主運(yùn)行情況和水泵控制運(yùn)行情況如表 2 所示。

表 2 制冷機(jī)組和水泵控制運(yùn)行情況

當(dāng) 2 臺(tái)水泵同時(shí)運(yùn)行時(shí)，隨著負(fù)荷的變化，其水泵性能曲線和管路特性曲線變化情況[10]如圖 2 所示。

圖 2 小流量雙水泵負(fù)荷變化時(shí)水泵性能曲線和管路特性曲線變化情況

當(dāng) 1 臺(tái)小水泵運(yùn)行時(shí)，隨著負(fù)荷的變化，其水泵性能曲 線和管路特性曲線變化情況如圖 3 所示。

圖 3 小流量單水泵負(fù)荷變化時(shí)水泵性能曲線和管路特性曲線變化情況

由圖 2 和圖 3 可知當(dāng)采用變頻小泵并聯(lián)的方式運(yùn)行時(shí)，隨著負(fù)荷的變化，在水泵轉(zhuǎn)速改變的情況下，水泵的流量也隨之改變，但是通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)此時(shí)還能保證水泵在效率較高的工況點(diǎn)運(yùn)行。特別是與大流量單泵系統(tǒng)比較，當(dāng)實(shí)際制冷量與額定制冷量之比＜0.75 時(shí)，雙泵系統(tǒng)的高效率運(yùn)行效果更加顯著，還能起到節(jié)能的作用。

空調(diào)負(fù)荷的全年分布如表 3 所示。

表 3 空調(diào)負(fù)荷的全年分布

若按全年制冷運(yùn)行 1 136 h 計(jì)算，通過水泵轉(zhuǎn)速改變時(shí)特性曲線變化，由圖 1～圖 3 可得：

當(dāng)采用大流量泵時(shí)耗電量為 79 619.97 kW h，變頻器耗電量按照水泵耗電量的 4% 計(jì)算則為 3 184.80 kWh,所以大泵系統(tǒng)總耗電量為大流量泵總耗電量與變頻器總耗電量之和為 82 804.77 kWh。

當(dāng)采用小泵并聯(lián)時(shí)耗電量為 75 544.00 kWh,變頻器耗電量按照水泵耗電量的 4% 計(jì)算則為 3021.76 kWh,所以小泵并聯(lián)系統(tǒng)總耗電量為小泵并聯(lián)時(shí)的總耗電量與變頻器總耗電量之和為78 565.76 kWh。

節(jié)能率：（大泵系統(tǒng)總耗電量－小泵并聯(lián)系統(tǒng)總耗電量）/大泵系統(tǒng)總耗電量＝（82 804.77－78 565.76）/82 804.77＝5.12%。

2 節(jié)能分析

當(dāng)系統(tǒng)中選用大流量變頻泵與選用小流量并聯(lián)變頻泵時(shí)，各泵性能參數(shù)及各泵和變頻器在制冷模式下運(yùn)行一年的耗電情況及節(jié)能情況如表 4 所示。

表 4 性能參數(shù)及節(jié)能情況

3 結(jié) 語

自動(dòng)控制系統(tǒng)與暖通空調(diào)系統(tǒng)相結(jié)合得好與否，直接會(huì)影響到暖通空調(diào)系統(tǒng)對(duì)室內(nèi)溫度和濕度等的調(diào)節(jié)能力和整個(gè)系統(tǒng)的節(jié)能能力。通過上述研究分析，當(dāng)使用大流量水泵時(shí)，隨著用戶端負(fù)荷的降低，水泵流量減小，水泵工作點(diǎn)將偏離高效區(qū)，不但對(duì)水泵自身有損害還浪費(fèi)能源。將冷凍水泵采用小流量并聯(lián)的方式與自動(dòng)控制相結(jié)合，不但能使水泵一直在效率較高的點(diǎn)工作，還能保證在滿足用戶需求的前提下起到節(jié)能作用；并且，流量越大的單泵系統(tǒng)，采用小流量雙泵并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，其節(jié)能效果越顯著。