摘要：介紹了空調水系統節能的重要性及一次泵變頻變流量水系統的原理，分析了一次泵變頻變流量水系統運行的關鍵技術，并且對其進行了節能與控制分析。
　　關鍵詞：水泵；變流量；節能；控制
　　1、概述
　　隨著我國經濟的高速發展和人民生活水平的不斷提高，空調在生產生活中的普及應用，空調能耗占生產生活總能耗的比重越來越高。調查表明，目前我國空調能耗約占建筑物總能耗的30％～50％，水泵能耗在其中占有很高的比例。因此，空調水系統的節能技術具有很大的節能空間。
　　空調水系統的發展經歷了一次泵定流量系統，二次泵變流量系統及一次泵變頻變流量系統等三個階段，隨著制冷機組控制技術的發展，近年來一次泵變頻變流量不斷得到應用。在集中空調系統中，一次泵變頻變流量水系統是指末端風柜（或盤管）使用比例積分（或電動二通）調節閥，根據室內回風溫度的變化調整其開度（或狀態），從而引起系統分配環路的流量變化，形成供、回水干管之間的壓力差變化，水泵的變頻調速器根據供、回水干管之間的壓力差變化調整水泵的轉數，從而改變供、回水干管之間的壓力差及通過水泵、冷水機組蒸發器的冷水流量，此系統中的旁通閥變為輔助性的，這就是一次泵變頻變流量水系統。在這種系統中，當冷水機組處于部分負荷時，冷水機組的冷水流量隨著負荷的變化而減小，從而可以使水泵的動力消耗隨著負荷的變化同時減小。
　　2、關鍵技術
　　2.1、冷水機組的流量范圍；由于受傳熱效率等因素的影響,為了安全運行和防止蒸發器結冰,一次水流量必須控制在一定范圍內,因此需要選擇最小流量盡可能低的冷水機組。機組蒸發器最小流量由其類型、回程以及管束尺寸決定。同時對不同的機組效率也對應不同的蒸發器最小流量。一般機組效率越高,機組蒸發器流量變化的范圍就越窄。目前離心機的最小流量一般都能達到設計流量的30%左右。
　　2.2、冷水機組的部分負荷特性?；經過對國內外主要冷水機組生產廠商調查發現，冷水機組負荷為50%~100%的范圍內,蒸發器分別為定流量和變流量的冷水機組效率幾乎是相同的,在蒸發器可變范圍內機組負荷與流量壓降基本成線性關系。
　　2.3、旁通控制閥?；旁通控制閥的選型一定要合理。閥門的流量必須滿足單臺冷水機組的最小流量，并且應具有線性控制特性，即流量與閥門的開度成線性關系。當系統壓力減小，閥門仍然可以正常打開，當系統壓力升高,閥門應具有正確的關斷能力，并且在設計壓力下不滲漏。閥門還必須有彈簧復位功能，當系統關閉或流量測定裝置失靈時,為了確保冷水機組的安全運行，閥門自動復位到開啟狀態。
　　同時應盡量縮短流量測定的信號和閥門控制信號的時間滯后，以提高反應和控制速度。
　　2.4、可允許流量變化率?；可允許流量變化率(即冷水機組所允許的，每分鐘相對設計流量的變化率)是一次泵變頻變流量系統中冷水機組選型的重要參數。?在系統發生加減冷水機組時會出現最大的流量變化,當系統在一臺機組運行的狀態下,加載另一臺機組的瞬間,兩臺機組的流量各自減少和增加了50%。當機組內流量減少50%的瞬間，機組會計算出溫差需要加倍，這意味著冷凍水的出水溫度要大大降低，甚至降到零度以下。在這種情況下，機組會根據溫度判斷蒸發
　　器將結冰，于是機組控制器會做出停機或卸載的指令。實際上，閥門打開需要一定時間，并不是瞬時完成的，但是在短時間內完成如此大的流量變化仍然存在上述危險。解決這一問題的通常做法是：在加載一臺冷水機組之前必須先卸載正在運行的機組。但是對于出水溫度精度要求較高的工藝性空調來說，不能有很長的卸載時間。因此，在機組選型時，可允許流量變化率的值越高越好。在一般的一次泵變頻變流量系統中，可允許流量變化率應至少取25%~30%。這意味著加載一臺冷水機組后,大約需要1.5min系統就可以穩定下來。
　　3、節能分析
　　對空調系統來說，在大部分運行時間系統的負荷在75%左右。對一次泵定流量系統來說，若總是維持100%的設計流量，則會造成大流量小溫差現象，為了保持空調區域的恒溫，則壓差旁通管內有大量冷凍水量流過，必然導致水泵的能耗被白白浪費。對于二次水泵系統來說，由于二次水泵采用變頻調節，能耗比一次水泵定流量系統有所降低，但由于其一次水側仍保持定流量運行，仍會造成部分水泵能耗浪費。
　　一次泵變頻變流量系統中水量根據末端負荷的變化來調節，只有在低于冷水機組最小允許流量時壓差旁通閥才打開，以維持冷水機組最小允許流量運行，因此最大限度地節省了水泵的能耗。下面將通過具體的計算對一次泵變頻變流量系統中的能耗進行分析。為了讓水泵隨負荷的變化實現變流量運行，采用加裝變頻器改變水泵轉速的方式。水泵電機的轉速滿足下列公式：
　　N=60f/p（1）
　　式中：N—電機轉速
　　f—供電頻率（變頻器的輸出頻率）
　　P—電機的極對數。
　　根據水泵的相似定律，水泵的流量、揚程、功率和轉速之間存在以下關系：
　　Q1/Q0=（N1/N0）（2）
　　H1/H0=（N1/N0）2（3）
　　W1/W0=（N1/N0）3（4）
　　式中：Q0、H0、W0、N0—額定工況下水泵的流量、揚程、軸功率和轉速；Q1、H1、W1、N1—水泵轉速為N1下水泵的流量、揚程、軸功率。
　　當Q1/Q0=0.7時，W1/W0=（N1/N0）3＝（Q1/Q0）3＝（0.7）3=0.34由上式可得當流量變為額定流量的70%時，水泵的實際軸功率僅為額定功率的35%左右，水泵運行能耗下降65%左右。可以看到通過變頻調速的方式來改變水泵轉速可以為水泵運行節省大量的電耗。
　　一次泵變頻技術要求冷水機組的水流量是可變，在滿足不低于其蒸發器最小流量要求范圍內可以正常運行。目前國內外許多冷水機組生產廠家的產品都能夠實現變流量運行，從而為一次泵變頻變流量技術提供了廣闊的應用空間。
　　4、控制分析
　　在空調一次泵變頻變流量系統中，采用一次泵變頻變流量水泵組是最簡單有效的變頻變流量控制方式，按照系統的組成形式與需要可使系統總水量在10%—100%之間變化。水泵組的輸出流量是靠改變并聯運行的水泵臺數和水泵頻率來實現的，水泵并聯的臺數不宜過多，一般水泵并聯臺數不超過5臺，其中一臺水泵由變頻柜控制（變頻控制柜可控制其中任何一臺水泵），從而使空調一次泵變頻變流量的控制成為現實。
　　空調一次泵變頻變流量泵組除了水泵組、變頻控制柜以外，還包括溫度流量傳感器、DDC控制器、旁通控制閥、比例積分（或電動二通）調節閥等設備組成。通過傳感器獲取水系統運行參數，經過DDC智能控制器分析處理后轉換為控制指令，控制水泵的運行和閥門的開閉。空調一次泵變頻變流量水泵組系統的DDC控制器能夠控制旁通控制閥的開度以保證冷水機組的最小流量，同時發送信號到冷水機組自帶的控制系統，冷水機組能夠根據系統回水溫度的變化來調整制冷量的輸出。冷水機組自帶的最小流量感測和保護裝置能夠對冷水機組進行控制，保護其正常運行。因此使冷水機組能夠在變流量條件下穩定運行。
　　5、結論
　　(1)隨著制冷機技術與自控技術的發展，冷水機組變流量運行的安全性已可以得到保障，突破了冷水機組定流量的設計理念；
　　(2)一次泵變頻變流量系統利用變頻裝置，根據末端負荷變化調節系統水流量，最大限度地降低了水泵的能耗，與傳統的一次泵定流量系統和二次泵系統相比具有很大的節能優勢，對空調水系統的節能具有很大意義；
　　(3)目前，一次泵變頻變流量技術的推廣尚處在起步階段，應用的工程實例還很少，因此，一次泵變頻變流量節能技術具有很大的節能空間。