石化机械|控制闭式冷水系统水泵与冷水机组

■汪　俊　■宁波市建筑设计研究院有限公司，浙江　宁波　315010

摘　要：随着当今各城市的大型公建项目、高层建筑物的大量涌现，极大地促进了建筑技术，其中也包括了空调技术的发展。这类建筑物的空调特点是空气处理系统多为水表面冷却器和风机盘管，冷热负荷很大，为空调服务的冷热源设备庞大，大多将冷热源机房设在本栋大楼或附近建筑内的地下层。近些年，集中式冷水系统应用的很广泛，和过去的冷水系统相比，不仅进系统更大了，更重要的是系统的制式发生了很大的变化，从过去的开式、定流量、一次泵转向闭式、变流量、一二次泵系统。

关键词：一次泵　二次泵　系统控制

对定流量系统的在任何条件下其水量都是恒定的因此水泵的能耗，即使在实际需要的负荷很小的情况下也减不下来。因次，当采用变流量系统时，上述问题从原则上是可以解决的，但其变流量系统却存在一个动态平衡和稳定的问题。导致出现这些问题的原因是由于系统的各路末端装置各自的负荷变化不同，因而流量变化有差异，且末端装置的流量变化与负荷变化不同，两者并不成线性关系。这一问题极易导致冷水机组的热力工况与水力工况失调，此外调节阀的特性也会影响系统的平衡和稳定。因此，本文从一二次泵双环路变流量系统，一次泵和冷水机组的台数控制方式两方面提出解决方式。

单级泵变流量系统，一般适合用于流量和管网阻力不大的场合，以及供水分区的压力损失不是很悬殊的场合。当系统较大，并为压力损失不同的多区供水时，不管各区环路的损失相差多大，水泵的压头都必须以压力损失最大的环路来确定，这不仅造成了能量的浪费，也给管子平衡带来了一定的困难。此外，为了妥善地解决设备间的压降过大，以及调节阀的超压问题，因此根据系统总的压力可以分离的特点，提出一、二次泵的双环路系统。(1)二次泵双环路系统总的方案是由一根旁通管把冷水系统分成冷水的制备和冷水的输送二部分，为保证通过冷水机组的水量恒定，一般采用一泵对一机的配置方式，与冷水机组对应的泵为一次泵，并与供回水干管的的旁通组成定流量一次环路;连接所有负荷的泵为二次泵，末端装置，管路系统与旁通管构成二次环路的水泵，二次环路的水量根据负荷点的变化而便化。二次泵的台数可以于一次泵不对等。(2)二次泵双环路系统与单级泵比较可知，系统的总压头由于设置二次泵被分割了，二次泵的压头远小于系统的总压头，当末端进行水量调节时，不仅减少了在调节阀上的压降，也同时减少了在调节阀上的能耗，此外由于二次泵环路的压头小也使末端调节阀的压力损失在环路中所占的比例增大，有助于改善调节品质。(3)二次泵可以并联运行集中供水，要对多区供水的系统，也可根据不同的压力损失设计成独立的环路，对于一二次泵冷水系统中的一次泵安装位置，在工程中也加常见到把一次泵设置在冷水机组后(冷水机组在一次泵的吸入端)的布置方式，这样布置时，要校核一次泵是否会产生气蚀现象，特别是为低层建筑服务的冷水系统，当把膨胀水箱接在冷水机组之前，且冷水机组系统，当把膨胀水箱接在冷水机组之前，且冷水机组的水阻力较大时，需要注意。对高层建筑当把膨胀水箱布置在顶部时，就不会有歧视现象发生。

2.1　流量盈亏控制

对于以二次泵双环路系统，为解决二次泵变水量运行时与要求一次泵保证通过冷水机组的流量恒定的矛盾，一般做法是在一次泵的供回水干管间设置一次旁通管，当二次泵作见流量运行时，此时一次泵的盈余水量可通过一次泵供回水干管间的旁通管返回一次泵的吸入端，从而保证冷水机组的水量正常运行。当一次泵仅部分台数运行时，而根据需要二次泵供水量增加时，则一次泵与二次泵在水量上，将出现供不应求的局面，此时二次泵将会是回水管通过旁通管进行反循环，而不完全回到一次泵的吸入端，即出现一次泵水量亏损失局面，这种亏损在旁通管上与水量盈余相比正好是反向流动，这种反向流动当水量达到一次泵单台水泵流量20%时，旁通管上的流量开关就接通一次泵的启动器开启一台一次泵，由于一次泵与冷水机组是按一机对一泵配置的，因而冷水机组将随一次泵的启停而启停，流量盈亏控制的示意图见附图1。

图1　一、二次泵双环路变流量系统图

采用流量盈亏控制法控制一次泵和冷水机组台数时，由于末端流量变化与需要冷量的变化不成线性关系，因而存在一个水力工况与热力工况协调问题，当流量减少到一台一次泵的水量时，并不意味着系统所需的冷量也应减少一台冷水机组的冷量，这一客观的矛盾一般是靠冷水机组本身的能量调节来解决的，因为这种调节不会出现在最大负荷的季节里，冷水机组也不会在满负荷下运行。各台冷水机组都具有一定的调节能力，当与到流量减少得多，而需要的冷量偏大时，回水的温度比定是高的，这时冷水机组将根据出口的冷水温度偏离给定值的大小进行调节。在一台一次泵水量的变化范围内，应该核各机组的能量调节是否能适应这一变化要求，如果水利工况与热力工况仍不协调，则应采用其他控制方法。(www.xing528.com)

2.2　负荷控制

负荷控制可以解决系统水利工况和热力工况的矛盾，其原理是:在一次泵的总供水干管上安装一个流量检测器，在供水回水干管上各安装一个温度检测器，通过测得一次泵环路的供回水温差与供水流量而计算出需要冷量。控制方式详见图2。

图2　一次泵和冷水机组控制示意图

冷水机组与一次水泵是分别控制的，当末端冷量减少时，一次泵环路供回水间的温度随需冷量的减少，经热量计算器计算减少的冷量为一台冷水机组的容量时，及停开一台冷水机组。反之，当末端需要冷量增加，系统所增加的冷量为一台冷水机组，但此时与之对应的一次泵必须在运转，既冷水机组必须有水流过才能启动。为保证一次泵流量和冷水机水量恒定，采用负荷控制时，同样要求在一次泵供回水干管间设置带调节阀的旁通管，并采用固定供回水压差的办法，当二次泵水量减少时，旁通阀开大。最大旁通的水量约为一台一次泵的水量。此外，由于一次泵也是多台并联运行，因而对并联后的一次泵总水量和效率也应进行校核，而在改变运行台数时，同样存在一次环路的压力稳定问题，因此，一次泵应选用具有平坦特性的水泵。

本文探讨了闭式冷水系统水泵及冷水机组的控制。当一次泵和二次泵采用不同控制方式时，就可以组合成几种不同的一、二次泵的双环路给水系统，在设计时应根据具体使用条件确定。

参考文献

［1］陆耀庆.实用供热空调设计手册［M］.北京:中国建筑工业出版社，2008.

［2］欧阳金练.暖卫通风空调技术手册［M］.北京:中国建筑工业出版社，2000.