次泵系统与一次泵变流量系统优缺点设计要点及控制逻辑

数据中⼼机柜⽔冷系统中⼀次泵和⼆次泵哪个更好？什么是⼀次泵系统⼆次泵系统？在冷源侧和负荷侧合⽤⼀组循环泵的称为⼀次泵或称单式泵）系统，在冷源侧和负荷侧分别配置循环泵的称为⼆次泵（或称复式泵）系统。

1、⼀次泵系统冷⽔机组与循环⽔泵⼀⼀对应布置，并将冷⽔机组设在循环泵的压出⼝，使得冷⽔机组和⽔泵的⼯作较为稳定，只要建筑⾼度不太⾼（100m），系统静压⼤，则将循环泵设在冷⽔机组蒸发器出⼝，以降低蒸发器的⼯作压⼒。

当空调负荷减⼩到相当的程度，通过旁通管路的⽔量基本达到⼀台循环泵的流量时，就可停⽌⼀台冷⽔机组的⼯作，从⽽达到节能的⽬的。

旁通管上电动两通阀的最⼤设计⽔流量应是⼀台循环泵的流量，旁通管的管径按⼀台冷⽔机组的冷⽔量确定。

⼀次泵变流量系统的控制⽅法压差旁通控制法恒定⽤户处两通阀前后压差的旁通控制法设置负荷侧调节阀是为了缓解在系统增加或减少⽔泵运⾏时，在末端处产⽣的⽔⼒失调和⽔泵启停的振荡。

⼀次泵变流量系统的特点是简单、⾃控装置少、初投资较低、管理⽅便，因⽽⽬前⼴泛应⽤。

但是它不能调节泵的流量，难以节省系统输送能耗。

特别是当各供⽔分区彼此间的压⼒损失相差较为悬殊时，这种系统就⽆法适应。

因此，对于系统较⼩或各环路负荷特性或压⼒损失相差不⼤的中⼩型⼯程，宜采⽤⼀次泵系统。

2、⼆次泵系统该系统⽤旁通管AB将冷⽔系统划分为冷⽔制备和冷⽔输送两个部分，形成⼀次环路和⼆次环路，⼀次环路由冷⽔机组、⼀次泵，供回⽔管路和旁通管组成，负责冷⽔制备，按定流量运⾏，⼆次环路由⼆次泵、空调末端设备、供回⽔管路和旁通管组成，负责冷⽔输送，按变流量运⾏。

设置旁通管的作⽤是使⼀次环路保持定流量运⾏。

旁通管上应设流量开关和流量计，前者⽤来检查⽔流⽅向和控制冷⽔机组、⼀次泵的启停；后者⽤来检测管内的流量。

旁通管将⼀次环路与⼆次环路两者连接在⼀起。

⼆次泵变流量系统的控制⽅法⼆次泵采⽤压差控制、⼀次泵采⽤流量盈亏控制⼆次泵采⽤流量控制、⼀次泵采⽤负荷控制。

一次泵变流量系统(VPF)1、控制方式冰机控制负荷测定：蒸发器的流量和温差冷量调节：与活塞机组的介跃调节不一样,离心冷水机组的控制是根据实际需求负荷的大小来控制压缩机的运行状态,最终通过改变导叶开度的大小来控制。

改变导叶开度的大小,可调节制冷剂循环流量,控制蒸发温度,调节制冷量,最终达到加载、卸载,控制出水温度的目的。

这种调节可实现无级连续调节,可精确调节到负荷要求,精密控制出水温度。

模糊逻辑根据温度误差(与设定值的偏差) 和变化速度求出所需的加载/卸载量,从而将冷水温度控制在设定的范围内。

导叶电机根据4～20mA 的电流输入信号,每0. 3 %地增加或减小导叶的开启度,这样的调节足以保证经导叶调节后流量的连续性,实现无级调节。

加载时,导叶开启度增大;卸载时导叶开度减小。

高精度的导叶连续调节可精确控制水温在±0. 3 ℃以内。

见图2。

控制系统根据温度偏差值和温度变化速度来确定是否需要加载、卸载或保持容量不变。

见表1。

在接近系统的安全阈值时,会进行加载或卸载限制。

图3示出了出水温度控制的循环。

“—→”代表系统控制“—→”代表控制系统实施操作后有可能引起的现象如图3 所示,系统控制和实施控制操作后而需要的进一步控制形成封闭循环。

控制操作的实施最终通过导叶开并增大或减小来完成。

控制系统经过综合使导叶维持在某一开启度进行制冷或达到安全限而关机。

例如机组刚开机过程的加载过程,在电流限制的同时导叶由小逐渐开大,冷水温度不断下降,达到制冷的目的。

当机组达到负荷后,出水温度已达到或低于设定点的温度,这时进行卸载过程,导叶逐渐关小,出水温度基本维持不变,电流逐渐减小,最终维持在部分负荷运行。

如果负荷过低,使机组导叶关小到某一值时,排气温度达到保护限,控制导叶不能继续关小(或导叶已关到最小) ,则导叶维持该状态运行,出水温度将进一步下降,当下降到低于出水温度设定点3 ℃以下时,则机组由控制系统控制进行安全关机。

空调冷水一次泵变流量系统设计要点山东省建筑设计研究院 于晓明 赵建博 石颖李向东摘 要：对空调冷水一次泵变流量系统的原理及组成、优点及适用性进行了详细的介绍，并从冷水机组的选择、冷水机组的启停控制、冷水泵的选择及控制、旁通管及旁通控制阀的配置、压差及流量传感器的选择等五个方面，对其设计要点进行了阐述。

关键词：空调 一次泵变流量系统 设计1 引言随着我国经济的发展和人民生活水平的不断提高，空调得到越来越多的应用，但是空调的普及使得空调能耗在生产和生活总能耗中所占的比重越来越大。

空调系统能耗约占整个建筑能耗的35%以上，其中中央空调冷水和冷却水系统能耗约占空调系统总能耗的30%。

工程实践表明，导致中央空调系统电耗高的主要原因是由于目前我国大型建筑空调冷水系统多为定流量系统，且系统运行中普遍存在“大流量，小温差”的问题，由此造成冷水循环泵扬程过大、电耗过高。

空调冷水一次泵变流量系统通过改变输送管网内的冷水流量满足用户负荷要求，可有效降低系统输送能耗，具有较大节能潜力，因此得到越来越广泛的应用。

本文将就空调冷水一次泵变流量系统的设计要点进行探讨，以供同行在工程设计中参考。

2 空调冷水一次泵变流量系统的原理及组成2.1 原理空调冷水一次泵变流量系统的工作原理：一方面是在负荷侧通过调节电动两通调节阀的开度改变流经末端设备的冷水流量，以适应末端用户空调负荷的变化；另一方面是在冷源侧采用可变流量的冷水机组和变频调速冷水泵，使蒸发器侧流量随负荷侧流量的变化而改变，从而最大限度地降低冷水循环泵的能耗。

同时，要确保通过冷水机组蒸发器的水流量在安全流量范围内变化，维持冷水机组的蒸发温度和蒸发压力相对稳定，保证冷水机组能效比相对变化不大。

2.2 组成空调冷水一次泵变流量系统的典型配置如图1所示。

在冷源侧配置变频泵，每台冷水机组的进（出）水管上设置慢开慢关型隔断阀，冷水泵与冷水机组不必一一对应设置，且二者启停应分开控制；在空调冷水总供回水管之间设置旁通管，旁通管上设置旁通控制阀（电动调节阀），当负荷侧冷水量小于单台冷水机组的许可最小流量时，旁通管上的电动调节阀打开，使流经冷水机组蒸发器的最小流量为负荷侧冷水量与旁通管流量之和，最小流量由流量计或压差传感器测得。

二次泵系统和一次泵变流量系统优缺点、设计要点和控制逻辑一次泵变流量系统(VPF)1、控制方式冰机控制负荷测定：蒸发器的流量和温差冷量调节：与活塞机组的介跃调节不一样,离心冷水机组的控制是根据实际需求负荷的大小来控制压缩机的运行状态,最终通过改变导叶开度的大小来控制。

改变导叶开度的大小,可调节制冷剂循环流量,控制蒸发温度,调节制冷量,最终达到加载、卸载,控制出水温度的目的。

这种调节可实现无级连续调节,可精确调节到负荷要求,精密控制出水温度。

模糊逻辑根据温度误差(与设定值的偏差) 和变化速度求出所需的加载/卸载量,从而将冷水温度控制在设定的范围内。

导叶电机根据4～20mA 的电流输入信号,每0. 3 %地增加或减小导叶的开启度,这样的调节足以保证经导叶调节后流量的连续性,实现无级调节。

加载时,导叶开启度增大;卸载时导叶开度减小。

高精度的导叶连续调节可精确控制水温在±0. 3 ℃以内。

见图2。

控制系统根据温度偏差值和温度变化速度来确定是否需要加载、卸载或保持容量不变。

见表1。

在接近系统的安全阈值时,会进行加载或卸载限制。

图3示出了出水温度控制的循环。

“ —→”代表系统控制“ —→”代表控制系统实施操作后有可能引起的现象如图3 所示,系统控制和实施控制操作后而需要的进一步控制形成封闭循环。

控制操作的实施最终通过导叶开并增大或减小来完成。

控制系统经过综合使导叶维持在某一开启度进行制冷或达到安全限而关机。

例如机组刚开机过程的加载过程,在电流限制的同时导叶由小逐渐开大,冷水温度不断下降,达到制冷的目的。

当机组达到负荷后,出水温度已达到或低于设定点的温度,这时进行卸载过程,导叶逐渐关小,出水温度基本维持不变,电流逐渐减小,最终维持在部分负荷运行。

如果负荷过低,使机组导叶关小到某一值时,排气温度达到保护限,控制导叶不能继续关小(或导叶已关到最小) ,则导叶维持该状态运行,出水温度将进一步下降,当下降到低于出水温度设定点3 ℃以下时,则机组由控制系统控制进行安全关机。

一次泵冷水变流量系统设计及控制策略华东交通大学罗新梅摘要一次泵变流量系统与一次泵定流量/二次泵变流量系统相比具有初投资小、节省制冷机房占地面积和降低运行费用等优点。

本文阐述了一次泵变流量系统在工程应用时在设计上应注意的问题以及应采取的相关控制策略。

关键词一次泵冷水变流量系统设计控制策略0引言随着经济的发展和人们生活水平的提高，空调能耗在生产和生活总能耗的比重越来越大，目前国内空调能耗占居民建筑能耗的25%~35%，占公共建筑能耗的30%~45%。

空调系统年能耗中冷水机组的能耗约占33%，水泵能耗约占22%，冷却塔能耗约占2%，风机能耗约占43%，尽管水泵功率较小，但水泵能耗却占到制冷机房能耗的2/3[1]。

可见，如果水系统采用节能技术，具有很大的节能空间。

空调水系统的发展经历了定流量，一次泵定流量/二次变流量，随着制冷机组控制技术的发展，近年来一次泵变流量系统也不断得到应用。

目前离心机蒸发器最小冷水流量可降到设计流量的30%左右[2]，螺杆机蒸发器最小冷水流量可降到设计流量的40%左右[3]，蒸发器最小允许水流量与冷水机组品牌有关，在工程应用中须向产品制造厂家进行详细咨询。

在一定范围内改变蒸发器水流量，不会对冷水机组的效率及稳定性产生影响，这为一次泵变流量系统的工程应用提供的技术保障，但是要充分发挥一次泵变流量系统减少初投资及节能潜力，在实际应用中应如何进行系统设计，怎样进行系统控制，是暖通设计师值得关注的问题。

1冷水变流量系统常用类型“变流量系统”是指在水路系统的空调末端使用二通调节阀的系统，是与水路系统末端使用三通调节阀或不使用调节阀的“定流量系统”相对而言的。

所谓“变流量”与“定流量”均是指输送冷水的水路系统的流量是变化的。

变流量系统根据其系统构成形式不同，又可分为“相对的变流量系统”，即冷量制备环路是定流量，而冷量输送环路是变流量（如一次泵定流量/二次泵变流量系统（图1）、传统的一次泵变流量系统（图2））；和“真正的变流量系统”，即冷水机组蒸发器变流量系统（如一次泵变流量系统（图3））。

一次泵变流量系统(VPF)1、控制方式冰机控制负荷测定:蒸发器的流量与温差冷量调节:与活塞机组的介跃调节不一样,离心冷水机组的控制就是根据实际需求负荷的大小来控制压缩机的运行状态,最终通过改变导叶开度的大小来控制。

改变导叶开度的大小,可调节制冷剂循环流量,控制蒸发温度,调节制冷量,最终达到加载、卸载,控制出水温度的目的。

这种调节可实现无级连续调节,可精确调节到负荷要求,精密控制出水温度。

模糊逻辑根据温度误差(与设定值的偏差) 与变化速度求出所需的加载/卸载量,从而将冷水温度控制在设定的范围内。

导叶电机根据4～20mA 的电流输入信号,每0、 3 %地增加或减小导叶的开启度,这样的调节足以保证经导叶调节后流量的连续性,实现无级调节。

加载时,导叶开启度增大;卸载时导叶开度减小。

高精度的导叶连续调节可精确控制水温在±0、 3 ℃以内。

见图2。

控制系统根据温度偏差值与温度变化速度来确定就是否需要加载、卸载或保持容量不变。

见表1。

在接近系统的安全阈值时,会进行加载或卸载限制。

图3示出了出水温度控制的循环。

“—→”代表系统控制“—→”代表控制系统实施操作后有可能引起的现象如图3 所示,系统控制与实施控制操作后而需要的进一步控制形成封闭循环。

控制操作的实施最终通过导叶开并增大或减小来完成。

控制系统经过综合使导叶维持在某一开启度进行制冷或达到安全限而关机。

例如机组刚开机过程的加载过程,在电流限制的同时导叶由小逐渐开大,冷水温度不断下降,达到制冷的目的。

当机组达到负荷后,出水温度已达到或低于设定点的温度,这时进行卸载过程,导叶逐渐关小,出水温度基本维持不变,电流逐渐减小,最终维持在部分负荷运行。

如果负荷过低,使机组导叶关小到某一值时,排气温度达到保护限,控制导叶不能继续关小(或导叶已关到最小) ,则导叶维持该状态运行,出水温度将进一步下降,当下降到低于出水温度设定点3 ℃以下时,则机组由控制系统控制进行安全关机。

一次泵变流量系统(VPF)1、控制方式冰机控制负荷测定：蒸发器的流量和温差冷量调节：行状态,,控制蒸发温度,求信号,每,实现无级调节。

±0.3控制,达到制导叶逐渐关小,状态运行,出水温度将进一步下降,当下降到低于出水温度设定点3℃以下时,则机组由控制系统控制进行安全关机。

或进入再循环运行模式控制。

冰机加减机：加机（4种方式？）：1.冷冻水系统供水温度TS1高于系统设定温度TSS并持续一段时间2.压缩机运行电流百分比（适用于出水温度精度要求高的场合，需要注意机组出力和运行电流不符合的情况）3.计算负载4.如运转中主机已达最大流量，则须加开一台主机(发生机率不高)。

减机：1.依压缩机电流百分比（%RLA(运行机组) %设定∑≥）2.flow*3.水泵控制，温差为辅的空调冷冻水控制。

（应该是压差控制或温差控制？）通过安装在冷冻水管供回水压差传感器测量供回水之间的压差,与设定压差比较,采用PID运算策略,调节冷冻水泵转速满足系统流量:水泵加减台数方案：目前，确定泵组运行台数的一般原则为台数最少原则，即单台泵可以满足使用需求，则不使用多台泵；在多台泵并联的泵组系统中，两台泵可以满足使用需求，则不使用三台泵，以此类推。

传统的加减载模式为当运行中的泵组均升至最大频率时，则将泵的数量加载一台；运行中的泵组均降至（设定）最小频率时，则将泵的数量减载一台。

在加载或减载泵时，加载泵的频率由零开始逐渐增加，其他泵的频率由最大频率逐渐减小，直至所有泵的频率达到最优运行频率为止；减载泵时，剩余泵的频率由最小频率逐渐上升，直至所有泵的频率达到最优运行频率为止。

在实际应用中，即使有的并联泵组运行台数的确定不遵从台数最少原则，也多与其它相关设备开启的台数相关联。

比如中央空调冷冻水系统，开启冷水机组的台数与开启水泵的台数相同，这种由机组数决定水泵数的被动模式不能保证泵组的效率最高，因此不是最优方法。

现有技术中变频泵组台数的确定方法一般效率低，耗能高，无法满足目前节能减排的需求。