蒸发器侧冷水系统定流量和变流量的设计探讨

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摘要：冷冻站中采用蒸发侧器侧冷水系统变流量或常规的定流量系统的设计配置，对系统的运行能耗有着比较重要的影响。本文对于蒸发器侧冷水系统定流量和变流量的分析表明：一次泵变流量系统不仅可以节省系统的初投资和机房面积，做到冷水泵的节能运行，而且还可以减少冷水机组的全年运行时数，节省冷却水泵的运行时数和能耗。

  关键词：一次泵定流量系统二次泵变流量系统一次泵变流量系统0前言以往在设计冷冻站时有一个问题一直困扰着设计人员，即系统是按照额定负荷设计的，冷水系统也是按照定流量系统设计的，而在负荷变化时，虽然冷水机组可以根据负荷进行调节，可是蒸发器侧的冷水流量却是固定的，水泵还是在满载工作，水泵的能耗不可能因机组在部分负荷运行而减少。设计人员对此很困惑，但也较无奈。本文针对蒸发器侧冷水系统按定流量或变流量方式工作进行简单的分析，希望能在今后的设计中对于提高系统的能效，合理减少机房的面积和设备投入能有一些参考。1冷水系统的基本形式目前冷水系统的配置简单来讲有下列三种：一次泵系统的蒸发器侧定流量，用户侧变流量（俗称一次泵定流量系统）二次泵系统的蒸发器侧定流量，用户侧变流量（俗称二次泵变流量系统）一次泵系统的蒸发器侧变流量，用户侧变流量（俗称一次泵变流量系统）2一次泵定流量系统—蒸发器侧定流量，用户侧变流量对于传统的系统，冷水流量的快速变化会引起冷水机组运行出问题。因此，如图1所示，在冷水机组蒸发器侧的冷水流量设置为定流量，而用户侧末端设备的冷水流量设置为变流量，在末端设备出口设置电动两通阀对冷水流量进行调节控制，还在冷水的供水总管和回水总管上设置一根旁通管来平衡蒸发器侧与用户侧的流量。   图1一次泵定流量系统原理图3二次泵变流量系统—蒸发器侧定流量，用户侧变流量二次泵变流量系统是在冷水机组蒸发侧流量恒定前提下，把传统的一次泵分解为两级，如图2所示。   图2二次泵变流量系统原理图一次泵用来克服冷水机组蒸发器和一次环路的流动阻力，即自蒸发器出口到旁通管路再到蒸发器入口的阻力；二次泵用来克服从旁通管的蒸发器侧到末端设备再到旁通管的用户侧的水环路阻力。不难看出，在部分负荷时二次泵变流量系统用户侧的水泵能够根据负荷进行调节控制提供相应的冷水流量，而一次泵定流量系统只能通过改变开启的水泵台数调节流量。二次泵变流量系统虽然实现了二次侧水泵的减载，比一次泵定流系统节能，但是相应的设备初投资增加了，要求的机房面积也增加了，同时控制也较复杂，对机房操作人员的要求也较高。下文讨论分析可以在部分负荷时通过一次泵直接变流量来达到更节能，更节省初投资的效果。4一次泵变流量系统—蒸发器侧变流量，用户侧变流量由于目前有些冷水机组蒸发器侧可以实现变流量控制，因此就可以直接根据用户侧的流量变化来调节蒸发器侧的流量变化。这种一次泵变流量系统相对于二次泵变流量系统不但可以减少二次侧的水泵投资和相应的占地面积，同时在运行费用上还可以降低很多。一次泵系统的蒸发器侧变流量，用户侧变流量系统如图3所示。   图3一次泵变流量系统原理图4.1实现一次泵变流量系统的条件首先，冷水系统是个变水流量的系统，末端设备的冷水流量由电动两通阀调节控制；其次，冷水机组蒸发器侧要具备较宽的流量范围，比如额定流量的30%-130%，流量的下限以小于50%额定流量为妥；同时，压缩机对流量的变化反应足够快，能承受每分钟30-50%的流量变化。对于具备这些条件的冷水机组可以考虑构成一次泵变流量的冷水系统。如果采用了一次泵变流量系统，在水泵变流量的范围内就可以直接与用户侧的流量相匹配，在流量的变化范围内没有旁通量，这就意味着没有多余的能耗。4.2旁通阀和流量传感器（或蒸发侧的压力传感器）既然水泵变流量的范围和用户侧相匹配，为什么还要设置旁通管并配置两通调节阀呢？这是因为目前的冷水机组变流量的范围不是从0%-100%，有的在30%-130%，有的螺杆式机组又在45%-120%。当用户侧的流量低于冷水机组变流范围时，可以采用旁通调节控制，保证蒸发器内的水流量不低于冷水机组的最低水流量。这时旁通阀开始动动作，系统的流量传感器（或蒸发器侧的压力传感器）代替末端设备的压差传感器指挥旁通阀，使得旁通阀的流量加上末端的流量等于冷水机组的设定最小流量，同时，水泵以最低频率定频运行。4.3水泵的运行首先，如图4所示水泵和冷水机组不是一一对应的。水泵的运行是由设定的末端设备的压差控制的，冷水机组的加减机则是由投入机组的运行电流来控制的。假设有三台冷水机组，相应配置三台一次侧变流量冷水泵。当系统启动时，一台冷水泵先以最低频率启动，如果不能满足末端设备的压差设定值，则第二台冷水泵以最低频率加入。如果压差还不满足，第三台冷水泵也以最低频率投入。如果此时压差仍然未到设定值，三台水泵同频上升来加大流量，直到末端设备的压差设定值得以保证为止。当末端设备的负荷减少，则流量过剩，也就是末端设备的压差高于设定值时，三台泵同步减频来维持压差设定值。当冷水泵处在最低频率时（因为三台冷水泵同频动作，所以同时处在最低频率），如果还有减少流量的需求，则关闭其中一台水泵。4.4冷水机组的加减载冷水机组启动后，当经过蒸发器的水流量达到最低流量时，水流开关闭合（或压差开关闭合），冷水机组投入运行。随着末端设备负荷的增加，冷水机组的荷载增加。当冷水机组运行电流达到满载电流时，则再投入一台冷水机组，直到机组全部投入运行。反之，当机组的电流到达少开一台冷水机组而剩余的冷水机组仍然能提供相应的冷量时，就可以关闭一台冷水机组。随着负荷继续减少，当运行的两台机组的电流达到少开一台冷水机组时，就停运其中一台机组。5一次泵变流量系统与二次泵变流量系统的比较节省初投资机房占地面积不但冷冻水泵节能，同时减少机组和冷却水泵的运行时数，降低运行费用在节能方面，一次泵变流量系统不但在冷水泵方面节能，还可以减少冷水机组的全年运行时数，节省冷却水泵的运行时数和能耗。按常规设计，在一次泵变流量系统中冷水机组与冷水泵一一对应限制了冷水机组的“超额冷量”的发挥。设计时冷水机组是按照一定的工况选的，如冷凝器的进水温度为32°C，水泵则按照冷水机组蒸发器的流量选定。当室外工况好于选机工况时，如29°C时，冷水机组的出力是可以大于额定冷量。但是，水泵是按照冷水机组蒸发器的流量选定的，其流量不会大于蒸发器的额定流量。因此，限制了冷水机组的“超额冷量”的发挥。而一次变流量系统的冷水泵可以调节控制流量，在室外工况较好时，可以提高蒸发侧的流量，使得冷水机组的“超额冷量”能够发挥出来。因此，可以减少冷水机组全年投入运行的时数，相应的冷却水泵投入运行时间也减少了。6结论随着冷水机组的技术进步，设备对系统的兼容性增强，系统的设计也将越来越多样性。本文对于蒸发器侧冷水系统定流量和变流量的分析表明：一次泵变流量系统不仅可以节省系统的初投资和机房面积，做到冷水泵的节能运行，而且还可以减少冷水机组的全年运行时数，节省冷却水泵的运行时数和能耗。参考文献EngineersNewsletterbyMickSchwedlerPE.2002,Volume31,No4