空调传输泵变频运行安全区间分析

傅志宝

(厦门新区建筑设计院有限公司福建厦门361000)

空调传输泵变频运行安全区间分析

傅志宝

(厦门新区建筑设计院有限公司福建厦门361000)

简要分析空调传输泵变频使用节能意义，利用简化分析方法，分析空调系统水力工况分布变化，建立简易方程式，推导变频相对较合适安全运行区间，指导变频器在空调传输泵中的合理应用。

传输泵;变频器;简化分析法;并联;最不利末端;安全运行区间

0 引言

随着科学技术的发展，变频器已越来越多地在空调系统中使用，特别是在空调传输泵等设备的使用中更为常见［1］。水泵功率变化与转速比的三次方成正比，当频率下降至原有的80％时，功率为原有功率的51.2％，节能率为48.8％;当频率下降至原有的50％时，功率为原有功率的12.5％，节能率为87.5％;从以上数据可以看出，当频率降低时，功率快速降低，节能效果相当明显［2］。

空调传输泵一般包括了冷冻水泵及冷却水泵，本文将通过工程具体实例，分析冷冻水泵及冷却水泵变频使用工况，简化分析并建立简易方程式，对变频区间进行分析把控。

1 冷冻水泵的变频应用分析

1．1系统管网特性分析

某工程空调冷冻水系统阻力分项值，如表1所示。

表1 某工程空调冷冻水系统阻力分项值kPa

依据表1，由于末端设备会在达到设定温度值时，关闭二通阀，或者在温度值高于设定值时，打开二通阀。所以整个系统的阻力变化情况相对复杂，要对整个系统阻力进行定量分析会非常困难。本文提出一种大胆假设思路，用于实际工程的简化计算，以下简称为F分析法。也就是抛开整个系统的总阻力变化，只需保障最不利末端所需的压力需求，所有的末端均为并联关系，如最不利末端压力满足了，其余各个末端压力也可以满足。假定除末端设备及其阀门管件等部分有变化之外，其余系统中设备、阀门管件等部分均保持不变。

图1为简化之后的空调冷冻水系统图，水泵指的可能是一组泵，而不单是一台泵，冷水机组也可能是一组的冷水机组，在系统出水管与回水管之间设置压差旁通阀，所有末端与压差旁通形成并联关系，各个末端之间也是并联关系。图1中最远处的设备为最不利末端设备，那么保障了最不利的末端设备所需的压力，就能满足所有末端设备的所需压力。

当系统负荷降低时，系统流量变小时，即末端需求总量变小时，如考虑各个阀门开关动作，系统变量太多，应简化分析变量。假设所有系统中除末端设备的阀门有开关之外，其余阀门及其他管件均未变化。在此理想情况下，制冷机房总阻力、水平管道总阻力、立管总阻力、阀门总阻力等阻力变化与流量变化相关，将这4个部分设备定义为系统管网管段，且系统中所有阀门的开度保持不变。根据管网阻力特性，流体的压力损失与管道阻力特性系数及流量间基本关系见式(1)［3］。

图1 简化后空调冷冻水系统图

ΔP——管网管段的压力降，Pa;

Q——管网的水流量，m3/h;

S——管网特性阻力系数，Pa/(m3/h)2;

根据F分析法，在理想状态下，制冷机房、水平管道、立管、阀门等4项的总管网特性保持不变;根据公式(1)，部分负荷时除末端之外的所有压力降ΔPB计算如式(2)。

ΔPB——部分负荷时管网管段的压力降，Pa;

ΔP满——满负荷时管网管段的压力降，Pa;

QB——部分负荷时管网的水流量，m3/h;

Q满——满负荷时管网的水流量，m3/h;

所以系统在部分负荷时，总阻力计算如式(3)。

PB——部分负荷时系统总阻力，Pa;

ΔPB——部分负荷时管网管段的压力降，Pa;

PSB——最不利末端设备压力降，Pa。

1.2 水泵变频特性分析

根据水泵变频时，其水力特性及其运行曲线在不同频率时基本保持平行相似关系，所以在水泵保持相同效率时，其变频(部分负荷时)扬程HB计算如式(4)。

HB——变频后水泵扬程，Pa;

H满——满负荷时水泵扬程，Pa;

QB——变频后水泵的水流量，m3/h;

Q满——满负荷时水泵的水流量，m3/h;

由于水泵流量与水泵频率成正比关系，所以，

HB——变频后水泵扬程，Pa;

H满——满负荷时水泵扬程，Pa;

fB——变频后水泵的频率，Hz;

f满——满负荷时水泵的频率，Hz。

1.3 建立简易方程式

根据F分析法，利用简化后的系统管网特性及水泵变频水力特性，将fB/f满=QB/Q满设置为变量X，根据公式(3)及公式(5)则可以得出以下关系:

ΔP满——满负荷时管网管段的压力降，kPa;

H满——满负荷时水泵扬程，kPa;

70kPa为最不利设备最大水压降，其额定工况下的水压降本文视为最大水压降;

代入各个已知项得70+X2·240=X2·341

解得X=0.832

从公式(6)可以看出，系统通过F分析法分析之后，在理想状态下，系统变频可以达到的最低值，与最不利末端的压降有很大的关系，最不利末端所需的压降降低时，整个系统变频运行时最低流量亦会降低，所以当频率变化至83.2％即41.6Hz时，水泵扬程可以满足系统需求。当频率低于41.6Hz时，流量能满足系统负荷变化，但是水泵扬程却满足不了系统运行的需求，此时水泵流量会变小，扬程提高，工况点左移。当流量与设计扬程背离较多时，其效率低下，甚至出现电机拖动不了的现象，电机温度急剧升高，严重时可致电机烧毁。所以在实际变频运行过程中，应着重分析水泵流量、水泵扬程变化值哪个为最不利变化值。为保障系统安全运行，首先保障最不利值在安全区间内运行，之后才能考虑系统的节能运行，而不应一味地追求节能，而忽视了系统的安全可靠。

2 冷却水泵的变频应用分析

2.1 开式冷却塔工况

表2为某一工程空调冷却水系统阻力分项值。

表2 某一工程空调冷却水系统阻力分项值(冷却塔为开式冷却塔)kPa

依据表2，同样利用F分析法分析，将制冷机房、系统管道、阀门等设备及管件均定义为系统管道，所有系统中的阀门开度均保持不变，如此仅冷却塔塔体损失与流量不相关之外，其余制冷机房总阻力、管道总阻力、阀门总阻力等阻力变化则可与流量变化相关。同样利用F分析法，利用简化后的系统管网特性及水泵变频特性，可以得出冷却水泵变频使用时，建立计算公式如式(7)。

Analysis of the security interval about the transmission Pump frequency conversion in HVAC

FU Zhibao
(Xiamen New District Architectural Design Institute Co．，Ltd，Xiamen 36100)

This article briefly analysis of transmission pump frequency conversion which used for energy saving in air conditioning，Analyzing the distribution of air conditioning system hydraulic conditions by using simplified analysis method，established simply equation，to deduce the relatively safe operation range of the frequency conversion to direct the reasonable application of the transmission pump frequency converter in air conditioning．

Transfer pump;VFD;Simplify the analysis;Parallel;The most unfavorable terminal;The safe operation of the interval

TU83

:A

:1004－6135(2017)01－0083－03

傅志宝(1980．3－)，男，高级工程师。

E-mail:13950076557@139．com

2016－07－29