冷冻水系统变流量泵系统应用知识

二次泵系统的配置已经在世界范围内被成功地应用在数以千计的工程项目中，它已经称为许多设计人员的标准选项。以下是四种典型形式：

二次泵分区系统：

也被称为“分配泵”，二次泵系统的基本原理同样适用。

传统的二次泵系统的可以改成二次泵分区系统。

主要的区别就是分配泵中的主泵被去除，更适合于多区域或高层建筑物。

优点：节省泵的马力，靠近冷水机组的区域不会因为满足下游区域要求而产生过压。

在大型系统中，可以降低压力，因而可以节省管路、阀门、水箱、盘管等初投资。

设计思考：

每个区域的泵都通过一个公用管与冷水机组的泵解耦。每个区域的泵之间并不解耦。

本质上它们并联运行。泵的吸水和排水通过共用供/回水管来连接。

共用管必须保证存在一个小的压差。

这个管包括公用管和供/回水总接管。

选择泵和保证每个区域的平衡时要小心。

每个泵应该有相同的或相似的性能曲线。

接管尺寸：

共用管的摩擦损失对泵的分区系统的运行特性有很大影响。据ASHRAE称：每100ft等效管长度，摩擦损失不能大于。摩擦损失要在预期的最大流量的情况下计算。（注：100英尺(ft)=30.48米(m)）

泵的选择：

下游分区泵的运行(泵B和C)将会影响分区A的泵 (相反也一样)；

除非分配管具有较小的压降，否则需要增大管径或缩短管的长度。

预期的负荷量：

每个分区的负荷增加会增大分区管路和共用管的压力降。

考虑到将来的使用情况，现有的泵需要增大尺寸或完全替换来满足预期负荷的需要。

未来的分区情况：

由于未来的负荷可能变化，因此，对未来分区的变化也要做事先的考虑。

要根据将来的分区的特点来选择水泵 。

将来会增加预想不到的分区，可能需要更换或改进现有泵。

如果知道未来的分区要求，可以将现有泵选择足够大的型号，来满足未来的需要。

相似定律：

管路系统和泵的相似定律很重要，特别是在分区内采用变频驱动装置。

有时你可能会需要永久地改变流体流量或离心泵排水压头。

泵的相似定律介绍了一些泵的参数的关系式。

速度改变或叶轮直径改变。

用新的速度或叶轮直径被原有的速度或直径来除：

你所需要的流体的流量或容量与该比值成正比。

例子：100GPM现在变为200GPM。

注：1GPM=3.785L/min=0.063L/s；1L/s=60L/min=15.85GPM。

泵所需马力与该比值的三次方成正比。

例子：

驱动一台流量1750rpm的泵，需要一台9马力的电机。如果流量是3500rpm，那么需要多大的马力呢？

需要 9×23=72马力。

由此看出：速度和叶轮的直径将如何影响泵的其它参数。

NPSH(泵的名义吸引压差)与该比值的二次方成正比。

例子：3米 NPSHR×22=12米 N.P.S.H.R.

轴的磨损量与该比值的二次方成正比。

例子：在轴上安装刻度盘指示器发现磨损总量是：

1750rpm时，0.005英寸；3500rpm时，0.02英寸。

0.005×22=0.020英寸。

管路的磨擦损失与该比值的二次方的90%成正比。

零备件的磨擦损失近似与该比值的二次方成正比。

例子：如果一个系统的压头损失的计算或测量结果为：当1450rpm时，系统的压头损失为65米。那么，当2900rpm时，压头损失就是：65 米×4×0.9=260×0.9 =234米。

磨损率与该比值的三次方成正比。

例子：在1750rpm时叶轮材料的磨损率为每个月0.020英寸，在3500rpm时，磨损速率会增加到0.020×8= 0.160英寸每个月。

泵的兼容性：

现在我们对相似定律和泵的参数的变化有了进一步 的认识，因此，在泵的分区系统内应用变频驱动装置应特别小心。

确定所有的泵是定速还是变速驱动。

由于分区泵是并联运行，泵的运行曲线必须一致。

下游泵的工作点会影响上游泵的运行(反之亦然)。

每个分区泵必须能提供足够的压头，可以将冷冻水从机房输送到负荷并反回到冷水机组，因此尽管两个分区的压力降和流量很相似，但下游分区的泵的功率也可能会更大。

控制：

每个分区独立运行，需要单独的变速控制。

不建议在一个系统内定速泵和变速泵混用。

平衡：

如果系统不能很好平衡, 回水管可能过压，导致

阀门座松动、出水温度振荡，甚至温度失控。

三次泵分区系统：

主要的优点就是分区内水力和热量解耦。

这是二次泵系统的另一种变化形式。

二次泵把冷冻水分配到系统的各个分区。

单个建筑物通过三次系统桥管与分配系统解耦。

设计人员可以独立控制每个分区。

与压差和温度有关。

所谓的分区是指盘管、空气处理器或整个建筑。

在区域供冷和供热系统中，优点很显著，在这些系统中，每个使用者之间通过板式换热器（GPX）相互解耦。

当采用GPX时，可以防止流体污染，用户和操作人员相分开，不会受到潜在过大静压力的影响。

设计思考：

三次泵的增加可能会增大系统的初始马力。

但是控制水平有所提高。

如果运行正常，总的操作成本会减少，进而优化三次泵系统 (但是三次系统桥管控制阀至关重要)。

三次泵系统桥管设计-与二次泵系统桥管的设计原则相同。

温度传感器的位置：

合理的阀门控制要求温度传感器安装在供水管到三次系统的管路T-1上。

回水温度T-2到冷水机组的回水管（在回水控制阀上，有一个小流量的旁通控制，通过回水控制阀来提供精确的温度），机房供水温度T-3。

合理的控制使分区的在尽可能高的水温下运行，而分区内部的调节阀门基本保持不变。

这使通过每个盘管的流量最大化，控制阀提供了更好的换热性能和阀权度。

二次泵：

根据现有水量要求选择泵，使水泵的马力最小。

要考虑压头最高分区的情况。

二次泵的选择要考虑到未来的应用情况，因为二次泵是系统内最大的泵。

如果经济性合理的话，可以考虑采用变频泵。

三次泵：

根据分区或建筑的负荷及压头的需求，一般只选用低马力水泵，并且不需要变速驱动。

如果选择变速泵, 压差传感器要安装在最远、负荷最大的两通阀处。

需要考虑的另一个问题是：与在二次泵系统内相同的低流量问题，靠近机房的分区要在高压头下运行。

如果压头始终满足要求, 那么，在最近的分区内不需要三次泵。

一次变速泵系统：

这种系统形式并非二次系统的变化形式。

不需要二次泵，这就减少了初投资、空间要求和维护保养费用。冷水机组不再需要定流量。

设计思考：

系统的核心就是泵和冷水机组的控制逻辑和启/停顺序。微处理器(PID)控制可以用来控制流量过剩或流量欠缺。VFD泵也可以这样控制。

冷水机组：

需要多台冷水机组满足冷冻水最大卸载时的容量要求。

如果只有一台冷水机组，那么最小流量就受到一台冷水机组最小流量的限制。

多台冷水机组改善了最小流量限制。

必须知道每台冷水机组的最小流量要求。

使用相同尺寸、效率和型号的冷水机组，其控制次序相对简单。建议要与生产厂家紧密配合。

公用管：

公用管被改造成低流量旁通，来保证冷水机组的最小流量。采用可调节旁通阀。

系统流量随着负荷的减少而减少。

当系统流量接近冷水机组的最小流量时，调节两通阀，打开旁通。系统的流量加旁通的流量必须大于冷水机组的最小流量。

流量计安装在供水管和旁通上，用来计算流量和开机顺序。

一次泵：

一次变速泵的选择与二次泵系统中二次泵的选择类似。泵的尺寸应该相同，且为并联运行。

不同流量和压头的泵，并联运行效果不佳。

小心的选择可以使泵满足未来可能的工况。

压差传感器：

泵的控制原理主要是靠压差传送器。

如果还存在其它变速系统，那么，监测最远点的最大负荷尤为重要。

靠近机房的传感器，在小流量的工况下，为减小压头提供了重要信息。

现代暖通系统有很多种泵的使用方法。

每种方法都有它适合用户或操作人员的优点。

设计者不但要为现在的应用考虑，还要考虑未来的变化。

对空调水二次泵系统选用条件：

设置二次泵系统的原因之一是冷(热)源侧需定流量运行，负荷侧采用变流量运行的水泵以减少输送能耗。虽然统称冷(热) 源，但设置冷水机组的冷源、设置直接供热的热水锅炉、设置板式换热器供热或供冷的热源、冷源等，各种情况均不相同。例如对于设置板式换热器供热或供冷时，一般情况下空调水循环泵可直接采用变频泵，没有必要采用二次泵系统；换热器前的一次冷热媒循环泵也显然不是设计规范所指的一次泵；因此对系统和设备称谓应表述得更加准确，并应根据冷(热)源情况和系统连接形式分别规定。

冷水机组供冷的二次泵系统的各级循环泵为直接串联连接，而换热器前后水系统为间接连接，二次泵系统应专指直接连接系统。为了区别二者，暂将间接连接的换热器前、后一次水循环泵和二次水循环泵分别对应简称为一次泵和二次泵，直接串联连接的冷( 热) 源侧和负荷侧水泵分别称为一级泵和二级泵。

对于“系统较大、阻力较高”的系统，就应该推荐采用二次泵系统，不应附加“且各环路负荷特性或阻力相差悬殊”的条件。后者是分区域设置二级泵的条件， 二者应分别作出规定。

“各环路负荷特性相差悬殊”不应是设置二次泵系统的条件。“负荷特性”一般是指空调系统的使用时间、负荷变化范围、房间空调精度要求等，完全可以通过末端空气处理设备的水路控制解决，冷(热)源则根据负荷侧的需要调节供冷供热量即可，与采用二次泵系统和分区域设置二级泵都无关。

没有明确指出一个工程中常见、应设置二次泵系统且宜分系统设置二级泵的重要条件，即、各系统供水温度要求不同。

设置二次泵系统的选用条件分析：

同类冷(热)源空调水系统的冷(热)源侧阻力差别不大，一般不会超过20m，造成阻力差别的主要原因是负荷侧连接最远设备的管网规模和长度不同。如“系统较大、阻力较高”，就意味着循环泵装机功率较大，当空调水系统冷热源要求定流量运行时，在负荷侧设置变速泵则节能潜力较大，因此较适宜采用二级泵变速运行的二次泵系统。

但定量判别“系统较大、阻力较高”的界限数值，标准或技术措施都未给出。指出其适用于独立建筑物内的空调水系统，最远环路总长度一般在200~ 500m 范围内，例如冷水泵扬程不超过36m。但实际工程中，由于建筑布局和规模等诸多因素的限制，超大的建筑物很难将环路总长度和水系统能效比控制在规定的范围内。在实际工作中可按如下原则考虑：

1)当环路总长度和水系统能效比满足要求时，根据工程规模、投资、机房面积等情况，可以选择一次泵系统，也可以选择二次泵系统。

2)当环路总长度和水系统能效比不能满足要求时，不应采用冷(热)源侧定流量的一次泵系统，应采用水泵能够变速运行而节能的二次泵( 或其他) 系统。

分区域或分系统设置二级泵的选用条件及实例分析：

分区域设置二级泵：

当同一供冷或供热站为多区域或多栋建筑服务时，若主机房未设在建筑或建筑群中心、或各区域距离相差较远，使得“各环路阻力相差悬殊”，则分区域分环路按阻力大小设置和选择二级泵，比设置一组二级泵更节能。但这里也有一个定量判别“阻力相差悬殊”的界限数值问题，条文说明中认为阻力相差10m即为悬殊。对于管网长度为200~ 500m的一般工程，如管网总阻力为规定的不超过36m，则负荷侧阻力不会超过20m，其中还有5~7m左右的末端空调机组及其电动调节阀阻力，剩余的管道最大阻力不会超过15 m，各区域阻力差值达到10m的可能性不大，则意味着若以此为标准，一般工程均不需分区域设置二级泵。

因此，将判别“阻力相差悬殊”的界限改为5m，理由是5m阻力相当于输送距离100m或送回管道长度在200m左右，水泵所配电动机容量也会变化一挡。

有不同水温要求时二级泵的设置：

工程中常遇到一些空调系统所需水温与冷(热)源供水温度或与其他系统的水温要求不同，但一般因系统规模较小不单独设置冷(热)源。例如，干工况运行的风机盘管、冷辐射板等需要高于常规温度的冷水；低温地板辐射供暖水温低于散热器供暖甚至空调供暖的常规水温。这时可以采用再设换热器的间接系统, 也可以采用设置二级混水泵和混水三通阀的直接串联系统。后者相对于前者有下列优点：

1) 不增加换热器的投资和运行阻力；

2) 不需再设置一套补水定压膨胀设施。

图1为典型的因各空调水系统水温要求不同而分系统设置二级泵的示例。

还有其他采用二次泵系统的情况，图2为其中一例，采用热水锅炉直接供暖，设置供热量自动控制装置(气候补偿器)，根据室外气温等变化，自动改变用户侧供(回)水温度，对用户侧系统进行总体质调节；末端系统为变流量的双管系统，要求水泵变流量运行。但燃气锅炉要求供、回水温度(主要是低温时烟气酸性腐蚀问题)和流量不能过低，与负荷侧在整个运行期对供、回水温度和流量的要求不一致，因此设置了变速二级混水泵和混水三通阀。这种情况属于“热源与负荷侧水温要求不同”，空调水系统不常见，因此可不在空调范围的标准和技术措施中出现，但供热系统原理和供冷是一样的。

对于空调冷热水系统设备的配置形式，应经技术经济比较后确定：

1)水温要求一致且各区域管路压力损失相差不大的中小型工程，可采用冷源侧定流量、负荷侧变流量的一次泵系统。

2)负荷侧系统较大、阻力较高时，宜采用在冷源侧和负荷侧分别设置一级泵(定流量)和二级泵(变流量) 的二次泵系统；当各区域管路阻力相差悬殊或各系统水温要求不同时，宜按区域或按系统分别设置二级泵。

3)具有较大节能潜力的空调水系统，在确保设备的适应性、控制方案和运行管理可靠的前提下，可采用冷源侧和负荷侧均变流量的一次泵(变频)变流量水系统。

4)采用换热器加热或冷却的空调热水或冷水系统，应采用循环水泵变频的变流量系统。

工程中是否采用二次泵系统和分区域设置

二级泵的参考建议如下：

1)当环路总长度和水系统能效比不能满足要求时，不应采用冷(热)源侧定流量的一次泵系统，应采用水泵能够变速节能的二次泵(或其他)系统。

2)负荷侧阻力差值超过5m时，宜分区域设置二级泵。

本段节选自孙敏生，郑小梅，石卉《对空调水二次泵系统选用条件的思考》。