【空调里py代表什么意思】暖通空调设计|变流量空调冷水系统分析比较

对公共建筑集中空调系统的能耗调查结果显示，集中空调系统夏季电力中约有25% ~ 30%用于冷水泵和冷却泵的运输。空调水系统的合理配置对冷水机组的正常高效运行有很大影响，因此合理设计空调水系统是保证中央空调系统节能运行的关键。

由于GB50189-2005 《公共建筑节能设计标准》的实施，目前空调水系统基本采用末端安装两个阀门的负荷侧可变流量系统，在冷热源侧，普通冷水机组通过蒸发器和冷凝器流动的水量保持不变的前提下，高效稳定地运行。长期采用现有冷水机组的水系统主要有冷水机组正流量一级泵系统和二级泵系统，近年来，一些设备制造商在蒸发器在一定范围内进行可变流量运行时，没有改变冷却效率较高的冷水机组，为空调水系统的节能运行带来了新的突破。

笔者在从事工程设计和图纸审查的工作中，发现空调水系统在管道连接、阀门设置、设备选择等方面存在设计不足的现象。

笔者结合工作经验，分析比较了负荷侧变流量的封闭式空调冷水系统中常见的三种水系形式：冷水机组整流、负荷侧变流量的一次泵系统、二次泵系统、冷水机组变流量一次泵系统，总结了各系统的特点和应用条件，并结合设计系统时应注意的问题提供参考。

冷却器固定流量、负载侧可变流量一次泵系统

GB50736-2012 《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》严格限制固定流量一次泵系统(即负荷侧换向系统)为“安装一台冷水机组的小型工程”，在实际工程中，风扇线圈、空气处理器等空调末端装置基本上使用两个控制电动二通阀或连续调节电动调节阀进行水路控制，即负荷侧

但是在空调冷热源方面，通过冷水机组蒸发器进行数量控制是保证冷水机组在一定范围内高效稳定运行的主要因素。蒸发器的流动逐渐减少，管束内流动从湍流变为层流时，蒸发器的传热效果恶化，冷水机效率明显下降，流量超过时间后，冷凝器会自动停止，防止蒸发器内冻结和铜管破裂。蒸发器流量逐渐增加，其管道流量超过最大允许流量时，可对东莞产生侵蚀作用，提高泄漏事故率，缩短单位寿命。

图1是典型的冷水机组固定流量一次泵系统。解决冷水机组整流和负载侧变流量矛盾的方法是在冷源侧和负载侧之间的供应回收管道中安装由供应水压差控制的电动调节阀(差压旁通阀)。这就是说，通过阀门调整，负荷侧供应回流之间的压力是恒定的。也就是说，负载侧阻力PF不变，是冷水循环泵必须克服的阻力(泵举)。

图2示出了上述水系的泵流量-压力特性曲线和管网流量-阻力特性曲线图。

单泵的特性曲线为(Q-H) 1，两泵并行工作的特性曲线为(Q-H) 2，管网特性曲线为P。系统在设计条件下运行时，差压旁通阀关闭，系统的工作点位于曲线(Q-H) 2和曲线P的交点A处，系统水流为QZ，各泵流量Q1=0.5QZ，Q1为单个冷水机组蒸发器的额定流量，管道总阻力为 PZ。在设计规范(运行两台冰箱)下，如果系统冷源侧管网阻抗为SY，负荷侧管网阻抗为SF，则管道阻力与系统流量的关系如下：

py=syq2z (1)

pf=sfq2z (2)

pz=szq2z=(sy SF) q2z (3)

在部分负载下，部分末端空气处理装置的电异通阀关闭或调节，负载侧阻抗SF增加，使得供给回流之间的压力监测值大于设定值 PF，系统的总阻力 P增加。

>Ｚ增加，管网曲线向左偏移，系统流量有减小的趋势，此时压差控制器指令旁通阀开启调节，减小负荷侧阻抗，维持Δｐ_ｆ不变，Δｐ_Ｚ也不变，系统流量保持恒定。

实际运行中，当负荷侧流量改变时，压差旁通阀的调节过程是通过改变阀门的开度，旁通水量的同时抵消负荷侧阻抗的变化，使管网特性曲线不会过多地偏移设计工况，整个系统一直在Ａ点附近运行，单台水泵流量Ｑ_１即流经蒸发器的水量保持在一个相对稳定的范围内。当整个系统冷负荷减小一半时，手动或自动关闭１台冷水机组及相应的冷水泵，此时压差旁通阀关小或全部关闭，由于负荷侧电动阀关闭较多，管路特性曲线变陡，如图２中曲线Ｐ_１，整个系统在压差旁通阀的作用下在Ｂ点附近运行，运行的１台冷水机组冷水量保持在Ｑ_１附近。

没有设置压差旁通阀的系统，当２台泵运行时，在部分负荷状态下，管网特性曲线向左偏移，如图２中Ｐ′，系统工作状态点偏移到Ａ′，流量减小，制冷机效率降低，当单台机组流量减小到冷水机组允许的最小流量时，冷水机组会自动停机保护。不同的冷水机组允许的最小流量不同，一般在３０％～４０％之间，由于多台冷水机组并联运行时为台数控制，单台机组流量减小到冷水机组允许的最小流量导致停机的情况不多，所以没有压差旁通阀的系统的主要缺点是部分负荷时制冷效率降低，不节能。

笔者审图及工程回访中发现一些工程在压差旁通阀上并联了一个检修阀门（如图３所示），目的是在检修压差旁通阀时打开这个检修阀旁通水量。

这种做法是错误的，由于检修阀作用压力很大（是整个负荷侧的阻力），该阀打开后造成系统大量水旁通，负荷侧水量不够，系统阻力减小，工作状态点偏移到Ａ″，流量增大，会对冷水机组蒸发器铜管产生冲蚀，也会造成水泵电动机过载。如果运行人员误操作长期打开这个阀门，会造成蒸发器泄漏及水泵电动机烧坏事故，这比关闭旁通回路的危害要大。

定流量一级泵系统主要的节能手段是根据系统冷负荷对冷水机组及相应的水泵进行台数控制，因此流经压差旁通阀的最大流量（阀门全开时）是系统中最大一台循环水泵的流量，压差旁通阀全开时作用压力为经过计算的设计工况下负荷侧阻力减去其两边检修阀的阻力，因此，压差旁通阀的流通能力为：

式中　Ｋ_ｖ为调节阀的流通能力；Ｑ_１为系统中最大一台冷水机组对应的循环水泵流量，ｍ^３／ｈ；Δｐ_ｆ为负荷侧计算供回水压差，Ｐａ；Δｐ_ｊ为旁通管上其他阀门和管道本身的阻力，Ｐａ。

工程设计中，应根据Ｑ_１及Ｋ_ｖ值来选择压差旁通阀的口径。不少工程中设计人员没有经过计算，直接按旁通管管径来选择阀门口径，甚至按水泵或冷水机组接管管径来选择阀门口径，造成旁通阀Ｋ_ｖ值选大了，成为快开阀，没起到控制压差的作用。

综上所述，在部分负荷时，冷水机组定流量一级泵系统是通过压差旁通阀旁通水量来适应负荷侧的水量变化，循环水泵提供的一部分能量都消耗在旁通水路上，因此它适用于中小规模、系统流量和阻力都不大，即单台水泵功率小的工程。

二级泵系统

冷水机组定流量、负荷侧变流量一级泵系统的主要缺点是将循环水泵的一部分能量消耗在旁通水路上，相对来讲，负荷侧系统规模越大（即单台水泵功率大）、冷水机组部分负荷运行时间越长，一级泵系统能量浪费越严重。从２０世纪９０年代开始，由于水泵变频控制器的日益普及，采用变频控制的二级泵系统在我国广泛使用。

图４为将图１的一级泵系统变成二级泵后的系统示意图，其中２台一级泵的总流量无论在设计工况还是部分负荷工况均为Ｑ_Ｚ，扬程均为冷源侧阻力Δｐ_ｙ，能耗没有变化；２台二级泵在设计工况总流量为Ｑ_Ｚ，扬程为负荷侧阻力Δｐ_ｆ，当系统冷负荷减小时，一些末端装置关闭，末端压差监测值会增大到大于设定值，通过控制令变频器降低二级泵频率，二级泵由于转速降低，流量、扬程减小，能耗降低。

二级泵变频采用末端压差控制较为节能，就是将恒定压差信号点设置在负荷侧最不利末端（见图５，Δｐ_２），当系统负荷降低、流量减小时，管道阻力降低，维持最不利末端压差所需的负荷侧作用压差Δｐ_１也会低于Δｐ_ｆ，水泵为变压差运行，但这需要在系统多个末端设置压力传感器，随时检测比较、控制，投资相对较高。实际有较多工程的压差调节信号并不是取自系统最不利末端，而是取自靠近分集水器的供回水干管处（见图５，Δｐ_１），这样做的结果是负荷侧总压差Δｐ_ｆ保持不变，变频控制只是改变了二级泵流量，不能降低水泵扬程，削弱了节能效果。

二级泵系统中，保证冷源侧和负荷侧都正常运行的关键因素是合理地设置平衡管，平衡管的作用是在保证冷源侧、负荷侧循环流量的同时将冷水机组的制冷量全部提供给负荷侧。平衡管应设在供回水总管之间冷源侧和负荷侧分界处（见图５）。一级泵和二级泵流量在设计工况完全匹配时，平衡管内无水量通过即接管点之间无压差。实际运行时多数情况下（冷水机组部分负荷运行时）一级泵流量大于二级泵流量，一级泵多余的水量从平衡管旁通回到冷水机组。为使不完全同步调节的各级泵之间流量达到平衡，应尽量减小平衡管阻力，保证旁通流量，因此平衡管管径应尽可能加大。

如果水泵选型不合适或运行控制不佳造成二级泵流量较大时，负荷侧空调系统回水也会直接从平衡管旁通进入供水管。笔者几年前参与设计的一个综合写字楼设计项目，建筑面积约８５０００ｍ^２，冷源选用３台３　０００ｋＷ离心式冷水机组和１台１４００ｋＷ 螺杆式冷水机组，空调冷水系统设计为二级泵系统，选用的一级泵扬程为２０ｍ，二级泵扬程为２２ｍ，二级泵变频由负荷侧供回水总管压差控制，系统投入运行后发现负荷侧供水温度经常比冷水机组出水温度高１℃以上，分析原因是二级泵变频由近端供回水压差控制，且压差设定值（为１８０ｋＰａ）大于实际阻力，空调系统的回水直接从平衡管旁通进入供水管，导致冷水系统供水温度逐渐升高。后来运行人员将压差设定值降低至１６０ｋＰａ，情况有所好转，但由于水泵扬程选择偏大，变频控制总是在较低扬程运行，效率降低的问题没有解决。

实际工程中，应尽量避免由于二级泵扬程选择过大造成冷水系统供水温度逐渐升高，末端无法满足要求而不断加大二级泵转速的“恶性循环”情况发生。设计二级泵系统时，应进行详细的水力计算，以保证平衡管两端的压力平衡，使一级泵流量满足冷水机组高效运行的同时二级泵变速控制提供系统需要的水量。

二级泵系统的水泵输送能耗是否比一级泵系统低也要经过分析比较，增加了一级泵，相应也会增加约５０ｋＰａ的阀门阻力（其中止回阀阻力较大），相当于水泵电动机功率提高一挡，水泵和变频器的投资也增加了，因此中小规模的工程不一定适合采用二级泵系统。相关标准规定“系统作用半径较大、阻力较高”的工程宜采用二级泵系统，在《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》条文说明中给出冷水机组定流量一级泵系统“一般适用于最远环路总长度在５００ｍ之内的中小型工程”的判断标准。目前借助建筑能耗模拟软件，还可以计算建筑的全年逐时冷负荷，并根据逐时冷负荷计算不同系统方案的全年运行能耗，分析和比较各方案的技术和经济性，确定最合理的系统。

冷水机组变流量一级泵系统

与冷水机组定流量一级泵系统相比，二级泵系统的负荷侧水泵能耗减小，但对冷源侧而言，循环水泵只能随着冷水机组根据负荷的变化进行台数控制，在冷水机组部分负荷运行时，制冷机进出口温差减小，一级泵流量、扬程不变，水泵电耗没有减少。

随着制冷机控制技术的改善，一些设备制造商已经生产出允许蒸发器流量在一定范围内变化的冷水机组，其中有的设备制造商承诺蒸发器流量在５０％～１００％范围内变化时制冷机效率基本不会降低或效率降低增加的能耗远小于水泵降低的能耗，这就为冷水机组变流量一级泵系统的发展提供了可能。

与二级泵系统相比，冷水机组变流量一级泵系统主要有以下优点：

１）系统简单、初投资低，节省的二级水泵及附件的费用大于一级水泵的变频器和控制元件增加的费用。

２）节省机房占地面积。

３）运行节能潜力较大，减少了二级泵系统中冷源侧旁通水量的能耗及二级水泵附加阀门等增加的能耗，同时因为二级泵系统中的一级泵通常是大流量低扬程，而一级泵系统的水泵均是大流量高扬程，其固有的效率一般高于同等流量低扬程的水泵。

与冷水机组定流量、负荷侧变流量一级泵系统和二级泵系统相比，冷水机组变流量一级泵系统在部分负荷运行时回水温度相对较高，冷水机组的平均运行效率较高。但是，冷水机组变流量一级泵系统也存在一些需要解决的问题：

１）当各区域阻力相差悬殊时，与二级泵系统相比，没有各区域采用不同扬程水泵的节能优势。

２）制冷机和冷水泵独立控制（不同于冷水机组定流量系统的联锁控制），如二者结合不好，系统将处于不稳定状态。

３）对制冷机的要求高，特别是制冷机对流量变化的处理能力———允许流量变化率要求高，制冷机允许的单位时间相对设计流量的变化率越高，水系统进出水温达到稳定的时间越短，对空调末端水温波动的影响越小。一些制造厂家的产品较难达到要求。

４）控制复杂，如制冷机蒸发器的最小流量控制和制冷机的分级启停等，容易出故障。

图６为冷水机组变流量一级泵系统示意图，制冷机和水泵台数不必一致，采用共用集管连接，每台制冷机接管上应设置与之联锁的电动隔断阀。

水泵变频控制仍采用末端压差控制。由于有制冷机蒸发器最小流量限制，应在供回水总管之间设置旁通管，按最大一台制冷机允许的最小流量来确定旁通管与控制阀。与冷水机组定流量、负荷侧变流量一级泵系统不同，由于此旁通阀保证的是冷水机组最小流量，在冷水机组变流量一级泵系统中是必须设置的，并要精确设计选择阀门，精确控制，否则运行时水泵变频调速到制冷机允许的最小流量时，前述的停机保护情况就会发生。

冷水机组变流量一级泵系统的复杂性在于它的控制环节对制造商、设计师、运行人员都提出了很高的要求，且越复杂的控制系统越容易出故障。因此，应进行技术和经济比较，在与其他系统相比节能潜力大（即单台水泵功率大，变频控制节省能量多），设备的适应性、控制方案和运行管理可靠的前提下采用。

随着制冷机技术和控制水平的进一步提高，制冷机适应负荷变化能力的增强，冷水机组变流量一级泵系统应有更加广阔的发展前景。

结论

１　冷水机组定流量、负荷侧变流量一级泵系统是通过压差旁通阀旁通水量来适应负荷侧的水量变化的，循环水泵提供的一部分能量都消耗在旁通水路上，因此它适用于中小规模、系统流量和阻力都不大的工程，系统设计的关键是保证运行时冷水机组的流量保持基本恒定。

２　采用普通冷水机组、规模较大、系统阻力较高的工程适宜采用二级泵系统，系统设计的关键是通过一级水泵、二级水泵阻力的合理分配，二级水泵变频的合理控制，最大限度地降低能耗。

３　随着制冷机技术和控制水平的改善，冷水机组变流量一级泵系统具有很大的节能潜力和广阔的发展前景。根据目前的技术水平，当冷水机组允许的流量变化与系统负荷相适应时，经过技术和经济比较，与其他系统相比节能潜力较大，在控制方案和运行管理可靠的前提下可以采用冷水机组变流量一级泵系统。

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