水泵揚程流量與空調管路系統阻力流量匹配系統的研究
——中央空調水系統

（南京工程高等職業學校，南京市，211135） 竺興妹 張蘇穎

（江蘇天納節能科技有限公司，南京市，211135） 寧方亮

1 前言

1.1 技術現狀

中央空調系統中冷卻水泵或冷卻水泵組是為中央空調提供水量，水量進入機組與機組進行熱交換，然后通過水把機組中的熱量帶走。冷凍水泵或冷凍水泵組是為了把中央空調主機產生的冷熱水輸送到室內末端提供冷熱水而設置，把中央空調主機產生的冷熱水輸送到室內末端設備進行熱交換以調節室內空氣質量。中央空調系統中冷卻水泵或冷卻水泵組和冷凍水泵或冷凍水泵組在機組滿負荷運行時占整個中央空調系統能耗約20%～30%左右的電量。中央空調主機達到設定溫度后具有卸載功能，特別是過渡季節空調使用容量較小主機卸載而水泵沒有，這時水泵占系統整體能耗甚至高達40%～60%以上。隨著能源緊張以及全球資源枯竭，以及國家對節能的重視。為了節能，在暖通設計規范中還特別進行了規定[1]-[2]。

1.2 技術路線

管道阻力過小水泵出現揚程過大造成水泵電流超過額定功率，長期運行水泵會燒毀。為了解決這個問題通常的做法是采用各種流量揚程不同的多臺水泵并聯。以根據系統情況開啟不同的水泵組合，但是多臺水泵會造成系統施工難度增加，故障率高等弊病。以及在開啟少量水泵時開啟的水泵不能充分利用其他管道的通徑減少阻力。也有人根據正在運行系統的實際揚程進行更換低揚程水泵以匹配實際揚程的辦法，但是由于重新配置的水泵揚程也是固定的揚程。當管道阻力增加或者管道流速增加時。顯然配置低揚程的水泵在高阻力的管道系統中就會出現水泵的效率下降。一旦在標準流量和水泵揚程就會不足，也會造成水泵過載燒毀電機的現象[3][4]。

還有人利用多泵安裝變頻器，然后利用變頻器調節多泵的轉速來調節揚程以及流量，但顯然這樣的做法經濟性不高，投資變頻器的價格遠遠高于水泵的差價。2臺小流量水泵更換為1臺較大可以滿足2 臺同樣小流量的水泵價格較低，同樣用2 臺較小的變頻器更換為1臺滿足2臺功率較小變頻器的價格也較低。大的水泵和變頻器的性價比要高于小的。

基于以上背景，想到設計這么一臺水泵能滿足一臺以上主機流量的中央空調水系統水泵揚程流量與空調管路系統阻力與流量匹配系統。以克服以上不足。同時可以根據中央空調水管系統的流量與阻力改變水泵的流量與揚程，以實現中央空調水系統水泵揚程流量與空調管路系統阻力與流量匹配。

圖1 傳統中央空調水系統的結構示意圖

圖2 中央空調水系統結構示意圖

2 工作結構示意圖

中央空調水系統水泵揚程流量與空調管路系統阻力流量匹配系統，它包括至少一臺水泵、多臺水冷空調主機、兩壓力檢測器和控制器。并聯水泵的出水口通過進水總管連接多臺水冷空調主機的對應進水口，兩壓力檢測器分別安裝在水冷空調主機的進水總管和出水總管上，用于檢測進出水壓力，各壓差檢測器的信號輸出端均與控制器的壓力檢測信號輸入端相連，控制器的控制信號輸出端與水泵的控制信號輸入端相連，控制水泵的轉速（如圖2所示）。

相對圖1，圖2中水泵2的出水口通過進水總管8 連接多臺水冷空調主機1 的進水口，兩壓力檢測器5 分別安裝在水冷空調主機1 的進水總管8 和出水總管9上，用于檢測進出水壓力，各壓差檢測器的信號輸出端均與控制器的壓力檢測信號輸入端相連，控制器7 的控制信號輸出端與水泵2 的控制信號輸入端相連，控制水泵2的轉速，兩溫度檢測器6分別安裝在水冷空調主機1的進水總管8和出水總管9上，用于檢測進出水溫度，各溫度檢測器6的信號輸出端與均控制器的溫度檢測信號輸入端相連。

3 工作原理[5]

水冷空調主機只要滿足兩端壓差其流量相應就會達到額定流量，就可以滿足中央水冷空調主機工況，這樣就可以利用一臺大流量揚程水泵控制其轉速滿足主機兩端壓差的辦法來實現一臺水泵滿足多臺主機流量，以實現中央空調水系統水泵揚程流量與空調管路系統阻力與流量匹配。安裝在進水主管道8上的壓力傳感器與安裝在出水主管道9上的壓力傳感器5分別檢測管道壓力。以檢測主機進出水口上的壓差，如果檢測到壓差小于主機需求的壓差，則控制器7就會控制水泵轉速加快，以滿足主管道進出水口壓差，如果這時候增開主機，就會造成總管壓差下降，這時控制器7 就會增加轉速控制水泵增速，以滿足總管壓差。這樣就實現了單臺水泵通過控制轉速實現滿足多臺主機流量要求，也就克服了傳統上的所有不足。

4 結束語

中央空調水系統水泵揚程流量與空調管路系統阻力流量匹配系統，利用進出水壓差和變頻器控制水泵轉速以調節單臺水泵滿足多臺主機流量揚程匹配；解決了開啟部分水泵而系統阻力過小揚程過大問題；解決了多泵并聯效率下降的問題，解決了系統流量阻力與水泵揚程流量不能匹配的問題；一臺水泵滿足多臺主機流量需求，設備投資減少，節省了投資；水泵的轉速可以依據需求由控制器進行調整，有效解決了水泵能耗過高的問題。本技術未涉及部分均與現有技術相同或可采用現有技術加以實現。