二次泵系统与一次泵变流量系统优缺点设计要点及控制逻辑.docx
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二次泵系统与一次泵变流量系统优缺点设计要点及控制逻辑
一次泵变流量系统（VPF）
1、控制方式
冰机控制
负荷测定：
蒸发器的流量和温差
冷量调节：
与活塞机组的介跃调节不一样，离心冷水机组的控制是根据实际需求负荷的大小来控制压缩机的
运行状态，最终通过改变导叶开度的大小来控制。
改变导叶开度的大小，可调节制冷剂循环流量，
控制蒸发温度，调节制冷量，最终达到加载、卸载，控制出水温度的目的。
这种调节可实现无级连续调节，可精确调节到负荷要求，精密控制出水温度。
模糊逻辑根据温度误差（与设定值的偏差）和变化速度求岀所需的加载/卸载量，从而将冷水温度控制在设定的范围内。
导叶电机根据4〜20mA
的电流输入信号，每0.3%地增加或减小导叶的开启度，这样的调节足以保证经导叶调节后流量的连续性，实现无级调节。
加载时，导叶开启度增大；卸载时导叶开度减小。
高精度的导叶连续调节可精确控制水温在士0.3C以内。
见图2。
控制系统根据温度偏差值和温度变化速度来确定是否需要加载、卸载或保持容量不变。
见表1。
衣丨加载、卸载和保持判断我
与设是值的儡羌
负
零
正
冷水温廣变化速度
负
卸载
卸载
l-i'j
零
保持
加载
正
保持
加我
在接近系统的安全阈值时，会进行加载或卸载限制。
图3示出了出水温度控制的循环
图3:
出水温度控制循环图
“一-”代表系统控制
“一-”代表控制系统实施操作后有可能引起的现象如图3所示，系统控制和实施控制操作
后而需要的进一步控制形成封闭循环。
控制操作的实施最终通过导叶开并增大或减小来完成。
控
制系统经过综合使导叶维持在某一开启度进行制冷或达到安全限而关机。
例如机组刚开机过程的加载过程，在电流限制的同时导叶由小逐渐开大，冷水温度不断下降，达到
制冷的目的。
当机组达到负荷后，出水温度已达到或低于设定点的温度，这时进行卸载过程，导叶逐
渐关小，出水温度基本维持不变，电流逐渐减小，最终维持在部分负荷运行。
如果负荷过低，使机组导叶关小到某一值时，排气温度达到保护限，控制导叶不能继续关小（或导叶已关到最小），则导叶维持该状态运行，出水温度将进一步下降，当下降到低于出水温度设定点3C以下时，则机组由控制
系统控制进行安全关机。
或进入再循环运行模式控制。
冰机加减机：
加机（4种方式）：
1.冷冻水系统供水温度Tsi高于系统设定温度Tss并持续一段时间
2.压缩机运行电流百分比（适用于岀水温度精度要求高的场合，需要注意机组岀力和运行电流不符合的情况）
3•计算负载
4•如运转中主机已达最大流量，则须加开一台主机（发生机率不高）。
减机:
2.flow*△T
3.系统流量
如图2.1.1所扃三台冷拣机，毎台额定就最为Gz进出水温度设定为remv,肖负樹t升时，水泵跟踪末端负荷.加大转速.増加流虽*便系统供水温度I升到过哎定值7匸・則持续■段时间.另一台冷冻机被加上去.可以看出#当加机前只存…台机組运行时，机組蒸发犠流醴含増加到125G。
・大丁•机级额崔流ft可见水泵和机组的控制定分开的.当另一台机组加上去各自承押50%
的茨此
加机的另一种控制方法是，通过机房通用控制器获得乐缩机运行电流与税定电激2比把丿注和设定值进行比较，一般设定值为90%.当大于设定值，并冃持续一段时何‘则另一台机组会投入使用*
减机控制以压缩机电流为根据.将毎台机组运行电渝百分比/%的和除以运行机组台数M-＞如果得到的商小于设定值铁3%）,则关、台机组。
按以下公式计執
-10^^40%
~-1~
=SO%S90%
例：
2台机组运疔、压缩机电流为额定电漁的40%则
在这种情况下关闭--台机细°
加减机逻辑：
冷冻站管理器将监测供回水总管的温度，同时监测冷机的负荷。
当水系统的计算冷负荷达到运行冷机额定制冷量的80%（可调），并持续20分钟（可调），则
冷冻站管理器将增开站房内下一个可用的运行时间最短的制冷单元。
当水系统的冷负荷低于运行冷机的总名义额定制冷量的20%，并持续20分钟（可调），冷冻站
管理器将根据启动顺序或者运行时间，选择关闭适当的制冷单元。
现有配置会监视系统内末端机电设备的运行、故障等状态，从而对制冷单元的启用选择和制冷单
元之间故障切换有实时准确的判断。
水泵控制水泵控制依据：
压差为主（用户侧压差控制，最好是最不利处用户，各回路都是并联，有区别吗）温差为辅的空调冷冻水控制。
（应该是压差控制或温差控制）
水系统采取温差控制*水泵调节处于上动状态.负荷的变化反映到供回木忍签.引起温墨的变化，水泵侧根据温萤调节转速.改变流而压并拎制的系绽、冃户槪据负荷调节水盘，用户的调节反映到压體上.水泵再根据压羞调节木最，水泵处在被动狀态.
冷水变流唯采取定淋差控制和坯不利端压差控制.抚节能效果不同，后者存在电动二通阀的节流作用,会引題躺个系统管路峙性曲线发半变化，节能牧果比前荐菱.虽然整个系统变水直秣度相等.由于W节的能不同的用户，暈不利端压差控制的节能效果也会不同，节能率很难确定。
通过安装在冷冻水管供回水压差传感器测量供回水之间的压差，与设定压差比较，采用PID运算策
略，调节冷冻水泵转速满足系统流量：
水泵加减台数方案：
目前，确定泵组运行台数的一般原则为台数最少原则，即单台泵可以满足使用需求，则不使用多
台泵；在多台泵并联的泵组系统中，两台泵可以满足使用需求，则不使用三台泵，以此类推。
传统的加减载模式为当运行中的泵组均升至最大频率时，则将泵的数量加载一台；运行中的泵组
均降至（设定）最小频率时，则将泵的数量减载一台。
在加载或减载泵时，加载泵的频率由零
开始逐渐增加，其他泵的频率由最大频率逐渐减小，直至所有泵的频率达到最优运行频率为止；减载泵时，剩余泵的频率由最小频率逐渐上升，直至所有泵的频率达到最优运行频率为止。
在实际应用中，即使有的并联泵组运行台数的确定不遵从台数最少原则，也多与其它相关设备开
启的台数相关联。
比如中央空调冷冻水系统，开启冷水机组的台数与开启水泵的台数相同，这种
由机组数决定水泵数的被动模式不能保证泵组的效率最高，因此不是最优方法。
现有技术中变频
泵组台数的确定方法一般效率低，耗能高，无法满足目前节能减排的需求。
另外，传统模式下的
变频泵组在加载和减载时，与正常变速控制逻辑（即泵组正常工作下满足压差、流量或温度等需
求的控制逻辑）衔接困难，泵组频率的震荡幅度大，工作点的确定耗时长，一般需要5分钟甚至
更长时间，严重影响泵组的使用性能、可靠性以及寿命，同时降低泵组的工作效率。
旁通阀控制
回水总管流量控制或冰机前后压差控制
2、一次泵变流量系统应用中需注意的问题:
、冷水机组的流量变化范围为防止蒸发器结冰、水流由湍流变为层流、水流对铜管的冲蚀，一次水流量必须在一定范围内。
因此需要选择最小流量尽可能低的冷水机组。
蒸发器最小流量由蒸发器的类型、回程以及管束尺寸决定。
通常机组效率越高，机组蒸发器流量变化的范围就越窄。
目前离心机的最小流量一般都能达到设计流量的30％左右。
冷水机组最小允许水流量：
一般要小于设计流量的50%。
（目前离心机最小允许流量可以达到设
计流量的30%，本项目离心机是多少本项目没有相关参数，据了解约克和特灵的最小允许流量可
以达到设计流量的30%）
、冷水机组的允许冷水流量变化率
由于蒸发器中水流量的较快变化能引起控制不稳定和压缩机的回液与停机，应尽量选择可允许流量变化率值高的机组。
在一般的一次泵变流量系统中，允许流量变化率应取25％-30％，这意味
着加载一台冷水机组后（假定流量变化50％），大约1．5min系统就可以稳定运行。
冷水机组能承受的水流量变化率，即每分钟的水流的改变量，%fullflow/min：
一般推荐25~30%。
（目前各生产厂商推荐的流量变化率差异较大，每分钟2％-30％不等，本项目离心机是多少本
项目没有相关参数，据了解约克和特灵的最大流量变化率可以达到50%）
、注意水系统流量的测量与旁通控制
供回水干管上加设一旁通调节阀，该阀是保证冷水机组蒸发器侧的流量不低于其最小流量要求，确保冷水机组的正常运行。
阀的调节是依据检测的流量信号而进行，因而对流量的检测必须准确。
一般选择测量精度较高的电磁流量计为宜，同时应注意定期标定、校正；此外，阀的调节需快速，为满足流量与阀门的开度成线性关系以及考虑到阀门的实际流量特性，选择等百分比特性的调节阀为宜。
、注意系统周转时间。
一般情况下冷水机组厂家会提供一系统周转时间，设计时应对整个水系统周转时间进行计算，校核是否大于厂家所给的值。
若系统周转时间长，说明该系统利于机组控制的稳定，否则．需采取改善措施。
、精确的控制系统
3、系统优缺点
特点:
1.与二次泵系统关键区别是旁通管的作用改变（二次:
调节供回水压差;一次:
保证机组的最小流量）
2.冷冻水流量的控制和冷量的控制是分开独立的3.流量计和控制系统是必不可少的
优点:
1节能
2降低初投资
3减少机房面积
缺点与问题
（设计与运行中的问题）:
1系统实施、调试增加难度
2蒸发器水流量突然变化
加机的时候容易出现问题
3使用同型号同压力降的机组时,系统运行会比较好
4需要更加复杂的控制系统
5需要同时控制机组的负荷调节和水量调节阀
6更加复杂的旁通控制
7冷水机组分级启停控制复杂
8可能出现的故障
9專用控制器。
（配合節能軟體）
10需精確的PID控制閥。
11需要更精準的控制系統及調節冰水主機、控制閥及pump順序控制
12更長的試車時間。
13完整的教育訓練。
一次定流量二次变流量系统
控制方式二次泵系统的负荷调节
3二次泵系纯的负荷调节
二次泵条绕是一、尖木量系统，通过改变循环水量买现对用户的负倚调节。
常见铉变水量谴节方蛙有台数调节和雯速调节两种。
3.1台数10节
传统r嗦系统的台数诣节较冬釆用差圧控制.二次泵系统的台数调节三要采用凉量挂轧在控制楕匿较高的场合多采用负荷控制。
差压控制是利月水泵并联特性性线，设定一个哄0水压力的波科旳围，当负荷变化弓I起管阿流量改交时，供回水压力也随之波动，当超过设定上限值时堵泵，当任于设定下限值时减泉。
凑童柠制是根懈桥管內水谛•的方向和大小控制水泵及相对应冷机的开停。
当用户负荷下隆，二袄诜
量诫少时，一次左莹垃剩，桥管内转水曰供水菽向回水。
当忘呈人于单泵沆量110^,关丙一台冷机及粕
应水泵；当用户负荷增加，一货流量出观不足，桥管内冷水逆向凉动。
当汰量大于单泵痂量20%时，开启
-台水泵及相应的冷机。
提前卄启拎的啲W的是为避务二欢供水温度出现较大披动•
图4风机盘管制冷量与淙量关系
图4为空调系统常见耒端设备风机盘管的制冷量与流旨的关系哥叫由十末端设备抑恃性具如瞄性
掩点卩肿，当流量需艮诚壬一台水泵时.并非意味着用尸负荷也船汪一台冷机Si，因此.在控制要求较
高彼场合应采用勺荷控制。
负荷拎制果诵过冷测一次傅供叵水管上的洱雜刘汽量计算徉到需令量.当需冷
量阵至相当于一台｝轴I的吝量R、••停一台水恙及加应的冷机。
较之流量控制，负荷控制可有效解决止丿J、热
力工况不协调的问题⑴。
32变速跻
二次泵药稈克服的關力^括营网、斋管、平衛阀及拎制阀等。
在定避变水童系统中.当沱量诚少肘,
菅网、盘管及平切网的压力降也减少，但循环亲扬程不仅没有降低，反而还有所盾加，二者之间的左隹就
必须由控制阀（一通阀）来负担，见冬5・因此，定連变水量系统的节能敦具并不明虽在极低负荷时，
柠制阀会医压差过大失控，使讨苗冷水谊过务骨。
HUS
零5走速变木兮系统独紹阀上的圧笄变化
采用水泵变速诃节肝以克思上述弊端〉当负荷述少时.诵过改变水套转楚使扬程和涂童诚少.可以
获復明显的节能戒里.考虑殳频器豉率和屯机戟热尋囚君艮速谓节应肓亍最仕转速限制（-般为额定
转慄的3Xo当负荷变化范盛较大时.韦来月多泵4联变i朿调节实现节奄活行。
召6是丿附不同运行方式下的泵功率爼员荷变化的曲线.定水童系统水泵运行工记点不克泵功率
不笺单泵定速系统仅靠二通阀的节流谓节，水泵功率王化不九多泵芟速系统在低©荷时怫霸U撇丈
的节能疳力。
图6不同运行方式下的水泵功玄苛比
4水泵变速调节的控制曲线
根懈m烷律，相似工况点处水泵功率与其转速的三次方戚正比.在忽跑静扬稈时.系统曲线t的
穴加拟工况点，漑相似定律。
在吏速麦水量系统中，水泵支速谒节常釆眇亘压塞制，控制曲践与系
统曲线不垂合.因比水泵功率与转速也不祝三认方定:
律”
图7是水泵变速谓节恒定压差控胡倍酸闾於关系.水泵杨程自恒定圧差和可支压差两部分组成,
恒定圧差印汪差传感器控制回路，虫盘管、平噺阀刘控制阀组成，其值不随谎量变化改可变压差为输
配钢汗降.肯管冈盜量平方成正比。
由管网曲线向•■平移〜恒定压差即浮柠制曲线。
由囹厂以看匕
恒定压差越小.系统的节龍效臬就越好。
图7才、泵交連调节的控制曲线
霜韦m艮图7中桶:
曲线和器诗用户负荷比例变化条沖下得刘EF1—条平均曲线。
例如当系统
流皇诡少50%B寸，系统内各用戶流星需未均为50%.在实际申.用户负荷是按各自需求确定的，各用户
流量交化也很少能够保拦一致.
12kPj3kPa3kPj
8kPj
3kPj3kPa
图S带有6个相同梯的空调水系统图
<1
、——
♦k>rss—
飞面以图8为例，计算系统在不同负荷分布不叵控制方式下序需的水泵扳程"为简化分析.计算中
假设用户设计负商相等.且用淡虽师用户负荷变化。
计豆结皋见表1及图9。
不同负淘分布不同控制方式F水泵所需的扬程（单位kPa）衷1
流量
用户6处定压差
用户】处走丘羞
负荷莫中于近
端
负荷集中于远
端
比例负荷
0m*/h
4800
4800
4800
8400
45nr/h
4S.67
5857
4965
S466
90m3Hi
50.91
7167
5466
8667
135m3/h
55.34
8355
63.00
9000
180m3/h
63.67
9252
7467
9468
225曲h
78.71
100.68
89.67
100.97
270mbh
108.00
108.00
108.00
108.00
图9中，OP为水泵曲绕OQ为系统曲线IOAN为远站定压差、员荷集巾亍酬的控制曲线$OCN为远雌压差、负仃集中于迅瞬控制曲线：
OBN力比例员债变化吋册控剖曲线；由曲线OANCO组成的計闭区域即为远端定:
圧差空制时系统工近点的交化范囲ODM为近端走汪差控制曲线「
n4590135ISO225210m/k
哥9不同輛户负荷分配时的控制龍线
皿
144
ioeo
90
72
54
¥
18
0
通吐述xtfitS,可以得岀叹下結怖
◎系统近端主压差时，水泵扬低需求仅盛决于负荷大小而丄负荷分币无夬迈疑压差乩木泵杨程需农不仅耳负荷丈小有矢，还与员荷廿布有关.
②陥用户全开戒金关阿申工况外’远般压差时系#蹶程需求较酬时小，系统运彳我为节这杲因为刊註玉弄戎袞纷鼻目最犬的軒殳扬程，
®禁统逝端定压差比岸户负荷集中于近端时系统滩需求较比例负荷时小，负荷集中于乖端喺统畅程塞求較比例贡荷对大.这是囚为应帧荷需要的输逹毙耘从
结论
柱仝凋支严■量系撓设计札国内常釆用分集水器压诽通控制钧一初泵系绑酣卜常采印带桥管苗二次泵系死本文丼二娠宾统琢味负荷谓节及圧垂揑制稠面［了探讨.帶出以下詰论］
二钦泵系统通过设這桥管，不仅有效地解决了】轴血违负荷变毓量的矛启‘而且翊了系黠■部分水力工况陶贰同时具有分布式水一泵水刀稳宦性蚱的特点.；
当供待系统容量较犬目旬荷瓷化范醉宽时.采用多泵井联变速运斤可肓效降ift运秆t镰，在怅负荷时系纟舟另晟保捋较高的就率’
水泵调速采用远端^定压差控制时.扇统具有最大朗可变瞬.运行魁敏近端压差控制费小，远端压善控制的杨毘需求不仅与负荷夫小肓关，还与负荷分布有头
冰机控制冷量调节：
同上（岀水温度是检测一次侧还是二次侧）用于单机的冷量调节应该是一次侧冰机加减机（台数控制，一般说的加减载也是是台数加减）：
1流量调节（常采用）：
帥控制:
桥管內冷水逆问躍b且为流量大于单泵潦量劄滋时P幵启一台水泵及相应的冷机•减机控制：
当需冷量降至（单台冷水豳额就I冷功率肖前运行台数怎D且维持2分钟时j停止一台冷t吸相应水基
2负荷调节（控制精度较高场合）：
但島由于未端设备热將性具育非线性特点，为浣量需求减至一台水矗丈并菲意味看用户负荷也减至一台冷机容量，因此，在实现減机1空制应采用员荷控臥
员荷控制是ffla检则—次侧供回水管差#礙量i十算彳麹壽令量,
3二次侧供水温度
供水温度，或旁通水流方向
当旁通水流量支援供水时，也就是旁通管内的水流方向是从回水侧流向供水侧，加机；
或，当二次侧供水温度大于设定值时，表明投入的主机数量不够，加机
旁通水流方向和水流量
当旁通管内的水流是从供水侧流向回水侧，并且旁通水流量达到一台主机水流量的110%,减机;
一次泵控制方式
流量调节（常采用）：
曙机控制:
轿管內冷水逆问跑b且当流量大于单泵流量20斤时'开启一台水泵及相应的冷机•减机控制：
当需冷量降至（单台冷水机组额定制冷功率当前运行台数算D且维持2分钟时“停止一台冷t吸相应水泵*
负荷调节（控制精度较高场合）：
二次水泵控制
控制方式：
压差控制。
设定一个供回水压力波动范围，当负荷变化引起管网流量改变时，供回水压力随之波动，当超过
设定上限值且水泵频率达到时减少泵的运行台数，当低于设定下限值时增加泵的运行台数。
旁通管
无阀，一般有流量计，温度压力显示等低温差综合症
一次泵定流it和二次泵变流就系统虽常见的问越是“低温差综合所谓"氐温差综合症”是播；回水温度低"导致流量高于设定價*冷冻机加减机失调，导致机组效率低*系统供水和回水混合’导致供水温度升离、冷址不定.低温養综合症的起因主耍是；盘管结垢’传热系数降低；空气过憶器哄揑制衔关闭压力不够,控制失调.阀座漏水丫温唐*控制㈱珠型错课【坤・
解决措施：
（1）确保空气冷却器（盘管）具有足够的换热能力，使空气冷却器（盘管）的水温差最大，避免采用大流量小温差的方法获得换热能力。
（2）系统设计合理，系统负荷设计准确，
选择合理的末端设备电动控制阀门。
（3）在一次泵定流量系统中适当增大一次泵的容量。
（4）
在二次泵变流量系统的一次泵上安装变频器或在平衡管上增加止回阀。
也是最容易引起控制失调
低温差综合症”是二次泵变流量系统和一次泵定流量水系统中最常见、的问题。
它的主要症状是：
（1）系统的供回水；fit差小，导致负荷侧流量高于设计值。
（2）冷水机组加、减机失调，机组的运行效率降低；
⑶系统供水和回水混合，导致供水温度升高、冷库末端去湿能力降低，房间的温、湿度偏高
3、系统优缺点
特点：
1.旁通管的作用（二次:
调节供回水压差；一次:
保证机组的最小流量）
2.流量需求和机组冷量对应
优点：
1.因系统分二回路，控制单纯（各别控制）。
2•试车及开停主机容易。
3.一次冰水流量稳定。
4.二次冰水pump因以变频控制可省能源。
缺点与问题
1.初设成本较高。
（多送水pump）
2.占地面积大。
3.低温差综合症（逆向混水）
冰机变频的适用情况
对于单台冰机制冷的情况，变频有明显节能意义。
类似于
1提高
50%时，
对于两台以上冰机制冷的情况，变频的节能意义不大（注意：
变频与冷量调节是两回事汽车档位与油门的情况）。
冷量调节是通过调节压缩机导叶开度来实现。
而变频的作用是效率2防止喘振。
），是因为机组的效率一般在50%~75%负荷时最大，当系统负荷小于
比如30%，开启一台冰机，则冰机的负荷在60%，效率已经很高，不需要再变频调节。
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