水泵扬程流量与空调管路系统阻力流量匹配系统的研究——中央空调水系统

（南京工程高等职业学校，南京市，211135） 竺兴妹 张苏颖

（江苏天纳节能科技有限公司，南京市，211135） 宁方亮

1 前言

1.1 技术现状

中央空调系统中冷却水泵或冷却水泵组是为中央空调提供水量，水量进入机组与机组进行热交换，然后通过水把机组中的热量带走。冷冻水泵或冷冻水泵组是为了把中央空调主机产生的冷热水输送到室内末端提供冷热水而设置，把中央空调主机产生的冷热水输送到室内末端设备进行热交换以调节室内空气质量。中央空调系统中冷却水泵或冷却水泵组和冷冻水泵或冷冻水泵组在机组满负荷运行时占整个中央空调系统能耗约20%～30%左右的电量。中央空调主机达到设定温度后具有卸载功能，特别是过渡季节空调使用容量较小主机卸载而水泵没有，这时水泵占系统整体能耗甚至高达40%～60%以上。随着能源紧张以及全球资源枯竭，以及国家对节能的重视。为了节能，在暖通设计规范中还特别进行了规定[1]-[2]。

1.2 技术路线

管道阻力过小水泵出现扬程过大造成水泵电流超过额定功率，长期运行水泵会烧毁。为了解决这个问题通常的做法是采用各种流量扬程不同的多台水泵并联。以根据系统情况开启不同的水泵组合，但是多台水泵会造成系统施工难度增加，故障率高等弊病。以及在开启少量水泵时开启的水泵不能充分利用其他管道的通径减少阻力。也有人根据正在运行系统的实际扬程进行更换低扬程水泵以匹配实际扬程的办法，但是由于重新配置的水泵扬程也是固定的扬程。当管道阻力增加或者管道流速增加时。显然配置低扬程的水泵在高阻力的管道系统中就会出现水泵的效率下降。一旦在标准流量和水泵扬程就会不足，也会造成水泵过载烧毁电机的现象[3][4]。

还有人利用多泵安装变频器，然后利用变频器调节多泵的转速来调节扬程以及流量，但显然这样的做法经济性不高，投资变频器的价格远远高于水泵的差价。2台小流量水泵更换为1台较大可以满足2 台同样小流量的水泵价格较低，同样用2 台较小的变频器更换为1台满足2台功率较小变频器的价格也较低。大的水泵和变频器的性价比要高于小的。

基于以上背景，想到设计这么一台水泵能满足一台以上主机流量的中央空调水系统水泵扬程流量与空调管路系统阻力与流量匹配系统。以克服以上不足。同时可以根据中央空调水管系统的流量与阻力改变水泵的流量与扬程，以实现中央空调水系统水泵扬程流量与空调管路系统阻力与流量匹配。

图1 传统中央空调水系统的结构示意图

图2 中央空调水系统结构示意图

2 工作结构示意图

中央空调水系统水泵扬程流量与空调管路系统阻力流量匹配系统，它包括至少一台水泵、多台水冷空调主机、两压力检测器和控制器。并联水泵的出水口通过进水总管连接多台水冷空调主机的对应进水口，两压力检测器分别安装在水冷空调主机的进水总管和出水总管上，用于检测进出水压力，各压差检测器的信号输出端均与控制器的压力检测信号输入端相连，控制器的控制信号输出端与水泵的控制信号输入端相连，控制水泵的转速（如图2所示）。

相对图1，图2中水泵2的出水口通过进水总管8 连接多台水冷空调主机1 的进水口，两压力检测器5 分别安装在水冷空调主机1 的进水总管8 和出水总管9上，用于检测进出水压力，各压差检测器的信号输出端均与控制器的压力检测信号输入端相连，控制器7 的控制信号输出端与水泵2 的控制信号输入端相连，控制水泵2的转速，两温度检测器6分别安装在水冷空调主机1的进水总管8和出水总管9上，用于检测进出水温度，各温度检测器6的信号输出端与均控制器的温度检测信号输入端相连。

3 工作原理[5]

水冷空调主机只要满足两端压差其流量相应就会达到额定流量，就可以满足中央水冷空调主机工况，这样就可以利用一台大流量扬程水泵控制其转速满足主机两端压差的办法来实现一台水泵满足多台主机流量，以实现中央空调水系统水泵扬程流量与空调管路系统阻力与流量匹配。安装在进水主管道8上的压力传感器与安装在出水主管道9上的压力传感器5分别检测管道压力。以检测主机进出水口上的压差，如果检测到压差小于主机需求的压差，则控制器7就会控制水泵转速加快，以满足主管道进出水口压差，如果这时候增开主机，就会造成总管压差下降，这时控制器7 就会增加转速控制水泵增速，以满足总管压差。这样就实现了单台水泵通过控制转速实现满足多台主机流量要求，也就克服了传统上的所有不足。

4 结束语

中央空调水系统水泵扬程流量与空调管路系统阻力流量匹配系统，利用进出水压差和变频器控制水泵转速以调节单台水泵满足多台主机流量扬程匹配；解决了开启部分水泵而系统阻力过小扬程过大问题；解决了多泵并联效率下降的问题，解决了系统流量阻力与水泵扬程流量不能匹配的问题；一台水泵满足多台主机流量需求，设备投资减少，节省了投资；水泵的转速可以依据需求由控制器进行调整，有效解决了水泵能耗过高的问题。本技术未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。