酒店空调冷冻水系统形式对比分析

张占超

奥雅纳工程咨询（上海）有限公司北京分公司

摘要：本文介绍了现在主流空调水系统一次泵定流量、变流量空调水系统、二次泵空调水系统的工作原理、组成、优缺点及适用性。并结合冷机运行特点对几种空调水系统形式设计要点进行了比较。最后根据酒店项目冷机及水泵配置，对酒店空调冷冻水系统选择进行分析比较。

关键词：一次泵；二次泵；冷机；变流量

一、工程概况

西安某五星酒店位于西安市曲江新区，酒店总建筑面积：86580平方米。酒店部分地上建筑面积：57021平方米。酒店地下部分共计二层，建筑面积：29559平方米。酒店共计22层，建筑高度：90.7米，顶层设有总套包房及行政酒廊；裙房部分设计为4层，配有餐厅、宴会厅、会议室、洗浴中心及室内游泳池、健身房等设施。项目冷负荷计算结果为3005RT，设置3台1100RT的离心式冷冻机组。

二、系统介绍

1、一次泵定流量系统

（1）系统组成

一次泵定流量水系统是指冷源侧与负荷侧合用一套定频循环水泵。

一次泵定流量系统中水泵定流量运行，与机组联动，当加载一台冷水机组时，其对应的冷冻水泵首先启动，减载冷机时，先关闭机组，然后关闭水泵。末端设备前安装电动两通调节阀，系统干管供回水间设置连通管并安装压差旁通阀，用来平衡主机侧与末端侧的水量。

（2）冷水机组加减机方式

机组的加减机控制通常是通过控制供水温度和旁通水量来实现的。当供水温度高于设定温度运行10～15min，就会启动另一台冷水机组，当旁通水量达到单台机组设计流量的110%～120%，并持续运行10～15min，系统则减载一台机组。

2、一次泵变流量系统

（1）系统组成

一次泵定流量水系统是指冷源侧与负荷侧合用一套变频循环水泵。

一次泵变流量系统跟一次泵定流量系统相比，其水泵为变频水泵，其回水干管亦设置压差控制阀，但其设置目的是当负荷侧的流量小于单台冷机的最小允许流量时进行调解，保证冷机正常运转，水系统末端同样设置电动两通调节阀，水泵的转速根据系统最远端压差变化进行调解。

（2）冷水机组加减机方式

在启动另一台制冷主机之前，应让正在工作的制冷机组几乎满负荷运行。当所监测的蒸发器出水温度超过了设定值的允许偏差上限，或其水流量超过了该机组所允许的最大流量时，才启动另一台冷水机组运行，通常做法是以压缩机运行电流为依据，，若机组运行电流占额定电流的百分比大于设定值（如90%），并且这种状态持续10～15min，则开启另一台冷机。当机组运行电流低于某一设定值（如40%），且这种状态持续10～15min，系统则减载一台机组。

3、二次泵系统

（1）系统组成

二次泵是指冷、热源侧与负荷侧分成两个环路，冷源侧配置定流量循环泵即一次泵，负荷侧配置变频泵即二次泵。

在冷冻水二次泵变流量系统中，二次泵负责将冷冻水分配给用户，一次泵满足冷源侧回路的流量恒定。二次泵变流量系统中一次泵的位置与一次泵变流量系统中水泵位置相同，采用水泵与冷机一一对应的形式，水泵和冷机联动控制。在空调末端，冷却盘管回水管路安装电动两通阀，使二次水系统在负荷变化时可以进行变流量调节。通常二次泵根据系统最不利环路的末端压差变化，进行水泵变频调节来保持设定的压差值。系统中连通管起到平衡一次和二次水系统水量的作用。当末端负荷增大时，回水经连通管流向供水总管；当末端水流量减小时，供水经连通管流向回水总管。连通管是一二次水泵扬程的分界线。

（2）冷水机组加减机方式

在二次泵变流量系统种，通常冷水机组的加机方式有以下两种方式：

o以压缩极运行电流为依据：如果机组运行电流与额定电流的百分比大于设定值（如90%），并且维持10～15min，则需开启另一台冷机；

o已空调负荷为依据：测量负荷侧的流量和供、回水温差，计算空调负荷。若空调负荷大于冷水机组提供的负荷，且此状态持续10～15min，则需开启另一台冷机；

通常冷水机组减机方式有如下两种方式：

o当连通管内的冷水从供水管流向回水总管，并且流量达到单台冷水机组设计流量的110%～120%，且这种状态持续10～15min，则关闭一台冷机；

o以空调负荷为依据：测量负荷侧的流量和供回水温差，计算空调负荷；如果减少一台冷水机组后，剩余机组提供的最大负荷满足空调负荷要求，且此状态持续10～15min，则关闭一台冷水机组。

三、能耗分析比较

针对本项目，项目冷负荷计算结果为3005RT，因业主考虑后期维护及维修，要求设备型号统一，故设置3台1100RT的离心式冷冻机组，单台冷机耗电量774KW。现按一次泵定流量、一次泵变流量、二次泵系统进行如下水泵选型：

根据水泵的运行特性：

转速与能耗关系：

可以看出：如果水泵转速衰减到50%，则耗电：N1=0.针对本项目，二次泵在部分负荷时冷机和水泵的总能耗低于一次泵变流量。参照文献[3]针对一二次泵，水泵能耗占整个空调系统的能耗在20%左右达到临界值，若泵耗比例高于20%，则一次泵变流量更节能，若泵耗比例低于20%，采用一次泵定流量、二次泵变流量的系统节能空间更大。本项目水泵能耗占冷机与水泵总能耗的比例为15.7%，与该结果也一致。

四、结论

一次泵定流量系统具有系统简单，初投资低；运行安全可靠，不存在蒸发器结冻的危险，但其不能适应末端负荷变化的情况；在绝大部分运行时间内，系统处于大流量、小温差的状态，节能效果差。一次泵变流量系统在水泵功耗较大的情况下，可有效减少水泵能耗，更好适应负荷变化，但系统水流量变化会造成制冷机组效率降低，系统相对复杂，控制不当存在蒸发器冻结危险。二次泵系统则结合了两种系统优点，能根据负荷侧变化调节水流量，冷源侧蒸发器流量不变，能防止蒸发器冻结，并能确保冷机出水温度稳定，不会因流量变化影响冷机效率，虽然存在控制复杂，投资较高的问题，但针对本项目情况，二次泵节能效果更明显，所以也建议本项目应采用二次泵空调水系统。

参考文献：

[1]凯宾斯基-中国饭店：经营方标准技术要求——机械、电气和水利设施

[2]陆耀庆，实用供热空调设计手册（第二版）中国建筑工业出版社，12.1.2节，页码1175

[3]孟彬彬，朱颖心，林波荣，部分负荷下一次泵水系统变流量性能研究，暖通空调，2002，第6期