二次泵系统旁通管逆向混水的原因分析1.docVIP

二级泵系统中逆向混水现象的 模拟分析和解决方案 清华大学建筑节能研究中心 韩福桂 姜子炎 王福林 摘要：逆向混水是二级泵系统中的常见问题。逆向混水使得二次侧供水温度上升，末端制冷能力下降，水泵能耗的大幅增加等。本文用仿真软件再现逆向混水的形成和发展过程，在此基础上探讨逆向混水产生的条件，以及冷冻泵控制和末端调节对逆向混水的影响，说明“制冷量不足”是逆向混水问题产生的根本原因。针对问题产生的原因，给出解决方案。 关键词：二级泵系统、逆向混水、仿真分析 1 概述 在二级泵系统中，如果末端对冷冻水流量需求小于冷机侧冷冻水流量需求，在一次泵不变频、二次泵变频的系统中，通过调节二次泵转速可以减小二次水流量，从而降低水泵能耗。这是采用二次泵系统的初衷。这时，旁通管中的水流方向为从供水管到回水管。 然而，在一些工程的实际运行过程中，旁通管中的水流方向为从回水管到供水管，如图1所示。这种情况下，一次供水和二次侧回水混合，使得二次侧供水温度升高，进一步导致末端设备制冷能力下降，从而使得末端供冷不足，或二次水流量增加，二次泵能耗增加。这与二级泵系统的设计初衷相反。 本文将旁通管中水流方向从回水管流向供水管的现象称为“逆向混水”。逆向混水普遍存在于二级泵系统中[1][2][3]，并导致二次水泵能耗增加，冷机效率降低等，严重影响了系统的高效运行[4]。然而，又并非所有的二级泵系统必然出现逆向混水。那么，什么是导致逆向混水的原因？怎么在实际工程中避免逆向混水？本文用仿真的方法再现逆向混水的形成和发展过程，在此基础上探讨逆向混水产生的条件，以及冷冻泵控制和末端调节对逆向混水的影响，最后给出解决方案和建议。 2 实际系统中的逆向混水现象 作者对实际工程中发生的逆向混水现象进行了测试和记录。下面是两个不同的二级泵系统中发生的逆向混水的典型例子。 例一：系统启动过程发生逆向混水的例子 图2是一个商场的空调系统在某个夏季典型天的启动过程运行记录。该商场在早8点开始营业。运行工人每天7：15启动空调系统，按照“一机对一泵”的原则手动启停冷机和一次泵；控制系统自动调节二次台数和转速，满足末端压差设定值要求。图中显示，在7：15开机后至8：40，存在逆向混水现象；直到第三台冷机的开启，逆向混水现象才逐渐消失。从监测到的系统制冷量来看，当开启一台或两台冷机时，系统制冷量接近单台和两台冷机的额定制冷量。 例二：系统运行过程发生逆向混水的例子 图3是另一个二级泵系统在某个夏季典型天的运行过程记录。系统单台冷机额定制冷量为6650kW。运行过程中冷机开启台数如图中下部台阶形曲线所示。该系统的水泵、冷机运行策略为：一次泵按照“一机对一泵”的原则手动启停；自动调节二次台数和转速，满足末端压差设定值要求；保证二次侧供水温度不超过8℃，当监测到二次侧供水温度较高时，增开一台冷机。从图中可以看到，在上午10：00~11：00，傍晚19：00以后，该系统存在大量逆向混水。由于逆向混水的存在，以当天11：00时刻的记录为例，A/B/C/D四个支路的供水温度都达到10℃以上。在11：30增开一台冷机后，二次侧供水温度下降到7℃附近，逆向混水量基本消失；在19：00关闭一台冷机后，逆向混水再次明显增加。从监测到的系统制冷量来看，无论开1台或两台冷机，总制冷量都远小于冷机的额定制冷量。 3 系统开启过程中逆向混水现象分析 由于现场测试、记录条件的限制，实测数据往往不能全面的记录制冷量、冷机启停台数水泵台数和转速、末端设备调节状态、末端室温控制效果等参数的变化过程。为了深入分析混水现象出现的原因，本文采用仿真的方法，建立二级泵系统的模型，通过改变末端调节方式、冷站调节方式等，再现与实际系统中类似逆向混水现象。通过分析被再现的逆向混水形成过程中，负荷、制冷量、末端和冷站调节方式、室内温度控制效果等相关因素的变化和联系，总结出逆向混水现象的形成原因。 作者利用Simulink仿真软件建立了二级泵系统的模型。模型中的二级泵系统有3台冷机、3台一次泵、4台二次泵；末端有20个换热盘管，盘管水阀的调节方式可以是通断调节或连续调节，在模型中可更改；末端风机定风量；20个房间的负荷可以分别更改。管网拓扑结构如图1所示。 图4是仿照例一再现的系统启动过程的逆向混水现象。作者曾测量过例一的空调水系统，清晨空调系统启动前，冷冻水系统中水温在17℃左右。因此仿真时，设定系统中水温初值为17℃。仿照例一建筑中清晨系统启动过程中负荷的变化，在仿真过程中设定末端负荷的变化为0时刻设定末端负荷742kW；4200s设定负荷为2132.2kW。逆向混水量、冷机开启台数、制冷量，二次泵台数、转速的自动控制结果，冷机出口水温、二次侧供水温度的变化如图4所示。可以看到，图4中逆向混水和冷机开启台数的变化曲线与图2基本相同。 图4 仿真