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摘要：随着当前公共建筑体积和功能的不断发展，大型建筑中室内环境质量对中央空调依赖越来越明显。空调水系统能耗在建筑能耗中占有很大的比重，然而由于空调系统设计是按最不利负荷环境来设计的，空调系统有 90%以上的时间是在部分负荷率的工况下运行的，因此以建筑动态负荷为依据，对已有空调水系统进行变流量节能改造是目前建筑节能研究领域的重要方向。
关键词：变流量系统；冷冻水系统；节能措施
引言
按照有关数据，我国每年需要消耗非常大的电能，总数额比发达国家高1768.3 亿kW·h 左右，我国单一产值的能耗远远高于全球平均值。通过这些数据不难看出， 我国公司还没有达到大的节能空间。根据初步估算，我国节能的潜力大约为300 亿元/年，其中大约50%的来自于空调节能。因此，我们有必要加大对于空调的节能措施的研究。
一、变流量系统对冷冻水系统性能的影响
空调冷水机组常用的有活塞式、螺杆式、离心式等压缩式冷水机组及溴化锂吸收式制冷机组。根据冷凝器的冷却介质不同，还将压缩式冷水机组分为风冷式和水冷式两种。且活塞式、螺杆式和溴化锂吸收式制冷机又分冷水机组和冷热水机组两种。另外，随着涡旋式压缩机的广泛应用，出现了涡旋式冷水机组。在诸多冷水机组中，选用合适的冷水机组可以使得设计方案得以优化，运行管理科学合理。在选用冷水机组中，应了解目前各种冷水机组的型式及其特点，从各方面综合考虑。
不同类型的冷水机组的部分负荷性能不同，冷水机组的部分负荷特性一般用部分负荷工况下的输入功率和制冷量两个参数来评价。图1是三类冷水机组的性能参数数据绘出的三条部分负荷性能曲线，假设三种机型 100%负荷工况下的负荷/功率百分比为 1，则由图1可以见，螺杆机组在整个部分负荷段的 COP 都要高于 100%负荷工况（>1），而涡旋机组在全部部分负荷段的 COP 均要低于 100%负荷工况（<1），离心机组在 40%负荷以下的 COP低于 100%负荷工况，50%-100%负荷段区间的机组 COP 则要高于 100%负荷工况。
图1 部分负荷/功率百分比曲线
二、冷冻水变流量控制方法比较分析
（一）、定压差控制法
压差控制法是一种比较常见的控制方式，根据压差采样点的不同又可以分为供回水干管定压差控制和末端定压差控制两种：
供回水干管定压差控制即压差传感器设在供回水干管间（通常设在泵房的分水器与集水器之间）。部分负荷下，室内温度传感器根据室内温度的变化减小二通阀的开度，减少进入用户侧的水量和冷量，供回水干管间压差传感器感受到这一变化，通过变送器将偏差送至变频控制器，控制器按预先设定的算法计算出输出偏差，并产生输出信号控制冷冻水泵电机的频率降低，从而通过冷冻水泵流量的降低使供回水干管间压差降低，回到设定值。
末端定压差控制保证末端最不利环路设备的压差，从而满足其流量要求，同时也使其他环路设备的冷水量达到要求。由于恒压过程中阀门的自主调节，管路的特性曲线是随机变化的，并且流量不断重新分配。为了保证系统的正常运行，末端定压差控制方式的压差设定值一般取设计工况下最不利环路的压差值。这种做法无论工况怎样变化都能保证最不利环路设备的正常工作，因为最不利环路是最容易发生水利失调的部位，最不利环路保证了，其他之路也相应得到了保证。
（二）、温差控制法
温差控制法主要是用供回水干管上的供回水温差作为控制器的采样输入信号，控制器将该输入信号与内部的设定值进行比较，得出需要的输出信号来控制冷冻水泵的转速，使冷冻水的流量满足空调负荷变化的要求。
温差控制的温度采样点离负荷变化点有一定的距离，冷冻水在流动过程中容易受到环境温度等外扰的影响，且需要冷冻水经过一个循环周期后，其温度变化才能反映出来，因此温差控制具有一定的延迟性。当负荷变化发生在不同区域的用户端时，供回水温差上是反映不出不同用户端的负荷差别，温差控制方法虽然能在一定程度上稳定系统总的供回水温差，但不能根据负荷变化准确地分配各末端用户所需要的冷冻水量并为用户提供适当的水压，因此稳定性和可靠性都不如压差控制方式。因此，温差控制适用于带有旁通管或冷冻水温差随负荷有较明显变化的空调冷冻水泵变频系统。
（三）、流量控制法
流量控制是通过检测系统用户端实际冷冻水流量的大小，来调节冷冻水泵提供的流量的控制方式。如果仅仅从流量的角度而言，这种方法是可行的，但空调系统不仅对冷冻水的流量有要求，而且对提供的水压有较为严格的要求，对于末端支路较多的复杂水系统，仅控制流量难以保证不同支路间的压差的要求。因此，目前这种控制方式在国内冷冻水变频控制中很少采用。
（四）、变设定压差值控制
变设定压差值控制是在多个末端支路上设置压差传感器，通过 DDC 数字控制器不断检测冷冻水管路中的压差，同时检测各支路上二通阀的开度或流量以判断负荷的分布，以此来控制变频泵的运行。
三、节能分析
下面以工程实例的方式分析具体的节能措施：
（一）、概况
某大楼建筑规模为：地下一层，地上十一层，主要功能：地下一层为汽车库、设备用房以及六级人防，地上均为办公。大楼全部设集中空调，冬季送热风，夏季送冷风，室内计算温度冬季18℃，夏季25℃。
该空调系统的冷冻水系统为冷水侧变频变流量一次泵系统，冷水循环泵采用恒定供回水总管压差控制变频，系统在集、分水器之间设有旁通管，旁通管上设有旁通电动调节阀，系统中还装有电磁流量计，流量计与旁通阀连锁，以保证制冷机组的最小安全流量。另在各层供水干管上设电动调节阀，回水干管上设自力式流量平衡阀。这种系统可以改变进入冷水机组的流量，使通过冷水机组的流量在一定程度上随着负荷侧所需的流量变化而变化。
（二）、能耗分析
能耗分析通过冷冻水泵的能耗分析，可以发现一次泵变流量系统的节能效果十分明显，将其与一次泵定流量系统进行性能比较发现，一次泵变流量系统中的旁通管能够保证冷水机组不低于最小流量启动运行，而一次泵定流量系统当中的旁通管其作用只是保证流量恒定。通过数据可以发现在保证了室内用房最基本的温度需求的情况下冷水系统最小流量大于6 0 %的情况下采用冷冻水泵的变频式运行节能效果十分明显。
结束语
本文通过研究了变流量系统对冷冻水系统性能的影响以及冷冻水变流量控制方法，并通过实例阐述了其节能控制的方法，希望可以对业界相关人士有所帮助。
参考文献
[1]陈涛， 王海桥， 张登春，等.空调变流量水系统水泵变频运行效率分析[J] . 湘潭师范学院学报（自然科学版），2010，17（1）：199.
[2]王烈准，陈梅.基于PLC、变频器和触摸屏的中央空调节能改造[J].黄山学院学报，2013，15（5）：23～27.
[3]黄文厚，李娥飞，潘云钢.一次泵系统冷水机组变流量控制方案[J].暖通空调.2004，34（4）：65-69
关键词：变流量系统；冷冻水系统；节能措施
引言
按照有关数据，我国每年需要消耗非常大的电能，总数额比发达国家高1768.3 亿kW·h 左右，我国单一产值的能耗远远高于全球平均值。通过这些数据不难看出， 我国公司还没有达到大的节能空间。根据初步估算，我国节能的潜力大约为300 亿元/年，其中大约50%的来自于空调节能。因此，我们有必要加大对于空调的节能措施的研究。
一、变流量系统对冷冻水系统性能的影响
空调冷水机组常用的有活塞式、螺杆式、离心式等压缩式冷水机组及溴化锂吸收式制冷机组。根据冷凝器的冷却介质不同，还将压缩式冷水机组分为风冷式和水冷式两种。且活塞式、螺杆式和溴化锂吸收式制冷机又分冷水机组和冷热水机组两种。另外，随着涡旋式压缩机的广泛应用，出现了涡旋式冷水机组。在诸多冷水机组中，选用合适的冷水机组可以使得设计方案得以优化，运行管理科学合理。在选用冷水机组中，应了解目前各种冷水机组的型式及其特点，从各方面综合考虑。
不同类型的冷水机组的部分负荷性能不同，冷水机组的部分负荷特性一般用部分负荷工况下的输入功率和制冷量两个参数来评价。图1是三类冷水机组的性能参数数据绘出的三条部分负荷性能曲线，假设三种机型 100%负荷工况下的负荷/功率百分比为 1，则由图1可以见，螺杆机组在整个部分负荷段的 COP 都要高于 100%负荷工况（>1），而涡旋机组在全部部分负荷段的 COP 均要低于 100%负荷工况（<1），离心机组在 40%负荷以下的 COP低于 100%负荷工况，50%-100%负荷段区间的机组 COP 则要高于 100%负荷工况。
图1 部分负荷/功率百分比曲线
二、冷冻水变流量控制方法比较分析
（一）、定压差控制法
压差控制法是一种比较常见的控制方式，根据压差采样点的不同又可以分为供回水干管定压差控制和末端定压差控制两种：
供回水干管定压差控制即压差传感器设在供回水干管间（通常设在泵房的分水器与集水器之间）。部分负荷下，室内温度传感器根据室内温度的变化减小二通阀的开度，减少进入用户侧的水量和冷量，供回水干管间压差传感器感受到这一变化，通过变送器将偏差送至变频控制器，控制器按预先设定的算法计算出输出偏差，并产生输出信号控制冷冻水泵电机的频率降低，从而通过冷冻水泵流量的降低使供回水干管间压差降低，回到设定值。
末端定压差控制保证末端最不利环路设备的压差，从而满足其流量要求，同时也使其他环路设备的冷水量达到要求。由于恒压过程中阀门的自主调节，管路的特性曲线是随机变化的，并且流量不断重新分配。为了保证系统的正常运行，末端定压差控制方式的压差设定值一般取设计工况下最不利环路的压差值。这种做法无论工况怎样变化都能保证最不利环路设备的正常工作，因为最不利环路是最容易发生水利失调的部位，最不利环路保证了，其他之路也相应得到了保证。
（二）、温差控制法
温差控制法主要是用供回水干管上的供回水温差作为控制器的采样输入信号，控制器将该输入信号与内部的设定值进行比较，得出需要的输出信号来控制冷冻水泵的转速，使冷冻水的流量满足空调负荷变化的要求。
温差控制的温度采样点离负荷变化点有一定的距离，冷冻水在流动过程中容易受到环境温度等外扰的影响，且需要冷冻水经过一个循环周期后，其温度变化才能反映出来，因此温差控制具有一定的延迟性。当负荷变化发生在不同区域的用户端时，供回水温差上是反映不出不同用户端的负荷差别，温差控制方法虽然能在一定程度上稳定系统总的供回水温差，但不能根据负荷变化准确地分配各末端用户所需要的冷冻水量并为用户提供适当的水压，因此稳定性和可靠性都不如压差控制方式。因此，温差控制适用于带有旁通管或冷冻水温差随负荷有较明显变化的空调冷冻水泵变频系统。
（三）、流量控制法
流量控制是通过检测系统用户端实际冷冻水流量的大小，来调节冷冻水泵提供的流量的控制方式。如果仅仅从流量的角度而言，这种方法是可行的，但空调系统不仅对冷冻水的流量有要求，而且对提供的水压有较为严格的要求，对于末端支路较多的复杂水系统，仅控制流量难以保证不同支路间的压差的要求。因此，目前这种控制方式在国内冷冻水变频控制中很少采用。
（四）、变设定压差值控制
变设定压差值控制是在多个末端支路上设置压差传感器，通过 DDC 数字控制器不断检测冷冻水管路中的压差，同时检测各支路上二通阀的开度或流量以判断负荷的分布，以此来控制变频泵的运行。
三、节能分析
下面以工程实例的方式分析具体的节能措施：
（一）、概况
某大楼建筑规模为：地下一层，地上十一层，主要功能：地下一层为汽车库、设备用房以及六级人防，地上均为办公。大楼全部设集中空调，冬季送热风，夏季送冷风，室内计算温度冬季18℃，夏季25℃。
该空调系统的冷冻水系统为冷水侧变频变流量一次泵系统，冷水循环泵采用恒定供回水总管压差控制变频，系统在集、分水器之间设有旁通管，旁通管上设有旁通电动调节阀，系统中还装有电磁流量计，流量计与旁通阀连锁，以保证制冷机组的最小安全流量。另在各层供水干管上设电动调节阀，回水干管上设自力式流量平衡阀。这种系统可以改变进入冷水机组的流量，使通过冷水机组的流量在一定程度上随着负荷侧所需的流量变化而变化。
（二）、能耗分析
能耗分析通过冷冻水泵的能耗分析，可以发现一次泵变流量系统的节能效果十分明显，将其与一次泵定流量系统进行性能比较发现，一次泵变流量系统中的旁通管能够保证冷水机组不低于最小流量启动运行，而一次泵定流量系统当中的旁通管其作用只是保证流量恒定。通过数据可以发现在保证了室内用房最基本的温度需求的情况下冷水系统最小流量大于6 0 %的情况下采用冷冻水泵的变频式运行节能效果十分明显。
结束语
本文通过研究了变流量系统对冷冻水系统性能的影响以及冷冻水变流量控制方法，并通过实例阐述了其节能控制的方法，希望可以对业界相关人士有所帮助。
参考文献
[1]陈涛， 王海桥， 张登春，等.空调变流量水系统水泵变频运行效率分析[J] . 湘潭师范学院学报（自然科学版），2010，17（1）：199.
[2]王烈准，陈梅.基于PLC、变频器和触摸屏的中央空调节能改造[J].黄山学院学报，2013，15（5）：23～27.
[3]黄文厚，李娥飞，潘云钢.一次泵系统冷水机组变流量控制方案[J].暖通空调.2004，34（4）：65-69