CN105257503A - 空调系统用相同扬程相同流量组合式水泵结构及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及空调系统用相同扬程相同流量组合式水泵结构及控制方法,其特征在于:在空调系统的制冷末端输入口设置全天候节能型水泵结构,所述全天候节能型水泵结构由若干条供水回路并联组成,各条供水回路由一变频式水泵和一冷水机组串联组成,各供水回路的变频水泵具有相同的扬程结构及相同的流量结构,形成具有多台相同扬程、相同流量的变频水泵并联连接结构;所述变频水泵并联连接结构的控制端连接有控制结构,通过该控制结构控制各变频水泵工作在高效区范围内,以构成全天候节能型水泵结构。在全年运行不同工况下,保证变频水泵在全年大部分时间内,处于高效运行状态。本发明能够解决现有技术低效率、高能耗运行的问题,具有水泵运行稳定、效率高、能耗低和运行费用低等有益效果。

Description

空调系统用相同扬程相同流量组合式水泵结构及控制方法
技术领域
本发明涉及一种空调系统水泵的控制方法,特别是涉及一种空调系统用相同扬程相同流量组合式水泵结构及控制方法。属于暖通空调技术领域。
背景技术
建筑物空调系统中,空调水泵结构的能耗占空调系统能耗的20%左右,水泵结构的节能运行关乎整个空调系统的节能率。为此要对空调水泵进行结构选型及结构布置。而空调水泵的结构选型及结构布置,主要是根据设计工况下,水泵结构所负责的管网的流量及扬程考虑。
空调系统在全年运行时,由于空调末端所需水量在不同季节是变化的,如果不对空调系统的水泵供水进行调节和控制,将会造成能量浪费。现有技术中,还没有出现供水量随着空调末端的用水量变化而变化的水泵结构,也没有出现对空调系统的供水泵的节能控制方法。因此,现有技术的空调系统存在低效率、高能耗的问题。
因此,需要设计一种空调系统的全天候节能型水泵结构及控制方法
发明内容
本发明的目的之一,是为了解决现有技术的空调系统中,全年运行时冷却机组与水泵长时间处于不稳定、低效率、高能耗运行的状态,造成巨大能耗的问题;提供一种空调系统用相同扬程相同流量组合式水泵结构。
本发明的目的之二,是为了解决现有技术的空调系统中,全年运行时冷却机组与水泵长时间处于不稳定、低效率、高能耗运行的状态,造成巨大能耗的问题;提供一种空调系统用相同扬程相同流量组合式水泵结构的控制方法。
本发明的目的之一可以通过采取如下技术方案达到:
空调系统用相同扬程相同流量组合式水泵结构,其结构特点在于:在空调系统的制冷末端输入口设置全天候节能型水泵结构,所述全天候节能型水泵结构由若干条供水回路并联组成,各条供水回路由一变频式水泵和一冷水机组串联组成,各供水回路的变频水泵具有相同的扬程结构及相同的流量结构,各供水回路的冷水机组为相同冷量、蒸发器阻力相等的机组,形成具有多台相同扬程、相同流量的变频水泵并联连接结构;所述变频水泵并联连接结构的控制端连接有控制结构,通过该控制结构控制各变频水泵工作在高效区范围内,以构成多台相同扬程相同流量变频水泵并联构成的全天候节能型水泵结构。
本发明的目的之一还可以通过采取如下技术方案达到:
进一步地,所述变频水泵工作在高效区范围,是指各变频水泵工作在设定水泵效率≥水泵设计工况最高效率的85%的工况。
进一步地,所述全天候节能型水泵结构由四条供水回路并联组成,每条供水回路由一变频式水泵和一冷水机组串联组成。
本发明的目的之二可以通过采取如下技术方案达到:
空调系统用相同扬程相同流量组合式水泵结构的控制方法,其特征在于:
1)设置多台相同扬程相同流量变频水泵并联构成的全天候节能型水泵结构,在流量Q、扬程H的平面座标系中,确定空调系统的管网特性曲线R-HQ,水泵扬程-流量特性曲线H-Q,水泵效率-流量曲线η-Q,设计工况点a对应的扬程和流量为设计扬程和设计流量;
2)设定在水泵效率≥水泵设计工况最高效率的85%时为水泵高效区,控制全天候节能型水泵结构的变频水泵保持在高效区运行,变频水泵的效率保持在水泵效率-流量曲线η-Q中对应的ηa-ηc之间,同时将所述水泵的运行流量控制在水泵扬程-流量特性曲线H-Q中对应的Qc-Qa之间,以保证所述变频水泵在高效区运行;
3)全年运行不同工况下,当所有并联变频水泵调整至高效运行区的最小流量,并联水泵所提供的总水量仍大于空调末端系统所需水量时,通过台数控制,减少水泵的运行台数,使剩余工作各台变频水泵的运行流量位于水泵高效区流量范围内,当工作的变频水泵为一台时,允许水泵在更小流量是低效率运行,以保证变频水泵在全年大部分时间内,处于高效运行状态。
本发明的目的之二还可以通过采取如下技术方案达到:
进一步地,在流量Q、扬程H的平面座标系中包括H-Q-n1、H-Q-n2、H-Q-n3和H-Q-n4四条管网特性曲线,其中H-Q-n1设计转速下的水泵扬程-流量特性曲线,H-Q-n2、H-Q-n3和H-Q-n4为不同负载转速下的水泵扬程-流量特性曲线,n1为工频下转速,n2、n3、n4为部分负荷变频工况下转速;η-Q为水泵效率-流量曲线,a点为设计工况点,对应的扬程和流量为设计扬程和设计流量,对应的水泵效率为最高效率;当实际运行时,流量小于等于设计流量,保持管网特性不变,通过变频调节,将水泵转速降低,满足实际水量需求,水泵转速n4<n3<n2<n1,对应的运行状态点分别为d、c、b、a点,对应的流量、扬程、效率为:Qd<Qc<Qb<Qa,Hd<Hc<Hb<Ha,ηd<ηc<ηb<ηa,其中ηc=0.85ηa。
本发明具有如下突出的有益效果:
1、本发明涉及的空调系统用相同扬程相同流量组合式水泵结构,在空调系统的制冷末端输入口设置全天候节能型水泵结构,所述全天候节能型水泵结构由若干条供水回路并联组成,各条供水回路由一变频式水泵和一冷水机组串联组成,各供水回路的变频水泵具有相同的扬程结构及相同的流量结构,各供水回路的冷水机组为相同冷量、蒸发器阻力相等的机组,形成具有多台相同扬程、相同流量的变频水泵并联连接结构;所述变频水泵并联连接结构的控制端连接有控制结构,通过该控制结构控制各变频水泵工作在高效区范围内,以构成多台相同扬程相同流量变频水泵并联构成的全天候节能型水泵结构;因此,能够解决现有技术的空调系统中,全年运行时冷却机组与水泵长时间处于不稳定、低效率、高能耗运行的状态,造成巨大能耗的问题,具有全天候节能运行、水泵运行稳定、效率高、能耗低和运行费用低等有益效果。
2、本发明涉及的空调系统的空调系统用相同扬程相同流量组合式水泵结构的控制方法,通过分析水泵特性曲线,找出水泵高效运行区,及其对应的水泵流量范围,结合水泵变频控制以及台数控制,并在保证各水泵并联管路两段压差相等情况下,可使得水泵在全年大部分时间内均位于高效区运行,因此,能够解决现有技术的空调系统中,全年运行时冷却机组与水泵长时间处于不稳定、低效率、高能耗运行的状态,造成巨大能耗的问题,具有全天候节能运行、水泵运行稳定、效率高、能耗低和运行费用低等有益效果。
附图说明
图1是本发明具体实施例空调系统中水泵与冷水机布置方式示意图。
图2是本发明具体实施例管网特性曲线、流量特性曲线、效率-流量曲线图。
图3是本发明具体实施例不同工况点时对应的水泵流量、扬程、效率、转速曲线图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述:
具体实施例1:
参照图1,本实施例涉及的空调系统的全天候节能型水泵结构,在空调系统的制冷末端输入口设置全天候节能型水泵结构,所述全天候节能型水泵结构由若干条供水回路并联组成,各条供水回路由一变频式水泵和一冷水机组串联组成,各供水回路的变频水泵具有相同的扬程结构及相同的流量结构,各供水回路的冷水机组为相同冷量、蒸发器阻力相等的机组,形成具有多台相同扬程、相同流量的变频水泵并联连接结构;所述变频水泵并联连接结构的控制端连接有控制结构,通过该控制结构控制各变频水泵工作在高效区范围内,以构成多台相同扬程相同流量变频水泵并联构成的全天候节能型水泵结构。
所述变频水泵工作在高效区范围,是指各变频水泵工作在设定水泵效率≥水泵设计工况最高效率的85%的工况。
所述全天候节能型水泵结构由四条供水回路并联组成,每条供水回路由一变频式水泵和一冷水机组串联组成。
参照图1,冷水机组1、2··均为相同机组,与各冷水机组串联的各变频水泵为相同流量和扬程的变频水泵。通过查询水泵特性曲线,确定水泵高效运行对应的流量范围,确定水泵变频控制调节的流量范围,在全年工况下,根据空调负荷变化情况,优先控制水泵流量在高效运行范围内,当不能满足要求时,再控制水泵台数,实现空调水系统的高效运行。
参照图2、图3,本实施例涉及的空调系统的全天候节能型水泵结构的控制方法,其特征在于:1)设置多台相同扬程相同流量变频水泵并联构成的全天候节能型水泵结构,在流量Q、扬程H的平面座标系中,确定空调系统的管网特性曲线R-HQ,水泵扬程-流量特性曲线H-Q,水泵效率-流量曲线η-Q,设计工况点a对应的扬程和流量为设计扬程和设计流量;2)设定在水泵效率≥水泵设计工况最高效率的85%时为水泵高效区,控制全天候节能型水泵结构的变频水泵保持在高效区运行,变频水泵的效率保持在水泵效率-流量曲线η-Q中对应的ηa-ηc之间,同时将所述水泵的运行流量控制在水泵扬程-流量特性曲线H-Q中对应的Qc-Qa之间,以保证所述变频水泵在高效区运行;3)全年运行不同工况下,当所有并联变频水泵调整至高效运行区的最小流量,并联水泵所提供的总水量仍大于空调末端系统所需水量时,通过台数控制,减少水泵的运行台数,使剩余工作各台变频水泵的运行流量位于水泵高效区流量范围内,当工作的变频水泵为一台时,允许水泵在更小流量是低效率运行,以保证变频水泵在全年大部分时间内,处于高效运行状态。
进一步地,在流量Q、扬程H的平面座标系中,包括H-Q-n1、H-Q-n2、H-Q-n3和H-Q-n4四条管网特性曲线,其中H-Q-n1设计转速下的水泵扬程-流量特性曲线,H-Q-n2、H-Q-n3和H-Q-n4为不同负载转速下的水泵扬程-流量特性曲线,n1为工频下转速,n2、n3、n4为部分负荷变频工况下转速;η-Q为水泵效率-流量曲线,a点为设计工况点,对应的扬程和流量为设计扬程和设计流量,对应的水泵效率为最高效率;当实际运行时,流量小于等于设计流量,保持管网特性不变,通过变频调节,将水泵转速降低,满足实际水量需求,水泵转速n4<n3<n2<n1,对应的运行状态点分别为d、c、b、a点,对应的流量、扬程、效率为:Qd<Qc<Qb<Qa,Hd<Hc<Hb<Ha,ηd<ηc<ηb<ηa,其中ηc=0.85ηa。
本实施例在实际应用中,空调水系统为多台水泵并联,空调系统采用水泵、主机一对一连接,其中水泵1、水泵2··为相同扬程、相同流量的水泵。为了保证系统高效运行,每台水泵在高效区运行,保证每台水泵的流量在图1中的Qc-Qa之间。
当实际运行时,流量将会小于等于设计流量,从η-Q曲线看,此时,水泵的效率将下降,水泵的功率将增大,水泵能耗将增大。
冷水机组为相同冷量,其内部的蒸发器阻力相同的机组,对应水泵为相同流量相同扬程的变频水泵;通过查询水泵扬程-流量特性曲线与管网特性曲线之间交点对应水泵效率-流量特性曲线的最高效设计工况点,通过设计工况点确定水泵高效运行对应的流量范围,确定水泵变频控制调节的流量范围,将水泵调整至高效运行区的最小流量。
当并联水泵所提供的总水量仍大于空调末端系统所需水量时,保证每组水泵与冷水机组两端之间的压差需相等,优先控制水泵流量在高效运行范围内,当并联水泵所提供的总水量仍大于空调末端系统所需水量时,通过台数控制,减少水泵的运行台数,使剩余工作各台水泵的运行流量位于水泵高效区流量范围内;当水泵只有1台时,直接控制单个水泵的流量。
考虑不同转速下η-Q曲线会有变化,在转速变化不大情况下,按近似不变考虑。
本发明通过查询变频水泵的特性曲线,确定水泵高效运行对应的流量范围,确定水泵变频控制调节的流量范围,配合相同冷量、蒸发器阻力相等的冷却机组,根据空调末端所需水量进行开关水泵或者控制水泵流量的方式使水泵长时间处于高效运行的多台相同扬程、相同流量变频水泵并联高效运行的控制方法。
冷水机组均为相同冷量,其内部的蒸发器阻力相同的机组,对应水泵相同流量,相同扬程;通过查询水泵扬程-流量特性曲线与管网特性曲线之间交点对应水泵效率-流量特性曲线的最高效设计工况点,通过设计工况点确定水泵高效运行对应的流量范围,确定水泵变频控制调节的流量范围,将水泵均调整至高效运行区的最小流量;在全年工况下,根据空调负荷变化情况,保证图1中的AA'、BB'、CC'、DD'等之间的压差需相等,优先控制水泵流量在高效运行范围内,当不能满足要求时,再控制水泵台数,实现空调水系统的高效运行。
参照图2,在平面直角坐标系中,以H为纵轴,Q为横轴建立坐标,其中R-HQ为管网特性曲线,H-Q水泵扬程-流量特性曲线;以η为纵轴,Q为横轴建立坐标,其中η-Q为水泵效率-流量曲线。
其中,R-HQ与H-Q的曲线交点为a点,a点为设计工况点。对应的扬程和流量为设计扬程和设计流量,对应的水泵效率为最高效率;当实际运行时,流量将会小于等于设计流量,从η-Q曲线看,此时,水泵的效率将下降,水泵的功率将增大,水泵能耗将增大。
参照图3,在流量Q、扬程H的平面座标系中,包括H-Q-n1、H-Q-n2、H-Q-n3和H-Q-n4四条管网特性曲线,其中H-Q-n1设计转速下的水泵扬程-流量特性曲线,H-Q-n2、H-Q-n3和H-Q-n4为不同负载转速下的水泵扬程-流量特性曲线,n1为工频下转速,n2、n3、n4为部分负荷变频工况下转速;η-Q为水泵效率-流量曲线(不同转速下η-Q曲线会有变化,在转速变化不大情况下,按近似不变考虑)。a点为设计工况点,对应的扬程和流量为设计扬程和设计流量,对应的水泵效率为最高效率;当实际运行时,流量将会小于等于设计流量,保持管网特性不变,通过变频调节,将水泵转速降低,满足实际水量需求,水泵转速n4<n3<n2<n1,对应的运行状态点分别为d、c、b、a点,对应的流量、扬程、效率为:Qd<Qc<Qb<Qa,Hd<Hc<Hb<Ha,ηd<ηc<ηb<ηa,其中ηc=0.85ηa。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施例,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的范围内,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.空调系统用相同扬程相同流量组合式水泵结构,其特征在于:在空调系统的制冷末端输入口设置全天候节能型水泵结构,所述全天候节能型水泵结构由若干条供水回路并联组成,各条供水回路由一变频式水泵和一冷水机组串联组成,各供水回路的变频水泵具有相同的扬程结构及相同的流量结构,各供水回路的冷水机组为相同冷量、蒸发器阻力相等的机组,形成具有多台相同扬程、相同流量的变频水泵并联连接结构;所述变频水泵并联连接结构的控制端连接有控制结构,通过该控制结构控制各变频水泵工作在高效区范围内,以构成多台相同扬程相同流量变频水泵并联构成的全天候节能型水泵结构。
2.根据权利要求1所述的空调系统用相同扬程相同流量组合式水泵结构,其特征在于:所述变频水泵工作在高效区范围,是指各变频水泵工作在设定水泵效率≥水泵设计工况最高效率的85%的工况。
3.根据权利要求1所述的空调系统用相同扬程相同流量组合式水泵结构,其特征在于:所述全天候节能型水泵结构由四条供水回路并联组成,每条供水回路由一变频式水泵和一冷水机组串联组成。
4.空调系统用相同扬程相同流量组合式水泵结构的控制方法,其特征在于:
1)设置多台相同扬程相同流量变频水泵并联构成的全天候节能型水泵结构,在流量Q、扬程H的平面座标系中,确定空调系统的管网特性曲线R-HQ,水泵扬程-流量特性曲线H-Q,水泵效率-流量曲线η-Q,设计工况点a对应的扬程和流量为设计扬程和设计流量;
2)设定在水泵效率≥水泵设计工况最高效率的85%时为水泵高效区,控制全天候节能型水泵结构的变频水泵保持在高效区运行,变频水泵的效率保持在水泵效率-流量曲线η-Q中对应的ηa-ηc之间,同时将所述水泵的运行流量控制在水泵扬程-流量特性曲线H-Q中对应的Qc-Qa之间,以保证所述变频水泵在高效区运行;
3)全年运行不同工况下,当所有并联变频水泵调整至高效运行区的最小流量,并联水泵所提供的总水量仍大于空调末端系统所需水量时,通过台数控制,减少水泵的运行台数,使剩余工作各台变频水泵的运行流量位于水泵高效区流量范围内,当工作的变频水泵为一台时,允许水泵在更小流量是低效率运行,以保证变频水泵在全年大部分时间内,处于高效运行状态。
5.根据权利要求1所述的空调系统用相同扬程相同流量组合式水泵结构的控制方法,其特征在于:在流量Q、扬程H的平面座标系中包括H-Q-n1、H-Q-n2、H-Q-n3和H-Q-n4四条管网特性曲线,其中H-Q-n1设计转速下的水泵扬程-流量特性曲线,H-Q-n2、H-Q-n3和H-Q-n4为不同负载转速下的水泵扬程-流量特性曲线,n1为工频下转速,n2、n3、n4为部分负荷变频工况下转速;η-Q为水泵效率-流量曲线,a点为设计工况点,对应的扬程和流量为设计扬程和设计流量,对应的水泵效率为最高效率;当实际运行时,流量小于等于设计流量,保持管网特性不变,通过变频调节,将水泵转速降低,满足实际水量需求,水泵转速n4<n3<n2<n1,对应的运行状态点分别为d、c、b、a点,对应的流量、扬程、效率为:Qd<Qc<Qb<Qa,Hd<Hc<Hb<Ha,ηd<ηc<ηb<ηa,其中ηc=0.85ηa。
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