CN106765776B - 一种分布式变频三级泵区域供冷系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种分布式变频三级泵区域供冷系统，包括区域供冷站、供冷输送管网、用户分布泵、用户换热间；所述三级泵包括冷冻水一级泵、冷冻水二级泵、冷冻水三级泵，其中冷冻水一级泵为区域供冷站提供循环动力，冷冻水二级泵为供冷输送管网提供动力，冷冻水三级泵即用户分布泵，其中区域供冷站制备的冷冻水通过供冷输送管网输送到用户分布泵，用户分布泵根据需要从供冷输送管网抽取冷冻水至用户换热间，冷冻水经过用户换热间进行热交换后输送回供冷输送管网。本发明的供冷系统及方法，可充分减少传统供冷管网中全流量高扬程二级泵引起的能量浪费及冷损失，极大程度降低冷站内部输送水泵的扬程。

Description

一种分布式变频三级泵区域供冷系统及方法

技术领域

本发明涉及区域能源供冷管网领域，特别涉及一种分布式变频三级泵区域供冷系统及方法。

背景技术

目前，随着国际能源紧缺、科技进步和城市化发展及改造，区域供冷系统作为城市或区域能源规划及分布式能源站建设的组成部分之一，已有将近40年的应用历史。随着分布式能源系统纳入“十三五”规划纲要，其对国家能源发展战略的重要性不言而喻。

区域供冷系统是为了满足某一特定区域多个建筑物的空调冷源要求，由专门的供冷站集中制备冷水，并通过区域管网进行供给冷冻水的供冷系统。供冷站制备的低温冷冻水，经供冷管网输送至用户板换间，经热交换后输送回供冷站，循环动力往往由冷冻水二级泵提供。随着工程实践项目的大规模推广，区域供冷系统因远距离输送低温冷水所带来的问题越来越明显，受制于制冷主机效率及空调末端系统换热能力，区域供冷输送的低温冷冻水较小的供回水温差导致输送能耗高、管网投资大、管网的冷损失多。同时，冷水管网循环动力往往由供冷站的冷冻水循环水泵提供，冷冻水循环水泵选型依据满足末端最不利环路资用压头原则，近端用户采用节流措施消除多余压头，循环水泵以全流量高扬程运行。这导致大量冷冻水泵输送能耗被节流调节装置白白浪费掉了，同时水泵运行发热所造成的冷损失也相当严重。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种分布式变频三级泵区域供冷系统，其能够实现：(1)减少冷站侧水泵扬程，减少输送能耗；(2)避免使用节流措施控制管网压头；(3)减少因水泵造成的冷量损失，提升系统运行效率与经济性；(4)降低系统工作压力，提升安全性。

本发明的另一目的在于提供一种分布式变频三级泵区域供冷方法。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：

一种分布式变频三级泵区域供冷系统，包括区域供冷站、供冷输送管网、用户分布泵、用户换热间；所述三级泵包括冷冻水一级泵、冷冻水二级泵、冷冻水三级泵，其中冷冻水一级泵为区域供冷站提供循环动力，冷冻水二级泵为供冷输送管网提供动力，冷冻水三级泵即用户分布泵，其中区域供冷站制备的冷冻水通过供冷输送管网输送到用户分布泵，用户分布泵根据需要从供冷输送管网抽取冷冻水至用户换热间，冷冻水经过用户换热间进行热交换后输送回供冷输送管网。近端满足压力需求的可直接通过用户入口装置接入供冷输送管网。

所述区域供冷站设置有内循环系统，所述内循环系统包括制冷机组循环装置、蓄冷循环装置；其中制冷机组循环装置与蓄冷循环装置运行蓄冷工况时串联连接，运行供冷工况时可串联或并联连接。

所述制冷机组循环装置包含吸收式制冷主机、离心式电制冷主机、第一循环水泵、供冷换热器；蓄冷循环装置包含蓄水装置、蓄冰池、蓄冰盘管、第二循环水泵、蓄水板换、融冰板换；蓄冷时，吸收式制冷主机与离心式电制冷主机串联，制取的低温冷冻水通过第一循环水泵输送至蓄水装置；运行制冰工况时，离心式电制冷主机通过第二循环水泵将低温载冷剂输送至蓄冰池，然后蓄冰盘管进行蓄冰；供冷时，通过蓄水板、融冰板换进行供冷。制冷机组循环装置可运行供冷工况通过输送管网进行供冷，也可运行蓄能工况通过蓄能系统进行蓄冷。供冷工况时，需输送大温差冷冻水，此时蒸汽吸收式制冷主机需作为制冷上游与下游离心式电制冷主机或融冰装置串联运行，离心电制冷主机也可与融冰装置串联运行。蓄能工况时，吸收式制冷主机需与离心式电制冷串联制取低温冷冻水进行蓄水，双工况离心式电制冷主机需运行制冰工况进行蓄冰。

所述供冷输送管网与区域供冷站的分水器相连接，所述冷冻水二级泵包含顺序连接的管网出站阀门、管网路由、管网检查井，所述冷冻水三级泵包含顺序连接的用户阀门井、用户支路、变频三级泵、用户入口装置，其中用户入口装置与用户换热间串联。各用户系统之间并联；同时位置相近的用户也可以分组并联后与三级泵串联，以减少三级泵数量。各循环水泵均配备有变频调速装置及控制单元。

本发明的另一目的通过以下的技术方案实现：

一种分布式变频三级泵区域供冷方法，包含以下步骤：

S1、在供冷区域设置三级泵，所述三级泵包括冷冻水一级泵、冷冻水二级泵、冷冻水三级泵，其中冷冻水一级泵为区域供冷站提供循环动力，冷冻水二级泵为供冷输送管网提供动力，冷冻水三级泵即用户分布泵；

S2、区域供冷站制备的冷冻水通过供冷输送管网输送到用户分布泵，用户分布泵根据需要从供冷输送管网抽取冷冻水至用户换热间，冷冻水经过用户换热间进行热交换后输送回供冷输送管网。

系统运行时，利用变频泵的变频运行代替传统集中动力式输配系统中的节流调节，利用阶梯输送的方法实现冷水的按需输送。

用户板换间板换一二次侧均装有温度、压力传感器及变送器。三级泵频率根据用户二次侧回水温度变频运行，用户侧回水温度上升时，说明用户冷负荷变大，需增大三级泵流量，提升运行频率；反之，减小三级泵频率。各用户支路之间装有自力式压差控制阀，以维持支路供回水压力差稳定。

分布泵系统与传统二级泵系统相比，冷站内水泵扬程会降低，在管网中的某一点会出现供水压力等于回水压力的现象，这一点称为零压差点，冷站内水泵扬程选取的不同，零压差点出现的位置也相应不同。研究分析零压差点在不同的位置时，对应的冷站内水泵扬程为多少、哪些用户侧因剩余压头不足而需要设置三级水泵，进而在此基础上得到零压差点在不同位置时，系统的运行耗电量以及初投资成本，最后再与传统的二级泵系统相比，即可得到年运行节约费用以及投资回收期最短(与传统系统相比)的零压差点位置，即可得到最优的分布泵系统设计方式。

本发明所述分布式变频三级泵区域供冷系统设计方法依据以下顺序的步骤实现：

一、根据管网路由，确定零压差点可能存在的位置

二、确定管网路由基本设计参数，各用户负荷、设计流量、所需资用压头等

三、零压差点在不同位置时，确定用户三级泵设计方案

四、确定管网的最优零压差点位置以及相应的三级泵设计方案，计算相应的节电率、成本节约率。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、本发明针对传统水系统弊端，在用户侧设置分布泵，并且根据环状管网的水利特性合理搭配用户侧水泵以及冷站侧水泵的扬程，不仅可以减小用户侧的剩余压头，避免能量的浪费，更能较大程度的降低冷站内部输送水泵的扬程，从而减少全流量的输送能耗，节约运行耗电量。本发明将分布泵成功的应用于区域供冷系统中，极大程度地缓解管网输冷高能耗的现状。

2、本发明所述分布式变频三级泵区域供冷系统，可充分减少传统供冷管网中全流量高扬程二级泵引起的能量浪费及冷损失，极大程度降低冷站内部输送水泵的扬程，并随着变频调速装置的控制，可进一步减少输送能耗，节约运行耗电量。经济性提升的同时，可使管网承压下降，提升安全性及使用寿命。

附图说明

图1为本发明所述一种分布式变频三级泵区域供冷系统的结构示意图。

图2-1为相邻用户分组并联后接入三级泵的示意图；图2-2为用户与三级泵串联后各用户之间并联的示意图。4

图3为图1所述供冷系统的分布泵水压图。

图4为本实施例中冷站管网路由图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

如图1所示，本实施例的分布式变频三级泵区域供冷系统包括输送管网、用户分布泵、用户，供冷站生产的冷水所述通过所述输送管网1(供水管11，回水管12)及用户支管2(供水管21，回水管22)分布泵3(方案一31，方案二32)送至用户4。

如图2所示，所述用户分布泵系统组成分两种形式：相邻用户分组并联后接入三级泵，图2-1；用户与三级泵串联后各用户之间并联，图2-2。

具体实施例中所述分布式变频三级泵区域供冷系统设计方法依据一下步骤实现：

一、根据管网路由，确定零压差点可能存在的位置。

分布泵系统与传统二级泵系统相比，冷站内水泵扬程会降低，那么在管网中的某一点会出现供水压力等于回水压力的现象，这一点称为零压差点，冷站内水泵扬程选取的不同，零压差点出现的位置也必然不同，根据管网路由及水泵扬程，可确定零压差点可能存在的位置。

某些零压差点位置因出现“大流量小扬程”而导致无水泵型号可以匹配，剔除不符合实际情况的零压差点位置。

如果零压差点的位置过于靠前，很有可能导致末端用户侧水泵入口处由于冷冻水静压过低而产生汽蚀，为了避免这种情况的发生，可以通过提高冷站内水泵回水管上定压装置的定压值来解决。

二、确定管网路由基本设计参数，各用户负荷、设计流量、所需资用压头等。

根据用户空调负荷及管网供回水温差，确定各用户支管设计流量、管径、流速等参数；根据用户支管参数及用户板换间参数，计算局部阻力及沿程阻力等，确定用户所需资用压头。明确用户支路设计参数。根据各用户的逐时负荷数据，可以得到该环路在一年的供冷时间内，在不同负荷工况下(10％负荷工况，20％负荷工况，......，100％负荷工况)的时间频率和负荷频率。

三、零压差点在不同位置时，确定用户三级泵设计方案。

根据可能存在的零压差点位置，研究分析零压差点在不同的位置时，对应的冷站内水泵扬程为多少、哪些用户侧因剩余压头不足而需要设置三级水泵，如图3；哪些用户适宜采用哪种三级泵结构形式，如图2，选择图2-1方案1用户侧仅设置一用一备两台三级泵或图2-2方案2根据用户侧板换个数设置三级泵。

图2中，从水力平衡的角度来看，由于方案2水泵台数是与用户侧板换个数一一对应，所以方案2可以比较好的避免板换之间水力失调现象。不过从运行费用的角度来看，方案1可以带来更好的运行费用节约。

图4所示为本实施例中冷站管网路由图，图中A～K各个节点均可能成为零压差点所在位置，以此环路为研究对象，冷站0制备的冷冻水经管网1输送至用户41～411，管网通向每个用户的节点A～K均可成为零压差点。

各用户处所需设置分布泵的扬程是在管路阻力计算的基础上得到的，不同于各用户侧支路管道，管网干管流量为系统总流量，根据传统的阻力计算方法，可以得到干管总阻力损失，但是对于各用户在干管的阻力损失，目前尚无明确计算方法，考虑到阻力损失与流量平方的正比关系，为计算各用户在干管的阻力损失，特引入当量阻力系数Sr，具体定义如下：

当量阻力系数Sr＝P_管网干管/∑Gi²；

其中：P_管网干管—管网干管总阻力(供回水)损失；

∑Gi²—管网各用户流量平方和；

故根据上述定义，第i用户在干管的阻力损失为：

P＝Sr*G_i ²；

四、确定管网的最优零压差点位置以及相应的三级泵设计方案，计算相应的节电率、成本节约率。

理论上零压差点位于其他用户处都是可行的，要得到零压差点的最优位置，需要对剩余的这几种情况进行对比分析，考虑到分布泵系统与传统的二级泵系统相比，最大的特点就是可节约水泵的运行耗电费用，经计算分析水泵在部分负荷下的实际功率，可以得到零压差点不同用户处时，分布泵系统全年节约耗电量以及节电率。此外由于需要在用户侧设置三级泵同时还会导致水泵设备初投资的增加，水泵设备维修管理费用的增加以及在用户侧安置三级泵需要支付的土地租用费用等等，因此可以从运行费用及初投资费用的增量(与传统二级泵系统相比)这两个方面来对零压差点在不同位置下的分布泵系统进行评价。测算零压差点在不同位置时系统节电率、年节约运行费用以及初投资节约费用，系统的运行耗电量以及初投资成本，最后再与传统的二级泵系统相比，即可得到年运行节约费用以及投资回收期最短(与传统系统相比)的零压差点位置，即可得到最优的分布泵系统设计方式。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种分布式变频三级泵区域供冷系统，其特征在于：包括区域供冷站、供冷输送管网、用户分布泵、用户换热间；所述三级泵包括冷冻水一级泵、冷冻水二级泵、冷冻水三级泵，其中冷冻水一级泵为区域供冷站提供循环动力，冷冻水二级泵为供冷输送管网提供动力，冷冻水三级泵即用户分布泵，其中区域供冷站制备的冷冻水通过供冷输送管网输送到用户分布泵，用户分布泵根据需要从供冷输送管网抽取冷冻水至用户换热间，冷冻水经过用户换热间进行热交换后输送回供冷输送管网；

所述供冷输送管网与区域供冷站的分水器相连接，所述冷冻水二级泵包含顺序连接的管网出站阀门、管网路由、管网检查井，所述冷冻水三级泵包含顺序连接的用户阀门井、用户支路、变频三级泵、用户入口装置，其中用户入口装置与用户换热间串联；

所述区域供冷站设置有内循环系统，所述内循环系统包括制冷机组循环装置、蓄冷循环装置；其中制冷机组循环装置与蓄冷循环装置运行蓄冷工况时串联连接，运行供冷工况时可串联或并联连接；

所述制冷机组循环装置包含吸收式制冷主机、离心式电制冷主机、第一循环水泵、供冷换热器；蓄冷循环装置包含蓄水装置、蓄冰池、蓄冰盘管、第二循环水泵、蓄水板换、融冰板换；蓄冷时，吸收式制冷主机与离心式电制冷主机串联，制取的低温冷冻水通过第一循环水泵输送至蓄水装置；运行制冰工况时，离心式电制冷主机通过第二循环水泵将低温载冷剂输送至蓄冰池，然后蓄冰盘管进行蓄冰；供冷时，通过蓄水板、融冰板换进行供冷；

所述用户分布泵系统组成分两种形式：相邻用户分组并联后接入三级泵；用户与三级泵串联后各用户之间并联。

2.基于权利要求1所述分布式变频三级泵区域供冷系统的一种分布式变频三级泵区域供冷方法，包含以下步骤：

S1、在供冷区域设置三级泵，所述三级泵包括冷冻水一级泵、冷冻水二级泵、冷冻水三级泵，其中冷冻水一级泵为区域供冷站提供循环动力，冷冻水二级泵为供冷输送管网提供动力，冷冻水三级泵即用户分布泵；

S2、区域供冷站制备的冷冻水通过供冷输送管网输送到用户分布泵，用户分布泵根据需要从供冷输送管网抽取冷冻水至用户换热间，冷冻水经过用户换热间进行热交换后输送回供冷输送管网。

Images