在眾多制冷設備中，冷凍水泵和冷卻水泵的容量是按照最大設計熱負載 (即最高氣溫時)選定的，且留有10%左右的余量。在一年四季中，水泵系統長期在固定的最大水流量下工作。由于季節、晝夜的溫度變化及用戶負荷的變化，設備實際的熱負載在絕大部分時間內遠比設計負載低。?

據統計，與決定水泵流量和壓力的最大設計負載(負載率為100%)相比，一年中負載率在50%以下的運行小時數約占全部運行時間的50%以上。一般冷凍水設計溫差為6～8℃，冷卻水的設計溫差5～7℃最為理想，而事實上在全年絕大部分運行時間里，冷凍水、冷卻水的溫差僅為2～4℃、即水泵系統長期在低溫差、大流量情況下工作，從而增加了管路系統的能量損失、浪費了水泵運行的輸送能量。

因此，采用節能控制系統，可使水泵的轉速隨室內溫度的變化而自動調整轉速 (或自動停止、啟動水泵)水泵全年平均節能率可達到40%以上。

對于水泵來說，流量Q與轉速N成正比，溫差ΔT與轉速N成反比，揚程H與轉速N的二次方成正比，而軸功率P與轉速N的三次方成正比，下表告訴我們上述的變化關系：

顯然，變流量控制系統的節能效果是十分突出的。

一、?? 方案設計

1.對于冷凍水泵組 (管道并聯)，安裝1套相應功率的節能控制系統，采用一拖N的辦法在多臺冷凍水泵之間切換(視具體使用現場而定)。并且有自動和手動進行切換；

2.對于冷卻水泵組 (管道并聯)，安裝1套相應功率的節能控制系統，采用一拖N的辦法在多臺冷凍水泵之間切換(視具體使用現場而定)。并且有自動和手動進行切換；

3.對冷凍泵及冷卻泵組采用微電腦恒壓供水控制系統，使水泵根據外界溫度的變化及用戶使用空調的狀況，在不影響冷氣效果的前提下實現對工頻運行水泵“自動停止、自動啟動”控制，最大限度地提高節能效果有效地降低值班人員的工作強度。

二、控制方案

1.冷凍水系統

對于冷凍水系統，低溫冷凍水 (出水)的溫度由制冷主機控制(7℃左右)，一般來說，我們只需控制高溫冷凍水(回水)的溫度，即可控制冷凍水的溫差。但是，對于一些用冷量變化較大的系統，盡管制冷主機對低溫冷凍水(出水)有調節作用，但其溫度仍有較大的波動。為此，我們采用兩個溫度變送器、一個PID溫差調節器和一臺變頻器組成溫差閉環控制系統，對冷凍水的出水、回水的溫度進行控制，使冷凍水泵的轉速相應于熱負載的變化而變化

2.冷卻水系統

對于冷卻水系統，由于其高溫冷卻水 (出水)和低溫冷卻水(回水)的溫度變化較大，為保證工藝需求，我們只能采用溫差控制方式，即采用兩個溫度變送器、一個PID溫差調節器和一臺變頻器組成閉環控制系統，對冷卻水進行溫差控制，使冷卻水泵的轉速相應于熱負載的變化而變化

三、系統主要特點

1.變頻器閉環控制電機，按工藝要求設定時、出水溫差，電機輸出功率隨熱負載的變化而變化，在滿足使用要求的前提下達到最大限度的節能

2.由于降速運行和軟啟動，減少了振動、噪聲和磨損，延長了設備維修周期和使用壽命，并減少了對電網沖擊

3.先進的設置和監控及調節功能改善了系統運行特性使系統使用方便

4.系統具有各種保護措施，使系統的運轉率和安全可靠性大大提高

5.系統具有故障報警及自動切換功能(即變頻器故障時自動切換到原工頻系統運行)保證了運行的可靠性?

四、關于冷凍水泵末端的壓力問題

冷凍水泵降低轉速運行，人們擔心會不會影響末端壓力不足，導致缺水現象。實際上，由于轉速雖然會使水泵供水壓力降低，然而管道特性的壓力損失也會隨流量的減少而減少，即需要的壓力也會減少，供水壓力與轉速的二次方成正比例降低，需要壓力(管道損失)則與流量的二次方成正比減少，二者可以相互補償。另外，由于冷凍水系統是一個閉環的水系統，瓷瓶流動提供動力，即水泵轉速下降對冷凍水系統的正常工作沒有影響，這與普通的供水系統有所區別。許多單位的實踐也證明了這一點。

循環水泵控制系統的節能?

循環水泵在供暖、空調等系統中處于心臟位置，為系統運行提供動力，因此是極為重要的。然而，在眾多運行著的循環水泵中，由于各種原因，這個“心臟”并不能發揮應有的作用，應當改善這些水泵，使之為業主節省電費、為國家節約能源。

一、循環水泵的當前現狀

小區、樓宇、廠房的供暖、空調負荷，會隨著外界的氣象條件而變化，如果采用流量調節的方法，就要求循環水泵的流量能容易調節和控制。尤其是現代化的熱網和智能建筑與智能小區，對這一方面的要求是迫切的。

在一般供熱、空調系統中，用戶側采用二通閥調節流量，當總管上流量減小時，壓差控制閥就會旁通掉多余的流量，多余的壓頭消耗在閥門節流上。但是，泵的流量沒有發生變化，能量沒有節約；?

舊有的系統，由于選型不合理，或系統實際供熱、供冷面積發生變化，造成水泵運行壓力和流量遠離額定工況，產生諸如水泵電機超電流，“大馬拉小車”等情況。當水泵實際工作點由于選擇不當或熱網阻力減小時，水泵工作點向右移動。

當循環水泵與管路特性曲線不相匹配時，如果仍采用原水泵并不加節流時，工作點將會超過水泵最大流量，長期運行會燒毀電機。為了不燒毀電機，就必須采用閥門節流，水泵工作點將從C點移到A點，這樣大量電能消耗在閥門節流上。由于閥門開得過小，會有大量管網資用壓頭浪費在閥門上，閥后壓頭減少，遠端用戶水量不足，造成嚴重的水力失調。當選擇水泵流量、揚程過大造成“大馬拉小車”時，在這種情況下，如果不采用節流，就會使系統流量過大，造成大流量、小溫差的運行方式，這顯然是不經濟的。如果采用節流，使流量達到實際所需要的，浪費在閥門上的能量一定會很大，而且閥門老是工作在節流狀態下，對閥門不利（因為一般水泵出口閥門是起關斷作用的，不適合節流）。對水泵而言，一般這種情況下，水泵會偏離最佳效率點，容易損壞；

分期建設的熱網或房地產項目中，供熱、空調面積加大后，流量也要加大，此時如果按照一期完成的負荷選擇循環水泵，二期完成后，就得重新換泵；如果按照二期完成后的負荷選擇循環水泵，一期到二期這段時間內就會浪費很多能量，而且系統運行狀況不佳。?

二、循環水泵的各種技術對策比較

針對以上三種情況，人們有各種各樣的解決方案，下面只對水泵超電流這種情況比較以下各種方案的優劣。各種解決方案技術比較表：

注：?

1、閥門節流指上文提到的使電動機不燒毀而關小水泵出口閥門方案；

2、并聯運行指設置兩臺一用一備的水泵，現在一同運行，不設備用；

3、系統安全性是指水泵、閥門是否易于損壞，系統備用是否得當；

4、對電力負荷的影響是指水泵啟動安全性，是否需要增容。

三、變頻技術節能分析

對循環水泵進行變頻控制有兩種策略，一種為“定壓變流量”，另一種為“變壓變流量”；“定壓變流量”的控制方式就是通過變頻器恒定循環水泵的進出口壓差或最不利熱用戶的資用壓差，來實現循環水泵的變流量運行。如果不采用閥門節流的措施，是無法按照系統實際需要進行調整的。如果采用“變壓變流量”，根本無須調節閥門，是最方便和最節能的方式。

采用變壓變流量，由于功率和流量是三次方的關系，當流量下降為額定流量的80%時，功率下降為原功率的51.2%，當流量下降為原來的50%時，功率只有原來的12.5%。節能效果不僅大大超過了閥門節流的方法，也遠勝于“定壓變流量”。大量統計結果表明，采用變頻后，每年節約電量可達30～60%，兩年內即可回收全部投資于變頻裝置的成本。循環水泵采用"變壓變流量"的控制方式是比較節能的。?

四、循環水泵設置的兩種形式

對于換熱器來說，在運行期間，換熱器對循環流量大小并無嚴格限制。換熱站循環泵與熱用戶循環泵合二為一。這種情況也適用于采用吸收式冷熱水機組，吸收式冷水機組的負荷調節可以在10～100%內無極調節；冷水流量可在50～100%內無極調節，如果采用兩臺機組即可在25～100%內進行調節。

對于鍋爐來說，鍋爐循環流量一般不應小于額定流量的70%，當循環流量過小時，會引起鍋爐浸水管水量分配不均，出現熱偏差，導致鍋爐爆管等事故；同時由于回水溫度過低，造成鍋爐尾部腐蝕。因此常采用雙級泵系統。

對于壓縮式冷水機組，流經蒸發器的流量低于其額定流量時，冷水溫度會很低，甚至結冰，造成喘振，可能引起機器停車，造成冷量波動。所以，壓縮式冷水機組也得采用雙級泵系統。冷熱源側循環泵一般采用定流量運行，負荷側泵采用變流量運行，以適應負荷的變化。

五、控制策略

對于流量、揚程曲線比較平緩的循環水泵，采用壓差控制比較困難，可以采用流量控制，就是實時采集泵出口流量的數值，將其與當時外溫條件下為保證室溫所需要的流量比較，進而通過變頻控制水泵流量，實現系統的變流量運行。

不論供熱/空調系統是采用質調節、量調節，還是質量并調的調節方式，系統供回水溫度在室內溫度要求恒定、室外溫度已知的情況下，都是系統循環流量的單值函數，這樣，實時采集系統回水溫度或分集水器的壓差，并反饋至變頻器中，與系統在當時外溫條件下計算出的回水溫度或壓差進行比較，指導變頻器控制循環水泵的運行頻率。?

對于不同的供熱/空調系統，是采用壓差控制、流量控制還是溫度控制，應當綜合考慮水泵流量特性、系統調節方式，各種系統參數變送器的取得難易與否來確定?？刂撇呗詫崿F于控制柜中，并可以通過一定的通訊方式與上位機聯系，實現集散式控制。

冷凍水泵變頻控制方式分析比較

變頻冷凍水泵閉環控制方式主要有壓力或壓差控制、溫度或溫差控制、流量控制及在以上控制方式的基礎上形成的綜合控制等。

一、壓力或壓差控制?

這是一種最常見的控制方式，主要由壓力或壓差傳感器、變頻控制器(有的是由PLC或DDC等控制器來控制變頻器)、冷凍水泵及其管路等組成，它要求空調系統中空氣處理末端裝置的冷凍水管路上必須設置能隨負荷變化而調節流量的二通閥，如電動閥、電磁閥等。

在這種控制方式中，采用冷凍水系統中某處(通常是離泵最遠的空調用戶端或冷凍水泵、回水總管處)的壓差△P作為變頻控制器的采樣輸入信號。當空調負荷改變時，由于相應管路上閥門開度的自動變化而引起管路上壓差的改變，控制器檢測到這一變化后(通過與其設定值比較)，按照預先設定的控制算法計算出偏差，并產生輸出信號控制冷凍水泵電機的運轉頻率或轉速，從而通過改變冷凍水泵的流量和揚程等來適應空調負荷的變化。

由于采用的是冷凍水環路中的壓力(壓差)信號，受環境溫濕度干擾的影響較小。反應較快、較靈敏，一旦系統中某處壓力產生變化時，系統能及時感知并采取控制動作。系統中任何地方的負荷變化都能在壓力或壓差檢測點得到反映(由于靜壓傳遞的關系)，由于該壓力或壓差與冷凍水系統的流程、流動阻力等有密切關系，可以比較準確地反映系統內部冷凍水流動的變化，甚至是空調用戶數量與位置的變化。但對于除濕要求較高的空調系統，如果不注意對空調末端熱交換器的溫度進行合理設置，這種控制方式可能存在影響除濕效果的問題。?

此外，當各支路正常運行所要求的壓差各不相同，而靠唯一的定壓差值控制時，則要求該定壓差值能確保所有空調用戶都能正常運行，否則，有可能出現部分用戶空調效果差或失效的現象。?

二、溫度或溫差控制

這種控制方式主要由供水或回水溫度傳感器(或供、回水溫差傳感器)、變頻控制器、冷凍水泵及其管路等組成。

它采用冷凍水供水或回水總管中的供水或回水溫度，或供回水的溫差作為控制器的采樣輸入信號，控制器將該輸入信號與內部的設定值進行比較，得出需要的輸出信號來控制冷凍水泵的轉速，使冷凍水的流量滿足空調負荷變化的要求。

這種控制方式的特點是，溫度采樣點離負荷變化點有一定的距離，冷凍水流動中易受環境溫度等的干擾。同時，只有當冷凍水經過一個循環后，其溫度變化才能反映出來，故控制的及時性較差。該方法雖能在一定程度上穩定系統總的供水或回水溫度，但不能根據負荷變化準確地分配各用戶所需要的冷凍水量并提供適當的水壓。

當同樣的負荷變化發生在不同樓層的用戶端時(如分別在最高層或最低層)，僅從冷凍水的溫度上是反映不出其中的差別的，但在系統最高層與最低層變負荷時對冷凍水泵的揚程的要求是不同的，因此采用這種控制方式有可能造成部分用戶的供水不足或是達不到理想的節能效果。該控制系統中，由于冷凍水的流量與溫度間不存在準確的對應關系，且缺少對管路系統實際所需壓頭(揚程)的檢測，在控制的穩定性和可靠性方面不如壓力控制方式。

從溫度或溫差控制的特點來看，這種方式比較適合于用戶端不設調節閥或帶有旁通管的冷凍水系統。對于采用二通閥尤其是采用溫度調節閥而不設旁通管的系統，負荷減小時，由于空調末端的冷凍水進出水溫差能基本上不變或變化很小(主要通過閥門開度來調節冷凍水流量，從而控制換熱盤管的換熱量，溫差基本不變)，用其作為被控變量將很難獲得好的控制效果。而對有旁通管的系統，當系統負荷變化時，在供回水總管壓差控制下，旁通管上的旁通閥開度隨之變化，旁通的溫度較低的冷凍水與溫度較高的用戶端回水相混合，引起總的回水溫度或供回水溫差的變化，控制器根據這種變化發出指令調節泵的轉速，以減小旁通流量來達到節能的目的。因此，采用溫度或溫差控制的空調冷凍水泵變頻系統，要求所檢測到的冷凍水溫度或溫差隨負荷有較明顯的變化。

三、流量控制

這種方式中，通過檢測系統用戶端實際冷凍水流量的大小來調節冷凍水泵提供的流量使之達到供需平衡。單從流量的角度而言，這種方法是可行的，但空調系統不但對冷凍水的流量有要求，而且對提供的水壓即冷凍水泵的揚程有較為嚴格的要求，對于用戶支路較多較復雜的系統，僅控制流量仍難以保證不同支路的壓差的要求。因此，除了用于二級泵系統中恒速二次泵的臺數控制外，這種方式用于變頻泵控制的比較少。

四、其它控制方式

這些控制方式主要有變設定壓差值控制、根據管段流量分配的分段控制、檢測水閥閥位或開度的控制等，前二者實際上分別是壓差控制、壓差與流量控制相結合的產物。?

變設定壓差值控制

它是在多個空調用戶支路上設置壓力或壓差傳感器等，通過DDC控制器不斷檢測冷凍水管路中的相關壓力或壓差，同時檢測各支路上二通閥的開度或流量以判斷負荷的分布，以此來控制變頻泵的運行。目前這一方式在實際工程應用中還很少見到。其特點是傳感器設置較多，控制過程較為復雜，維護保養工作任務較重，比較適合于各空調支路上壓差各不相同(如有的要求為30kPa，有的要求為50kPa等)且需要精確控制的場合，否則就顯得有些大材小用。實際工程中有無必要，應從可能的節能量、系統運行的穩定性、初投資及日后維護管理費用、管理人員的技術水平等方面與采用單一定壓差控制方式相比較后，進行正確的決策

按管段流量分配的分段控制

它是根據各管段的壓力、流量分配特點，將最高、平均、最低流量時管網中最不利點工況用三個流量段的控制方程分別表示，在每個流量段內，利用PLC或DDC等控制器獲取管路中的流量、壓力信號，根據對應的控制方程對泵的變頻調速進行控制。這一控制方式主要是針對水廠供水控制提出的，在目前的空調供水控制中還未見采用，但其控制策略在分區供水較復雜、負荷變化具有明顯規律的空調系統中值得借鑒，可以提高控制的精細程度，比較有利于節能。但與其配套的控制系統部件增多，且要實測一些參數才能獲得比較準確的控制方程，這對于一般的空調系統來說并無太大的必要

檢測水閥閥位或開度的控制

它是根據各支路上閥門的開度大小(或閥位)來達到調節冷凍水泵轉速的目的。該系統同樣需要配置PLC或DDC控制器，不斷對閥門的開度或閥位進行采樣，并需要對不同位置的閥門進行識別以滿足不同的水壓需要，控制規律較難確定、控制過程也相當復雜

對于空調末端采用二通調節閥的冷凍水系統，采用壓力或壓差控制既可保證系統的穩定運行，又能獲得一定的節能效果，且控制系統結構簡單，操作管理都很方便，是一般空調冷凍水泵變頻系統較為合適的控制方式；對于無調節閥的系統，采用溫度或流量控制較為合適；如果對控制精度要求很高，可以考慮多種控制結合的方式，如流量分段控制、變設定壓差值控制等。?

值得注意的是，目前很多空調系統冷凍水泵變頻采用的是一臺變頻器控制多臺冷凍水泵(切換控制)，當一臺定速泵與一臺同型號變速泵并聯工作時，相當于一大一小的兩泵并聯，變速泵可能難以充分發揮其應有的作用。因為這時定速泵與變速泵的流量分配量不同，即定速泵的流量總是大于變速泵的流量，且總流量越小，二者間的流量差別越大。經分析表明，當變速泵的轉速降到其額定轉速的30％～40％左右時，變頻的節能效果已經體現不出來了。因此，在進行定速泵與變速泵的運行組合控制時，應對這一問題引起注意。