空调一次泵变流量系统在地铁的节能探讨
摘 要：本文介绍了空调一次泵变流量系统及西安地铁某车站的空调水系统的组成，并分析该车站的节能效果及间接经济效益。
关键词：空调水系统 群控 一次泵变流量系统
1 前言
地铁空调系统为工作人员和乘客提供舒适的环境，为设备提供合适温度保证运行稳定，但高额的空调运行费用便是日益关注的问题。调查表明，空调能耗已经上升到普通建筑物运行能耗的40％。而多数建筑物空调系统在50％负荷以下运行时间超过70％，在一般的空调系统中，水泵的能耗占空调总能耗的25％左右，对该部分的节能研究具有一定的意义。
空调水系统在满足空调末端负荷的前提下，应尽可能减少流量，以节约水泵的输送能耗，这就是变流量系统。变流量系统可以根据实际负荷的大小改变送到各用户处的冷水流量。水泵也可以根据系统实际所需流量调节其转速或运行台数，从而达到节约水泵能耗的目的。若采用变流量系统，据估算，运行费用比定流量系统要节约25%~30%。
2 一次泵变流量介绍
一次泵变流量系统(Variable-Primary-Flow System，以下简称VPF系统)诞生的历史并不长。随着空调控制技术的迅速发展，冷水机组性能的不断提高，VPF系统技术的先进性、可靠性及经济性已为市场所接受，VPF系统首先取决于设计，包括合理选用设备，设备控制和辅助控制元件之间的协调等。
2.1 VPF系统的构成简介
VPF系统通过调节用户端二通阀改变流经末端设备的冷冻水流量以适应末端用户空调负荷的变化，同时采用一定的手段，使空调系统的总循环水量与末端的需求量保持一致，通过冷水机组蒸发器的水流量确保在安全流量范围内，维持冷冻机蒸发温度和蒸发压力的相对稳定。
2.2 VFP系统控制原理基本要点
表面上VPF系统并不复杂，设备管路配置与传统设计形式差异不大，系统运行原理较为简单明了，根据外网负荷的变化，通过变频调节水泵转速，使系统循环水量维持在刚好满足负荷需求的水平，保证负荷侧获得足够的循环压差并尽可能降至最低，以期降低水泵运行能耗的目的。
3 西安地铁某车站结合一次泵变流量系统
以下结合设计情况，对西安地铁某标准车站进行案例分析。
3.1 冷水机组群控系统介绍
冷水机组群控系统通过对冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔、系统管路调节阀进行控制，使空调水系统在任何负荷情况下能达到设计参数并以最可靠的工况运行。
3.2 车站空调水系统组成
该车站采用2台冷水机组，每台机组的制冷量为621KW， 两台冷冻水泵，2台冷冻水泵变频器，2台冷却水泵，2台冷却水泵变频器，两台冷却塔，分水器、集水器之间的压差旁通阀，冷却水管路的2个电动碟阀，冷冻水管路的2个电动碟阀，冷却塔系统管路的2个电动碟阀。
3.3 系统控制
系统检测冷冻水的回水温度，回水温度的标准设定值为12℃，设定误差为0.5℃。
判断冷水机组是否加载流程为：当冷冻水回水温度接近或等于设定温度（一般在11.5-12.5℃之间的范围)时，冷水机组不加载；当冷冻水回水温度高于设定温度（12.5℃）时，冷水机组加载。
3.4 系统控制：
a、冷冻水循环系统的控制
由于系统设计选型时，水泵容量一般大于冷水机组容量，水泵频率小于50Hz时冷水机组流量已达额定流量，因此冷冻水泵下限频率控制系统的频率设计在30Hz左右。
b、冷冻水流量确定：
冷冻水泵频率在上下限频率范围内变化，且冷冻水流量与水泵频率成线性关系。控制系统可根据冷冻水泵运行频率确定冷冻水流量。
c、冷冻泵变频控制
冷冻水泵的变频调速采用恒压差控制，可避免各空调系统之间的耦合关系，单个空调系统的调节不会影响其它空调系统，由于压差反应速度较快，调节过程所需时间较短，系统易于稳定。
控制方式调节回路如下图：
系统根据检测到的冷冻水供回水压差，自动调节旁通调节阀，维持供水压差恒定。
d、冷却塔风机控制
冷却塔风机根据系统冷却水的进水温度进行控制，当冷却水进水温度高于T1（30°C）加死区t(=0.5°C)时，开启第一台冷凝风扇，延时5分钟，判断进水温度仍高于T1(30°C)加死区t(=0.5°C)时，开启第二台冷却塔风机，开启其它的风扇。反之；如果系统冷却水进水温度低于25°C减去死区t（=0.5°C）时，要求关闭正在运行的冷却塔风机中的一台，延时5分钟；继续判断如果系统冷却水进水温度低于25°C减去死区t(=0.5°C)时，就继续关闭一台冷却塔风机，直到关闭所有的冷却塔风机。
3.5 节能效益分析
对于地铁冷冻站节能效果的详细分析，需要从该冷冻站每年的诸时负荷进行计算，但是由于尚没有进入运行的阶段，所以，对其节能效果的评价按照国家IPLV值的规定，设定地铁站全年100%负荷运行时间为2.3%；75%负荷运行的时间为41.5%；50%负荷运行的时间为46.1%；25%负荷运行的时间为10.1%，按照冷水机组每年开机的时间为200天计算，则冷冻站的负荷分配，如表1所示。在接下来的计算中，将以此为标准进行节能效果分析。车站一次泵变流量机组技术参数如表2所示。
根据表1和表2，计算可得在定流量情况下冷水机组与冷冻水泵的耗电量为：
(120*4.6+90*83+60*92.2+30*20.2)*2*24+(18.5+30)*2*200*24=1145280
按照每度电0.8元计算，总电费为916224元。而采用变流量调节以后的总耗电量为：
(120+18.5+30)*4.6*2*24+(120+18.5+30)*0.75*83*2*24+(120+18.5+30)*92.2*24+(120+18.5+30)*0.5*20.2*24=954384
每年所需电费为：763507元，节省的电费为：152716元，占总电费的16.7%。节电效果明显。
4 结论
综合上述分析，通过空调一次泵变流量系统，节能主要体现在两个方面：
4.1 直接经济效益：
a 在负荷较低的时候只需要启动一台机组就能满足整个空调系统负荷的要求，开启相应的循环水泵及冷却塔风机，可以大大降低用电量，用电量可比未采用时减少20%左右。
b 采用一次泵变流量特别可以节省低负荷时水泵的运行费用。由于采用变流量控制，低负荷时，水泵以不同频率运行，降低水泵的实际功耗，同时冷水机组也会因此调低负荷，降低耗电量。
c 采用本系统节省管理费。设备自动的启停和关闭，只监视，不操作，可以减少人员的数量，节省了相应的工资、福利、夜间值班、住房、办公费用等等。
4.2 间接经济效益：
由于本系统采用最优化控制，保证设备在最优状态下运行，提高了使用寿命，降低了人员主观造成的事故概率。同时BAS系统实现联网监控，集中管理，提高管理效率和效益。
参考文献
[1] 朱孟标.空调水系统节能研究.南京理工大学硕士论文，2003年12月.
[2] 郝庆，张子平，穆丽慧.一次泵变流量系统的设计.制冷与空调.2007，7（6）.
[3] 赵宇 孙建新 李婧 刘晓蕊 一次泵变流量系统在地铁空调系统中的设计与节能分析应用能源技术2008年 第1期.
[4] 张子平 穆丽慧 一次泵变流量系统的设计郝庆 制冷与空调2007年 第6期.
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