空调冷冻水系统水泵变频控制的问题讨论
随着变频技术和自动控制技术的发展和普及，在空调系统中应用变频调速技术已经相当普遍。以下结合上海某宾馆空调二次水系统的节能改造，对其中水泵变频控制方面的一些问题提出笔者的看法。
1概况为上海某宾馆的空调水系统图。一次冷冻水由冷水机组进入热交换器的一次侧，与二次水进行热交换，然后返回冷水机组，这一部分为定水量系统；二次冷冻水从热交换器二次侧流出，经水泵P1~P3加压后送至用户。运行时水泵P1~P3的启停与热交换器HX* 3的电动阀门联动。正常情况下，水泵P1~P3为两用一备；如果出现超过设计标准的极端高温天气，则三台水泵及对应的热交换器全部投入运行，以满足冷量要求。
该宾馆的部分用户采用风机盘管，供水管路上带有电动截止阀，另有部分为空调箱（AHU）和新风处理箱，通过电动调节阀控制送风温度，这样二次水系统即为一变水量系统。P1~P3泵的额定流量约为每台180m3/h，扬程30m，流量调节主要通过根据供、回水管的差压控制旁通阀的开度来实现。在以两用一备的方式运行时，全年电费约为28万元人民币。
为了节约运行费用，该宾馆对P1~P3泵进行了节能改造，将流量调节由差压旁通控制改为电机变频控制。
2改造方案~P3泵改为变频控制，其控制信号仍然由原来的差压变送器引来，唯一不同的是要改变极性（原先差压升高时要增加旁通阀的开度，现在差压升高时要降低电机转速）。但是，变频器的配置可以有两种不同的方案。
全部变频所谓全部变频，是指所有的水泵均配备变频器，各变频器受差压信号控制，同时作变频调速运行（P3是否运行则视负荷大小而定）。这一方案的优点是控制系统相当简单、明了，不需要考虑变频泵与定速泵的切换问题，与原先的差压旁通控制差别不大；缺点是增加了初投资，而且由于空调水系统经常运行在部分负荷状态下，这时的水泵效率较低。
1变两定另一种方案是只有一台水泵配备变频器，作调速运行，其余的仍为定速运行。如果系统差压降低，则提高变频泵的转速。当变频器的输出频率达到50Hz时，则投入一台定速泵，同时切除变频泵。反之，如果系统的差压升高，则降低变频泵的转速。当变频泵的流量为零时，则切除一台定速泵，同时将变频器的输出频率提高到50Hz.这一方案的优点是任何时候只有一台水泵作调速运行，因而水泵效率较高，同时可以节省变频器投资；缺点是需要考虑变频泵与定速泵之间的切换问题，控制逻辑比较复杂。
实际上，考虑到故障备份、设备维修和轮换运行等设备管理问题，该宾馆为三台水泵都配备了变频器，但是控制逻辑按“一变两定”的方式编制。
2.3变频泵的切换策略一变两定“的配置方式优点较多，运行上也更加灵活，但是无论是切除还是投入变频泵时，都必须保证这时变频泵的流量等于零，同时其扬程恰好等于系统差压。如果变频泵的切换时机选择不当，则在变频泵切除和投入的时候，或者造成流量波动，或者造成控制滞后。这就需要确定在什么电源频率下，变频泵恰好满足这两个条件。
2.3.1根据现场。
这时，可以先按上述方法选择并设定切换频率，作为控制系统的起始运行参数。在实际运行中，当变频泵向下调速时，只要变频泵的扬程低于系统差压（此时系统差压由其它定速泵维持）止回阀即关闭，变频泵的流量为零。经过一段时间的延迟后，就可以切除变频泵。同时，控制系统记下此时的电源频率作为今后的切换频率。当然，这要求控制系统具有一定的自学习功能。
3控制参数的讨论3.1差压测点的设置位置目前几乎所有的系统，都无一例外地将差压测点设在冷冻水的供、回水干管之间（更确切地说是设在分水器与集水器之间）这主要是沿用了原来差压旁通控制的做法。在流量不变的前提下，供、回水干管间差压的变化，反映了整个管系的阻力变化。变频器根据这一差压改变水泵转速，能够跟踪用户流量需求的变化，但是，并不一定能够保证变频前后的流量分配关系保持不变。为了保证所有用户在任何时候都能够得到足够的水量，可以将差压设定值适当选高，但这样又会造成在各个调节阀上无谓地损耗能量。对此，笔者建议考虑将差压测点改设在整个管系的“最不利点”处（如距水泵最远处或管道口径最小处）只要该点的差压得到保证，则整个系统中各用户的水量都能得到保证。这种方法的缺点是因为要将差压传感器设在远端，可能会给安装与布线带来一些不便。
3.2采用调节阀开度作为控制参数从本质上说，空调水系统是一个由许多管道、热交换器、调节阀、截止阀以及各种管路附件组成的分布参数系统，每一个调节阀或截止阀的动作都会造成整个管系阻力分布的变化，而供、回水干管间的差压只是一个集总参数，只能反映总流量的变化，而不能反映流量分配关系的变化。一般而言，用一个集总参数来描述一个分布参数系统总是不够精确的。考虑到在控制系统正常工作的前提下，空调水系统中各调节阀的开度基本上能够反映负荷的大小，因此，笔者建议直接采用各调节阀的开度作为流量调节的参数。具体的控制策略如下：当整个系统中所有用户都采用调节阀控制流量时，1）如果系统中至少有一个调节阀的开度大于90%，则变频器输出频率升高一个级差（一般可取0.1~0.2Hz）；2）如果系统中至少有一个调节阀的开度小于60%，则变频器输出频率降低一个级差；）如果系统中所有调节阀的开度都在60%~90%之间，则保持当前变频器的输出频率不变。
当系统中既有采用调节阀控制流量的空调箱和新风处理箱，又有带截止阀的风机盘管时，则在最远端的风机盘管处装设差压传感器。如果差压大于或等于风机盘管的正常工作压力，则系统按上述策略运行，否则按差压控制方式运行。
如果整个系统的所有用户或主要用户为带截止阀的风机盘管时，则此方法不适用，系统应按差压控制方案运行。
这种控制策略实际上是将原先由差压控制的恒压供水改为变压供水。由于能够尽可能地保持调节阀处于较大的开度，降低了阀门压降，从而降低了水泵扬程，因此变压供水能够比恒压供水节约更多的能量。
从控制系统的角度看，无论是采用供、回水差压还是采用调节阀的开度作为控制参数，从控制参数的值发生变化、到空调二次水流量变化、再到室内温度变化的整个系统都是由水泵控制和用户温度控制两部分组成。其中温度控制部分有若干个并行的独立闭环系统，根据负荷分别控制各调节阀。而水泵控制部分则不同。当采用差压控制时，它以差压变化控制变频器输出频率；而采用调节阀开度控制时，则以直接综合各调节阀的开度控制变频器输出频率。应当说，差压的变化也反映了调节阀开度的变化，但是中间要经过开度变化※流量变化※差压变化的过程，而且这一过程远非线性。因此，当采用调节阀的开度作为控制参数时，其控制品质将比采用差压作为控制参数更好。
4结论比较复杂，仍然应当采用“一变多定”的变频器配置方法，以尽可能提高水泵效率。
（2）变频泵切换频率的正确选择应当受到足够的重视。建议采用根据水泵特性曲线初选作为系统的起始运行参数，同时安装水流开关在运行中作进一步的修正。
一定是最佳选择。将差压传感器安装在管系的根据综合各调节阀开度对水泵进行变频控制的变压供水方案，比采用差压控制的恒压供水方案具有更好的节能效果，以及更好的控制品质。
