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1、冷冻水一次泵变流量系统 VPF Variable Primary Flow 特灵上海：郑小庆 021-53599566-419 内容提要 变流量系统介绍 系统控制 系统优点 技术关键 特灵的优势 为什末推VPF? Chiller Cooling Tower Water Pumps Annual Chiller Plant Energy Consumption 年冷冻机房能耗kwh 1970s 2000s 73%73% 4%4% 23%23% 58%58% 36%36% 6%6% 冷冻机房系统回顾： 冷冻水一次泵定流量 冷冻水一次泵定流量，二次泵变流量 冷冻水一次泵变流量 一次泵定流量，用户侧变
2、流量 (CPF) 末端二通调节阀与室温传感器 旁通管设压差旁通阀 DP 问题：主机部分负荷 VS 水泵满负荷，水泵耗能浪费！ 500 m3/h 300 m3/h 200 m3/h T1 T2 满载时每天100吨给养 给养基地 空调箱 两通 控制阀 变频器 压差传感器 冷水生产侧 冷水分配侧 旁通管 Chiller #2 Chiller #1 末端二通调节阀与室温传感器，闭环 旁通管，无压差旁通阀 一次泵定流量，二次泵变流量 (Decouple) 问题：主机部分负荷 VS 一次侧水泵满负荷 大部分时间每天30吨给养 每天100吨到过度站 其中30吨运到山顶 其余70吨运回给养基地 过度站 给养基
3、地 二次泵蒸发器侧定流量，用户侧变流量 加/减冷冻机， 供水温度，或旁通水流方向 当旁通水流量支援供水时，也就是旁通管内的水 流方向是从回水侧流向供水侧，加机； 或，当供水温度大于设定值时，表明投入的主机 数量不够，加机 旁通水流方向和水流量 当旁通管内的水流是从供水侧流向回水侧，并且 旁通水流量达到一台主机水流量的110%，减机； Minimal pressure drop in bypass pipe 负荷侧 冷水生产侧 负荷侧 冷水生产侧 二次泵蒸发器侧定流量，用户侧变流量 加/减冷冻机， 在保证供水温度的前提下，旁通管内的水流总 是从供水侧到回水侧或者是零。 假如在T4处设一个流量传感
4、器F，则可以计算 旁通流量M： 加机时水流方向的判断： 热平衡：T1(F-M)+T3*M=T2*F M0时，也就是（T2-T1)/(T3-T1)0 也就是T2-T10 减机时水流方向和水流量的判断： 热平衡：F*T4+M*T3=(F+M)*T5 M=F*(T4-T5)/(T5-T3) T5-T30，同时M110%*一台主机的蒸发侧水 流量时 T1 T2 T5 T4 F T3 负荷侧 M 冷水生产侧 设计时，T1，T5不需要设传感器 前2种系统的问题？ 部分负荷，能耗浪费 水泵与冷冻机一一对应，不灵活 三个环路： 1.室温与末端两通阀 2.末端最不利压差与水泵变频器 3.最小流量时： 蒸发器流量
5、(或压差)与旁通阀 蒸发器侧变流量，用户侧变流量(VPF) 主机部分负荷 VS 水泵部分负荷，节能！ 每天30吨给养时 每天70 吨到过 度站 过度站 给养基地 只运30吨给养 二次泵系统一次泵变流量系统 二次泵和一次变流量系统技术比较 一次泵1 机1泵无, 因此: 减小冷冻机房 减少管道、管线等 由二次侧阻力降选泵（盘管、 控制阀、管道等） 最不利末端压差进行控制 二次侧节能 二次（输送）泵 全程阻力降选泵（蒸发器，盘管 、控制阀、管道等） 同左 全程节能 旁通管 没有阀门等阻碍物 设计为 最大 单台冷冻机流量 压差旁通阀 设计为最大单台冷冻机的最小 允许流量（额定冷量差额 50%） 加/减
6、载依据二次侧供水温度（旁通水流方向 ）/旁通水流量 电流量 流量测定旁通流量 蒸发器流量（或蒸发器压差） 冷水机组部分负荷效率比较 冷水机组性能保证 CH530控制器的控制性能 自控系统设计 一次泵变流量的可行性来自? UCP2 Feedback 7 C? UCP 2 CH 530 CH 530 Feedback 7 C? Feedforward 流量和温差的关系 Tons = gpm x T 当流量减少50%, T 加倍，在这种情况下 ， 冷冻机的控制会卸载压缩机，或者 冷冻机在安全保护下关闭 50% Flow Reduction 多机瞬时流量变化（增加一台机组时） 运行的冷冻机 台数 流量
7、变化 150% 233% 325% 4 20% 517% *当隔离阀打开时时 % 流量变化率 = 1 (运行机组台数) / (运行机组台数 + 1) With Compensation 12C 1500 m3/h 7C 1500 m3/h 12C P 1 500 m3/h 2 500 m3/h 3 一次泵变 流量系统 设计工况 12C7C 12C7C 12C7C T4 T3 T1 T2 7C 旁通阀 流量计 关闭 DDC 设定最小流量 远端压差 500 m3/h 12C 600 m3/h 7C 600 m3/h 12C P 300 m3/h 1 300 m3/h 2 off 3 12C 7C
8、TR1 TR2 TS2 TS1 7C 旁通阀 关闭 流量计 设定最小流量 机组设定温度TCS DDC系统设定温度TSS CH530 60% RLA 7C 12C 60% RLA 一次泵变流量 部分负荷 12C 600 m3/h 7C 600 m3/h 10C P 500 m3/h 1 500 m3/h 2 off 3 10C 7C TR1 TR2 TS2 TS1 7C 旁通阀 流量计 设定最小流量 机组设定温度TCS DDC系统设定温度TSS CH530 60% RLA 7C 10C 60% RLA 二次泵系统 部分负荷 7C 400 m3/h 12C 100 m3/h 7C 100 m3/h
9、 9.5C P 200 m3/h 1 2 off 3 9.5C 7C TR1 TR2 TS2 TS1 7C 旁通阀 打开 流量计 设定最小流量 机组设定温度TCS DDC系统设定温度TSS CH530 20% RLA 系统流量95%(可变) 适用于出水温度精度要求高的场合 需要注意机组出力和运行电流不符合的情况 12C 500 m3/h 7C 500 m3/h 12C P 500 m3/h 1 2 off 3 12C 7C TR1 TR2 TS2 TS1 7C 旁通阀 打开 流量计 设定最小流量 机组设定温度TCS DDC系统设定温度TSS CH530 95% RLA 加机逻辑 off 减机的
10、控制原理 减一台冷冻机依据: 系统流量 (gpm) 系统负荷 (ton) 压缩机马达运行电流 (RLA) 12C 400 m3/h 7C 400 m3/h 12C P 200 m3/h 1 200 m3/h 2 off 3 12C TR1 TR2 TS2 TS1 7C 旁通阀 关闭 流量计 12C 7C 40% RLA 7C 40% RLA 减机原理 以运行电流 为依据 DDC CH530 CH530 CH530 减机的逻辑判断 举例 2台机组运行在 40% RLA 关闭一台机组后，剩余一台机组运行在 80% RLA 判断是否关闭一台机组? Yes VPF系统优点 水泵能耗降低 系统部分负荷，
11、水泵部分负荷运行 多台水泵在低速下运行 冷冻机超量供水 产生额外冷量（由于%RLA控制） 降低冷冻机、冷却水泵、冷却塔运转时间 冷冻机与水泵单独控制 降低初投资 定流量水泵VS变流量水泵之耗电量 主机控制器的革命 节约初投资 水泵占用空间 水泵的配电线路 冷冻水管路 节约运行费用 水泵耗电 一次泵蒸发器侧变流量，用户侧变流量 一次泵变流量系统的经济优势 节省初投资 节省一次泵 减小了机房面积 节省了水泵相关的管道接管和管线 节省运行费用 比一次泵定流量系统 节省2030% 比二次泵变流量系统 节省57% 对半导体洁净工厂有更大的节能潜力 VFP systems:VFP systems:一次变流
12、一次变流 Reduces total annual plant energy 3-8%Reduces total annual plant energy 3-8% 减少机房能耗减少机房能耗3-8%3-8% Reduces first cost 4-8%Reduces first cost 4-8% 减少初投资减少初投资4-8%4-8% Reduces life-cycle cost 3-5%Reduces life-cycle cost 3-5% 减少设备周期费用减少设备周期费用3-5%3-5% * *Relative to conventional Decoupled chilled-wat
13、er systems. Relative to conventional Decoupled chilled-water systems. 一次泵变流量系统的技术关键 冷冻机的最小流量/变化率限制 冷冻水泵的最低频率 旁通调节阀最低流量控制 高性能的自控系统 机组变流量性能指标 蒸发器允许的最低流量 可允许的流量变化率 冷冻机的蒸发器最小流量 选择尽可能低最小流量的冷冻机 最小流量取决于 蒸发器类型、回程、管束尺寸 和所要求的机组效率、温差一起决定 最小流量的范围（离心机） 500 Ton：设计流量的2535% 750 Ton：设计流量的2545% 1000 Ton：设计流量的2560% 可允
14、许流量变化率 一次变流量系统中冷冻机选型的重要参数 冷冻机处理/应对流量变化的能力 定义为“每分钟相对设计流量的变化率” 可允许流量变化率越高越好 1台冷冻机开启到2台冷冻机开启引起的流量变化: 具有 2%/分钟可允许流量变化率的机组需要30分钟达到稳定 具有 10%/分钟可允许流量变化率的机组需要5分钟达到稳定 具有 30%/分钟可允许流量变化率的机组只要1.6分钟达到稳定 一次泵变流量的安全性 最小流量的保证 旁通管 保证最小流量的方法 流量的精确测定 旁通管及旁通控制阀 跳出思维定式 水泵的作用是输送冷冻水 冷冻机的作用是制造冷冻水 水泵和冷冻机的控制可以分 开! 水泵的台数 冷冻机的台
15、数 我们的优势 离心机、螺杆机都可做变流量 离心机(With Flow Compensation） 最低流量可达30% 流量变化率50%/Min 螺杆机 最低流量可达40-50% 流量变化率30%/Min 专业的自控系统 Turn Technology into Business Advantage 工程实例 ASHRAE 技术奖 (2001/3) Denver, CO - JD Edwards Columbus, OH - Capital University Others University of San Diego University of Arizona Las Vegas Fashion Mall Scores of others, large and small 国内应用案例 名称冷量备注工程类型 Intel成都封装厂3000RTon3台离心机工厂 沈阳卓展时代购物广场3000RTon4台离心机商业楼宇 Plantronics通讯科技1100RTon2台离心机，1台螺杆机工厂 中山日东电子厂2000RTon3台离心机工厂 深圳移动西丽机楼 525RTon3台螺杆机办公楼 山东威海贝尔卡特 1600RTon2台离心机工厂 广东边防大酒店1300RTon
