1、建筑供熱系統(tǒng)供回水壓差控制值的計算方法一供熱水泵轉(zhuǎn)速的控制摘要越來越多的集中供熱小區(qū)的二級供熱水泵安裝了變頻裝置，通過變頻裝置調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速以保持系統(tǒng)所需的供回水壓差、回水溫度或循環(huán)水量。供回水壓差、回水溫度以及循環(huán)水量的控制值往往被設(shè)為定值，或根據(jù)室外空氣溫度變化來設(shè)定，目前國內(nèi)外有些建筑供回水壓差控制值是根據(jù)循環(huán)流量設(shè)定的。然而很多情況下，這些控制值不是因為太小而無法保證供熱系統(tǒng)對供回水壓差的需求，就是因為太大而導(dǎo)致無用能耗。本文分析比較了供熱水泵轉(zhuǎn)速控制的幾種方法，其中由循環(huán)水量決定建筑供熱系統(tǒng)供回水壓差控制值的方法反映了建筑熱負(fù)荷的變化，因而要比其它方法節(jié)能。本文還給出了該方法的詳細(xì)計算

2、過程。關(guān)鍵詞供熱系統(tǒng)供回水壓差變頻裝置水泵轉(zhuǎn)速TheHeatingHotWaterBuildingDifferentialPressureSetpointCalculation一HeatingHotWaterPumpSpeedControlChenggangLiu1,HaifengHuang1,Heinz-AxelGuo2(1.SchoolofEnvironmentalScienceandEngineering,SuzhouUniversityofScienceandTechnology,Suzhou215011,China;2.KlimasystemtechnikCo.,Ltd,Kunsha

3、n215300,China)AbstractMoreandmorevariablefrequencydevices(VFD)arebeinginstalledonbuildingheatinghotwaterpumpsincentralheatingdistricts.Thosepumpspeedsarevariedtomaintainhotwaterbuildingdifferentialpressure(DP)orreturntemperatureorflowrateattheirsetpoints.ThehotwaterDPsetpointorreturntemperaturesetpo

4、intorflowratesetpointwasaconstantvalueorresetbasedonoutsideairtemperature.Insomebuildings,thehotwaterDPsetpointswereresetbasedonflowrate.ButinmanyinstancesthosesetpointscheduleswereeithertoolowtomaintainenoughbuildingDPrequirementortoohighandconsumedexcessenergy.Amongthepumpspeedcontrolmethodscompar

5、edinthispaper,thebuildingDPresetschedulebasedonflowratesavesenergythantheothermethods,becauseitisachievedbytrackingtheloadchange.AlsothedetailedcalculationprocedureforthebuildingDPresetschedulebasedonflowrateisgeneratedinthepaper.Keywords:Heatingsystem;DifferentialPressure(DP);VariableFrequencyDevic

6、es(VFD);PumpSpeed0引言在供熱水泵上安裝變頻裝置可以調(diào)節(jié)供熱水泵的轉(zhuǎn)速，從而保持建筑供熱系統(tǒng)所需的供回水壓差、回水溫度或者循環(huán)水量。供熱水泵變頻調(diào)速運行與定速運行相比，具有以下優(yōu)點：1、在建筑部分熱負(fù)荷條件下，耗電量要比水泵定速運行時小得多；2、可以防止供熱系統(tǒng)超壓，從而大大減小水泵的維修率以及控制閥和系統(tǒng)的漏水量。因此，在集中供熱的建筑小區(qū)中，變頻裝置作為有效的節(jié)能手段，已在越來越多的二級供熱水泵上得到了使用1。然而很多情況下，由于決定變頻水泵轉(zhuǎn)速的控制值沒有得到合理的確定和計算2,變頻系統(tǒng)的節(jié)能效果遠(yuǎn)未能充分、有效地發(fā)揮。1供熱水泵轉(zhuǎn)速控制方案比較多數(shù)情況下，供熱水泵變頻裝

7、置的作用是用來改變水泵轉(zhuǎn)速以維持建筑供熱系統(tǒng)供回水壓差在其控制值（即供熱系統(tǒng)供回水壓差控制值，以下簡稱“壓差控制值"）3,4二圖1給出了建筑供熱系統(tǒng)的供回水壓差控制原理，能源管理系統(tǒng)接收供回水管上壓力傳感器發(fā)送的信號，在將測定壓差值與設(shè)定的壓差控制值做比較后，對變頻器和可調(diào)總控制閥的控制器發(fā)出相應(yīng)指令，其控制邏輯5如下：當(dāng)小區(qū)熱網(wǎng)供回水壓差高于建筑供熱系統(tǒng)壓差控制值時，能源管理自控系統(tǒng)會將水泵自動關(guān)停，利用小區(qū)熱網(wǎng)水壓滿足建筑供熱要求。同時，利用建筑供熱系統(tǒng)總控圖1.變頻水泵控制供熱系統(tǒng)供回水壓差制閥來控制供回水壓差，并協(xié)助小區(qū)供熱管網(wǎng)的壓力平衡。當(dāng)小區(qū)熱網(wǎng)供回水壓差低于建筑供熱系統(tǒng)

8、壓差控制值時，供熱系統(tǒng)總控制閥完全打開，水泵自動啟動，并利用變頻裝置控制供回水壓差?？梢?，壓差控制值的設(shè)定大小將直接影響水泵的運行狀態(tài)，從而也會影響系統(tǒng)的節(jié)能效果。目前主要有以下幾種設(shè)定方法：1）將壓差控制值設(shè)定為恒定值。為保證系統(tǒng)最大負(fù)荷時的安全運行，應(yīng)將此時運行所需的供回水壓差作為壓差控制值，此設(shè)定方法雖然簡單，但當(dāng)系統(tǒng)在部分負(fù)荷運行時，會導(dǎo)致較多的能量浪費，因此不推薦采用。2）根據(jù)環(huán)境溫度來確定供回水壓差控制值。此法適用于建筑熱負(fù)荷主要取決室外空氣溫度的情形，即圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱負(fù)荷占建筑熱負(fù)荷的主導(dǎo)地位的建筑。表1是某建筑供熱系統(tǒng)根3）根據(jù)供熱單元上的控制閥開啟度控制水泵轉(zhuǎn)速。圖2為通過保持各

9、供熱單元控制閥開啟度處于設(shè)定值（如95%）來控制水泵轉(zhuǎn)速的邏輯原理：能源管理系統(tǒng)監(jiān)測所有控制閥開啟狀態(tài)，并把閥門最大開啟度要求預(yù)先置入其水泵轉(zhuǎn)速控制回路中，控制回路可以對水泵變頻控制器輸出指令信號。當(dāng)小區(qū)供熱管網(wǎng)壓力足以維持閥門最大開啟度時，關(guān)閉水泵，并由建筑總控制閥來維控制器總控制閥圖2.變頻器能源管理系統(tǒng)據(jù)室外空氣溫度設(shè)定壓差控制值的例子，顯然這是一種易于操作的方法，但對于內(nèi)熱源較大的建筑（如體育館，實驗室、數(shù)據(jù)中心等），用這種方法控制水泵的轉(zhuǎn)速是不經(jīng)濟(jì)的。表1某建筑供熱系統(tǒng)壓差控制值室外空氣溫度（C）10152132壓差控制值（KPa）6956.241.628持閥門開啟度處于設(shè)定值。此控

10、制方法能較好地保證供熱系統(tǒng)運行節(jié)能性，但如果系統(tǒng)某一控制閥失靈而不能全部開啟，或被人為地完全開啟，在問題得到完全解決前，水泵將保持全速運轉(zhuǎn)，因而會造成大量無用能耗。差壓水回供水泵特性曲線口系統(tǒng)特性曲線1a/A90%B70%循環(huán)水量（Q圖3.變頻水泵工作原理4）根據(jù)循環(huán)水量確定壓差控制值。圖3表示了系統(tǒng)循環(huán)水量與所需壓差的關(guān)系：A點是建筑較高熱負(fù)荷時的水泵工作點，當(dāng)負(fù)荷減小時，循環(huán)水量減小，變頻水泵也隨之降低轉(zhuǎn)速，使水泵工作點從A沿著系統(tǒng)特性曲DPsp=kQ2(1)線移至B,從而維持系統(tǒng)此時所需較低的供回水壓差。供熱系統(tǒng)循環(huán)水量和供回水壓差間存在的定量關(guān)系，為循環(huán)水量法確定壓差控制值提供了可操作

11、性。壓差控制值可按式（1）計算：式中DPp壓差控制值（Kpa）;Qi-系統(tǒng)循環(huán)水量（mf/h）;k供熱系統(tǒng)特性系數(shù)。實際工程中，供熱系統(tǒng)的特性系數(shù)k可按式（2）計算:2k=DPmax/Qmax式中Qax系統(tǒng)最大熱負(fù)荷日的循環(huán)水量（m/h）；DFU當(dāng)循環(huán)水量達(dá)到Qnax時測出的供回水壓差（Kpa）。建筑熱負(fù)荷增加或減少時，循環(huán)水量將隨之相應(yīng)地增加或減少，根據(jù)式（1）,壓差控制值也會隨之變化。因此，循環(huán)水量法確定壓差控制值與其它方法相比，能客觀、準(zhǔn)確地反映建筑熱負(fù)荷的變化，可以更大程度地發(fā)揮變頻泵的節(jié)能效果。2循環(huán)流量法壓差控制值的計算方法2.1計算準(zhǔn)備分析式（1）、式（2）可知，由循環(huán)流量計算壓

12、差控制值，關(guān)鍵在于系統(tǒng)特性系數(shù)k的確定，這需要測定在建筑設(shè)計熱負(fù)荷條件下（各供熱末端裝置均達(dá)到設(shè)計水量和壓降時）供熱系統(tǒng)的總循環(huán)水量和供回水壓差值。為此，在計算k值之前，須完成下列事宜：1）實測準(zhǔn)備：熟悉供熱系統(tǒng)，清楚控制閥、平衡閥，流量計和壓力傳感器等位置；檢查供熱系統(tǒng)流量計和壓力傳感器工作是正常；確保水泵運行狀態(tài)良好；排除管道系統(tǒng)中的空氣；反沖洗供熱末端裝置。2）供熱末端裝置設(shè)計值資料準(zhǔn)備：了解各供熱末端裝置的設(shè)計水流量和設(shè)計壓降；供熱末端裝置的實際流量將通過其壓降計算出來；如果水泵流量小于末端裝置總循環(huán)水量，應(yīng)以式（3）修正末端裝置的設(shè)計壓差值：DPcor=(Qp/£Qu)2&

13、quot;Pdes(3)式中DPor供熱末端裝置設(shè)計壓差修正值（Kpa）；DPes供熱末端裝置設(shè)計壓差（Kpa）；Q水泵流量（m/h）;5Q供熱末端裝置總循環(huán)水量（m3/h）。2.2供熱系統(tǒng)水力平衡調(diào)試供熱系統(tǒng)水力平衡調(diào)試應(yīng)使系統(tǒng)中所有末端裝置基本達(dá)到且不超過設(shè)計負(fù)荷的狀態(tài)，其目的是保障系統(tǒng)最佳節(jié)能效果，調(diào)試步驟如下：1）完全打開建筑供熱系統(tǒng)總控制閥、手動閥，完全打開每個供熱末端裝置的熱水控制閥、平衡閥和手動閥；2）將循環(huán)水泵轉(zhuǎn)速調(diào)到100%3）測量距離水泵最近的末端供熱裝置的壓降，如果泵房在建筑的下部，第一個末端裝置可能在地下室或一樓。比較測量得到的末端裝置的供回水壓差和其設(shè)計壓差，如果測量

14、壓差高于設(shè)計壓差，調(diào)節(jié)該末端裝置的平衡閥使其達(dá)到期望壓差。如果沒有平衡閥，可以用調(diào)節(jié)控制閥代替；4）和步驟3相同，對這層樓的其余供熱末端裝置進(jìn)行壓差測量，并進(jìn)行必要的水力平衡；5）對該建筑中的其它樓層上的供熱末端裝置，重復(fù)步驟3至步驟4,進(jìn)行壓差測量和水力平衡，直到頂層為止；6）測量系統(tǒng)最后一個供熱末端裝置（位于建筑頂層或屋頂）壓差，這個壓差值應(yīng)該等于或高于其設(shè)計值，如果測量的壓差高于設(shè)計值，降低水泵的轉(zhuǎn)速使測量壓差等于或接近設(shè)計值；7）重復(fù)步驟3至步驟6,直到所有供熱末端裝置測量壓差與其設(shè)計值接近。如果在步驟6中降低了水泵轉(zhuǎn)速，從一樓到頂樓當(dāng)中的某些末端裝置的測量壓差可能低于其設(shè)計值。在這種

15、情況下，首先要通過打開末端裝置的平衡閥來增加其壓差，使其達(dá)到設(shè)計值，如果平衡閥完全打開時的測量壓差仍然低于設(shè)計值，就需要提高水泵轉(zhuǎn)速來增加其壓差，并且重新進(jìn)行水力平衡。2.3壓差控制值計算1）通過水力平衡調(diào)試，所有供熱末端裝置測量壓差與設(shè)計值一致時，分別讀取供熱系統(tǒng)的總循環(huán)水量、系統(tǒng)的供回水干管壓力；2）根據(jù)式（1）和式（2）以及測量所得數(shù)據(jù)，建筑供熱系統(tǒng)熱水壓差控制值按式（4）計算：2DPsp=（;嚴(yán)+K（4）Qbl式中DPp、Q-同式（1）說明；PS供水干管壓力（Kpa）;R回水干管壓力（Kpa）;3Qi-系統(tǒng)水力平衡倜試后總需環(huán)水量（m/h）;Rdd壓差控制值的附加壓力，用以滿足各個控制

16、閥實現(xiàn)控制熱水流量的需要，根據(jù)工程經(jīng)驗取值范圍為510Kpa。結(jié)論1）用建筑供熱系統(tǒng)循環(huán)水流量決定系統(tǒng)的供回水壓差控制值的水泵轉(zhuǎn)速控制方案，可以客觀、準(zhǔn)確地反映建筑熱負(fù)荷的變化，因而比其它轉(zhuǎn)速控制方案更節(jié)能。2）在對建筑供熱系統(tǒng)水力平衡調(diào)試，并測定系統(tǒng)總循環(huán)流量和供回水壓差值后，可以計算得到系統(tǒng)供回水壓差控制值。參考文獻(xiàn)1郭曙光.兩級供熱管網(wǎng)系統(tǒng)中水泵的變頻調(diào)速控制模式J.節(jié)能，1997（6）:19-212 LarryTillack,JamesB.Rishel,etal.ProperControlofHVACVariableSpeedPumpJ.ASHRAEJournal,Nov.1998:41-473 C.Liu,HomerL.Bruner,etal.TheChilledWaterandHotWaterBuildingDeferentialPressureSetpointCalculationChi