佛山水泵厂丨关于地埋管一次泵变流量系统控制策略研究

一、控制方式分析

常见的变流量控制方式有温差控制和压差控制。温差控制是控制蒸发器或冷凝器的进出水温差，从而实现变流量，通常温差值设置为5℃。压差控制又分为供回水总管压差控制和末端压差控制。供回水总管压差控制，即近端控制，是控制集分水器之间的压差来实现变流量；末端压差控制，即远端压差控制，是控制管网不利环路上空调设备前后的压差来实现变流量。

而地埋管网系统的主要特性是各地埋管分支不含流量调节阀，管网总阻抗不变，管网的特性曲线始终为设计工况下的特性曲线。对于地埋管系统来说，地下温度场的控制意义重大。通常，地埋管水温要控制在一个合理的范围以保证地源热泵机组的高效运行；其次，地埋管水温温差要尽可能的发挥土壤的换热能力；后，夏季释放到土壤中的热量和冬季从土壤中取出的热量要相互平衡以保证地源热泵的长期运行。佛山水泵厂综合以上三点考虑地源热泵地埋管变流量系统的控制方式则选择温差控制，同时监控地埋管水温以保证热泵机组的高效运行和土壤热平衡。

在冷冻水系统中，温差控制的缺点在于不能兼顾各个末端的负荷变化情况，从而造成舒适性的降低。但是，地源热泵地埋管水系统更注重对地下温度场的控

制，这也就大大增加了温差控制方式在地埋管水系统中的适用性。地埋管水系统

采用温差控制方式时，需要控制的点是进出水的温差还有地下水温的控制。《地源热泵系统工程技术规范》GB50366-2009中规定，夏季运行期间地埋管换热器出口高温度宜低于33℃，冬季运行期间不添加防冻剂的地埋管换热器进口低温度宜高于4℃。根据规范的规定，可以检测地埋管水温，然后开关相应的地埋管分区，确保分区不会过热或过冷。

在以定温差为控制方式的地源热泵地埋管水系统中，在地埋管进出水干管上设置温度传感器，温差是反馈信号，通过设定温差和实际温差的对比，控制定频水泵的转速或者定速泵组台数的变化，从而改变肯富来离心泵的流量以适应末端的负荷变化。图1为温差控制方式控制示意图。

二、一次泵全定速泵控制策略

全定速泵控制的特点是系统设计相对简单，易于控制，但流量变化不平滑，节能率也较低。其控制原理为：末端负荷发生变化时，地埋管侧水系统的流量需求随之发生变化。当末端负荷变小时，通过定速泵减台来减少流量损失（功率损失）；当末端负荷变大时，通过定速泵增台来增加能量供应。

佛山水泵厂以3台定速泵为例说明一次泵全定速泵组合的水泵控制流程。图2中，曲线①、②、③分别为一台、两台、三台定速泵的联合运行曲线，每一台定速泵负责一个地埋管分区，曲线I、II、III分别为不同流量下的管网特性曲线（由于水泵与分区一一对应，故也为不同分区数下的管网特性曲线），a1、a2、a3分别为不同流量下的运行工况点。

启泵过程：a1→a2→a3。开启地源热泵空调系统的初期，末端负荷不大，此时启动一台定速泵和一个地埋管分区，系统运行工况点为a1。当末端负荷慢慢加大，位于主机地埋管进出水总管上的温度传感器讲测出的温度数据反馈到系统控制器中，若分析出流量需要加大，则加开一台肯富来离心泵和一个地埋管分区，系统运行工况点为a2。当末端负荷继续加大并达到满负荷时，继续以上的动作，至系统运行工况点a3。

三、一次泵全变速泵控制策略

相对于全定速泵控制，全变速泵控制不仅进行水泵的台数控制，而且进行水泵的频率调节。改变水泵频率可以增加系统的节能率，减少水泵功率损失。其节能效果显著，但控制上较为复杂，初投资也较高。

以3台变速泵为例说明一次泵全变速速泵组合的水泵控制流程。曲线①、②、③分别为一台、两台、三台变速泵的联合运行曲线，曲线I、II、III为开关不同地埋管分区时的管网特性曲线，a11、a21、a31分别为不同流量（不同分区）下的设计运行工况点，a12、a22、a32分别为不同流量下的变频频率下限时的运行工况点。

启泵过程：a12→a11→a22→a21→a32→a31。开启地源热泵空调系统的初期，末端负荷不大，此时启动一台定速泵和一个地埋管分区，系统运行工况点为a12。若地源热泵机组输出流量达到小值，而且泵组的流量大于机组流量，则多出的流量从旁通管中通过。当末端负荷慢慢加大，变频器变频，运行工况点沿a12向a11变化，到达a11时为一台肯富来管道泵的设计运行工况点。当末端负荷继续增大，则控制器判断流量需要继续增大，跳到a22运行，达到两台变速泵变频下限的运行工况点。末端负荷一直加大到满负荷，则重复上述的控制动作，知道工况点跳到a31，即设计大负荷运行工况点。

停泵过程：a31→a32→a21→a22→a11→a12。初系统处于满负荷状态，运行工况点为a31，三台变速泵和三个地埋管分区全开。当末端负荷减小带动主机流量减小，经过控制器对地埋管进出水温差的分析，变频器变频，系统运行工况点变为a32。负荷继续减小，后使流量减少到一台变速泵速泵的流量，则经过减台减区变频一系列动作，系统运行工况点变为a12。

变频器变频策略：变速水泵确实能够大大的提升节能率，但变频水泵效率为水泵效率、电机效率、变频器效率三者的乘积，而若水泵的转速调得过低，则会导致变频器效率和电机效率的骤减，此时变速后带来的能耗节约已经被很低的变频器效率和电机效率带来的能耗增加所抵消，水泵总效率下降，故变速水泵应设定频率变化下限。根据佛山水泵厂的研究，以比转速来作为变速泵调速的参考值，建议变频调速水泵的比转速应设置在0.4到1之间。

主机加减台控制策略：地源热泵主机加减台可以应根据供回水干管上的水温温差或压差来控制。系统负荷变化过程中变速水泵台数和主机台数的对应关系则需根据变频区间具体分析。

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