Распределенная накачка: снимаем ногу с тормоза

Если рассматривать энергопотребление коммерческих зданий, охлаждение помещений является одним из крупнейших потребителей электроэнергии. Центральное охлаждение используется в больших зданиях, где установка охлажденной воды может потреблять от 20% до 30% общей электроэнергии здания. Насосы необходимы для подачи охлажденной воды к вентиляционным установкам здания.

В настоящее время наиболее распространенной конструкцией охлажденной воды является система переменного первичного расхода (VPF). Упрощенный пример этой конструкции показан на рисунке 1. Вода прокачивается через чиллеры, распределяется по вентиляционным установкам здания, а затем возвращается к насосам. При такой конструкции напор насоса должен быть достаточным для преодоления потерь на трение в охладителях, трубопроводах, змеевиках обработки воздуха, регулирующих и балансировочных клапанах. Наиболее распространенным методом управления насосами с регулируемой скоростью является регулирование давления с помощью датчика перепада давления, стратегически расположенного в системе трубопроводов. Когда поддерживается постоянный перепад давления, к каждой вентиляционной установке подается достаточное давление и достаточный поток. Когда потребность в потоке охлажденной воды от воздухообрабатывающих установок ниже минимальной потребности в расходе чиллера, необходимо открыть перепускной клапан, чтобы обеспечить защиту чиллеров.

До того, как конструкции VPF стали более распространенными, первичные/вторичные системы были стандартом для систем охлажденной воды и до сих пор учитываются при проектировании. Упрощенный пример постоянной первичной/переменной вторичной системы показан на рисунке 2. Для конструкции этого типа требуется два комплекта насосов. Первичные насосы подают воду через основной контур чиллера. Этим насосам необходимо обеспечивать достаточный напор только для преодоления потерь в трубах, фитингах и клапанах, а также потерь давления через чиллеры. Вторичные насосы подают воду к вентиляционным установкам, где головка насоса должна преодолевать потери на трение через трубопроводы, змеевики воздухообрабатывающего устройства, регулирующие и балансировочные клапаны. Как и в системе VPF, датчик перепада давления устанавливается в стратегически важном месте для поддержания достаточного давления и обеспечения достаточного потока для каждой вентиляционной установки (AHU).

Как VPF, так и первичная/вторичная системы предполагают использование регулирующих и балансировочных клапанов для обеспечения надлежащего потока к каждой вентиляционной установке. На изображении 3 показано типичное расположение змеевиков вентиляционной установки. Постоянная температура выходящего воздуха (LAT) поддерживается с помощью модулирующего регулирующего клапана. Увеличение температуры возвратного и/или наружного воздуха приведет к увеличению температуры выходящего воздуха, что потребует дополнительного охлаждающего потока, и в этом случае регулирующий клапан перейдет в более открытое положение. Аналогичным образом, уменьшение количества рециркулирующего воздуха и/или наружного воздуха приведет к снижению температуры выходящего воздуха, и регулирующий клапан перейдет в более закрытое положение.

Чтобы обеспечить надлежащий поток в змеевик, насос должен обеспечивать достаточный напор для преодоления потерь давления через змеевик, регулирующие и балансировочные клапаны. Для обеспечения потока на регулирующем клапане должен существовать перепад давления. Если падение давления на полностью открытом клапане не составляет достаточно большого процента от общей потери напора в системе, поток жидкости будет незначительным до тех пор, пока клапан фактически не закроется. Если требуется хороший контроль, регулирующие клапаны должны быть выбраны в соответствии с производительностью охлаждающего змеевика. Общее практическое правило для обеспечения хорошего управления заключается в выборе клапанов таким образом, чтобы при расчетном расходе от 25% до 50% общего падения давления в системе поглощалось регулирующим клапаном. Регулирующие клапаны меньшего размера могут привести к хорошему авторитету клапана/хорошему управлению, но могут оказаться не в состоянии обеспечить достаточный поток во время пиковых нагрузок, тогда как регулирующие клапаны слишком большого размера могут привести к плохому управлению.

Одним из способов избежать проблем с регулирующими и балансировочными клапанами является их устранение. На рисунке 4 показано, как регулирующий и балансировочный клапан можно заменить интеллектуальным насосом со встроенными органами управления. Благодаря такой конструкции тот же датчик температуры, который был подключен к регулирующему клапану, теперь можно подключить непосредственно к насосу. Интеллектуальный насос с регулируемой скоростью может регулировать скорость вращения для поддержания заданной температуры выходящего воздуха. Он буквально выполняет ту же функцию, что и регулирующий клапан, но при гораздо более низком рабочем давлении. Обратный клапан предотвращает обратный поток на сторону подачи, если агрегат не используется. Аналогия с разницей между ними заключается в том, что регулирующий и балансировочный клапаны представляют собой тормоза в автомобиле, а насос представляет собой педаль газа (акселератора). Вместо того, чтобы одновременно нажимать на газ и тормозить, интеллектуальный насос просто подает количество газа, необходимое в этом случае для поддержания скорости или заданного значения.