提要：
本文试图解决一次泵水系统变频中的两个关键性问题：1.冷机是否可适应水侧的变流量运行。2.变流量运行对冷机COP和整个系统的影响。通过对冷机厂家的技术调研、冷机变流量运行的热力学模型分析以及整个一次泵水系统变流量运行的技术经济比较，消除了人们对于冷机不能适应变流量工况的担心，指出水侧在一定范围内变流量运行不会给冷机COP带来明显影响（流量减至设计流量的60%，COP下降不到10%），而整个水系统的节能效果则是相对显著的，进而从技术和经济上论证了部分负荷时一次泵水系统采取变频运行的可行性，并通过计算，得出了水泵能耗占空调水系统总能耗20%以上时可以达到节能的效果。另外，本文对实际工程提出了一些技术要求。
关键词：冷机，一次泵水系统，变流量，COP一、 前言
在当前的空调水系统设计中，变流量节能的概念可谓已深入人心。在国内多年的变流量设计或者改造工程中，二次泵水系统使用变频水泵得到了普遍的认可，但一次泵变频却始终得不到推广。实际上，相对二次泵系统，一次泵系统中使用变频水泵有许多有利条件，如设备初投资和占地比较少，对运行调节和自控系统要求较低。另外，根据Thomas B.Hartman的观点，较之二次泵系统，一次泵系统变流量在运行中更为高效[1]。
目前，一次泵变频技术的推广相当有限，究其原因，不外乎有以下几点担心，其中以第一点和第二点最为关键：
1、 流量运行会对冷机运行产生不利影响。水侧流量变化可能会导致蒸发器（或冷凝器）的换热效率降低，并产生结冻危险。
2、 冷机水侧变流量后COP会明显下降，抵消水泵所节省的能量，使整个系统节能效果不突出，甚至是不节能的。
3、 变频会对整个大楼电网带来不利冲击。
4、 初设计的问题。 在这种情况下，有必要对这些问题进行深入研究，以论证一次泵变频的可行性。
二、 可变流量冷机产品技术调研分析
随着冷机控制技术的发展，冷机蒸发器和冷凝器内的流量已经允许在一定范围内变化，一般为设计流量的30%～130%。例如在日立的水冷螺杆式冷水机组样本中，就已明确给出不同型号冷机允许变流量的范围，如表1所示。
此外，日立的测试数据表明，当冷却水出口温度保持恒定时，冷冻水流量和冷却水流量分别变化为原来的83%和85%时，冷机COP下降了约0.4左右，下降幅度约9%，其中包括冷冻水出水温度降低（下降约5℃）造成的COP下降。
对开利、顿翰布什等厂家冷机产品的调研结果与基本符合以上的结论，即：冷机允许蒸发器、冷凝器水侧流量的变化范围为设计流量的30～50%；同时，流量变化时冷机COP变化幅度不超过10%。冷机蒸发器允许的最大和最小水流量（m3/h） 表1五、一次泵变频中的注意事项
一次泵水系统中是通过一次泵变频来实现的。通过笔者对中外文献的调研，在一次泵系统变频设计和改造的实际工程中，要注意以下几方面的问题。
1、 尽量保证与相似工况点近似，才能达到最佳的节能效果。
2、 系统在制冷量低于最小临界负荷时不能运行。
3、 流量降低有所控制，不能使流动呈层流状态。
4、 要保证满足系统从最小到最大负荷，全流量范围内的所有扬程。
5、 水泵程序化运行，要保证水泵的最高效率和最小的径向推力。
6、 设计改造时，要能够提供出整个泵装置电力配线与水系统结合后的效率评估，以备查询计算。
7、 负荷计算时记录逐时负荷，为变频设计制定参考值。
六、结论
本文在调研和计算的基础上得出了以下结论：
1、 目前有许多冷机可以在变流量的情况下工作，且对冷机的COP影响不大。根据厂家产品样本提供的数据，变化幅度不超过10%。
2、 用热力学分析的方法得出，冷冻水流量变化为原流量的60%，蒸发温度下降只有1℃，COP下降幅度小于10%，与样本数据相符。
3、 虽然冷机本身的COP会随冷水流量降低而略有减少，但由于泵耗的大幅度降低，对整个系统而言，总体能耗减少。并且泵耗所占比例越大，节能效果越明显。泵耗在20%以上，变流量都会带来系统的能量节省。
总之，一次泵水系统变流量运行在实际工程中的应用完全是切实可行的，它不会对冷机性能带来明显的不利影响，而从整个水系统的角度出发，可以实现节能的目的。
七、参考文献
1、 Thomas B. Hartman, P.E, Design issues of variable chilled-water flow through chillers, ASHRAE Transactions: Symposia, v102.n2. 1996,679-683.
2、 郭庆堂、吴进发等，实用制冷工程设计手册，p315，北京，中国建筑工业出版社，1997.
3 高养田，空调变流量水系统设计技术发展，暖通空调，1996，3，p21.
4、 J.M. Gordon, K.C. Ng, H.T. Chua, C.K. Lim, How varying condenser coolant flow rate affects chiller performance: thermodynamic modeling and experimental confirmation, ASHRAE Transactions: Symposia, Thermal Engineering 20(2000), 1149-1159.
符号
Q----冷机的制冷量 W1----所有运行冷机的总耗功，Kwh
W2-----所有运行的冷却水泵、冷冻水泵和冷却塔的总功耗，Kwh
th----冷冻水回水温度 Q实----实际负荷、实际冷机制冷量
Q设----设计负荷、设计冷机制冷量 te-----制冷剂蒸发温度
G实-----实际冷冻水流量 G设-----设计冷冻水流量
A----蒸发器传热面积 K-----蒸发器传热系数
----相对流量 ---相对负荷