张再鹏1 陈焰华1 符永正2
（1武汉市建筑设计院 2武汉科技大学）
摘 要： 提出了管网控制概念，并根据水泵控制和旁通控制的组合，给出了7种管网控制方式。分析了各种管网控制方法的管网特性曲线和节能性。将管网分成3大类，分析了各类管网宜采用的管网控制方法。
关键词： 水泵控制 旁通控制 管网控制 最不利支路
1 概述
一次泵变流量系统常用的水泵控制方法有温差控制法和压差控制法。温差控制法是根据干管内供回水温差信号控制水泵变频调节的水泵控制方法，压差控制法是根据供回水管道之间的压差信号控制水泵变频调节的水泵控制方法。根据压差控制点位置的不同，压差控制法又分为根据供回水干管之间的压差信号控制水泵变频调节的压差控制法（简称干管压差控制法），和根据最不利支路两端的压差信号控制水泵变频调节的压差控制法（简称末端压差控制法）。
这三种水泵控制方法的节能性是研究的一个热点，通过研究各控制方法的管网特性曲线，取得了较一致的结论[1～4]：图1是这三种控制方法的管网特性曲线，其中曲线1是干管压差控制法的管网特性曲线，压差设定值为0；曲线2是末端压差控制法的管网特性曲线，压差设定值为b1；曲线3是温差控制法的管网特性曲线，压差设定值为b2。由于压差设定值对水泵能耗存在影响，压差设定值大，则能耗大，压差设定值小，则能耗小[5]，因此，曲线3对应的水泵能耗>曲线2对应的水泵能耗>曲线1对应的水泵能耗。
图1 管网特性曲线
但是管网有时还需要考虑旁通控制（将另文说明），例如末端设备主要采用流量可调性阀门的系统。旁通控制法分为压差旁通法和温差旁通法。压差旁通法根据供回水管道之间的压差信号，控制流过旁通管的流量，来平衡用户侧和冷热源侧温差。温差旁通法根据干管内供回水温差信号，控制流过旁通管的流量，来平衡用户侧和冷热源侧温差。旁通控制对管网特性曲线也存在影响，因此，图1种的管网特性曲线并不能涵盖所有情况。本文将从旁通控制入手，深入分析各种情况的管网特性曲线和系统的节能性。
2 管网控制方法
在管网中，有控制水泵变频调节的水泵控制，某些系统中还有平衡用户侧和冷热源侧温差的旁通控制，将两者的组合称为管网控制。
管网控制中，当采用压差旁通时，不能采用压差控制法控制水泵，当采用温差旁通时，又不能采用温差控制法控制水泵，因此，当需要旁通控制时，管网中要么有压差控制，要么有压差旁通，总之必存在控制某两点间压差恒定的技术措施。
压差控制分为干管压差控制和末端压差控制，压差旁通也可以分为干管压差旁通和末端压差旁通，只是旁通管设置的位置不同而已。干管压差旁通的旁通管设置在供回水干管之间，而末端压差旁通的旁通管设置在最不利支路两端。因此有旁通控制的管网中依然存在b1和b2两种不同的设定值。
根据水泵控制和旁通控制的组合，管网的控制方法有：
1无旁通的温差控制法，简称为控制方式1；
2无旁通的末端压差控制法，简称为控制方式2；
3无旁通的干管压差控制法，简称为控制方式3；
4末端压差旁通的温差控制法，简称为控制方式4；
5干管压差旁通的温差控制法，简称为控制方式5；
6温差旁通的末端压差控制法，简称为控制方式6；
7温差旁通的干管压差控制法，简称为控制方式7。
3 管网特性曲线及节能性比较
无旁通的管网控制中，管网特性曲线如图1所示，在此不在赘述，下面介绍有旁通的管网控制中，各种控制方法的管网特性曲线。
3.1 控制方式4、控制方式6
控制方式4的原理如图2所示，控制方式6的原理如图3所示，由于压差控制点都在最不利支路两端，因此管网的压差设定值都为b1，管网特性曲线较接近图1中的曲线2。但是与控制方式2相比，部分负荷时，控制方式4和控制方式6的旁通流量流过的路径有所不同。
由于同一部分负荷时，控制方式2、4、6的供回水温差相同，因此，同一部分负荷时，这三种控制方式的总流量相等，即有旁通时，各支路的流量与旁通流量之和等于无旁通时的各支路流量之和。这时控制方式2可以看成是有旁通流量的系统，只是旁通流量分别从各支路流过而已。而控制方式4的旁通流量则全部流过用户侧的各段干管，增大了干管的阻力损失，因此其总阻力损失大于控制方式2，节能性略差。控制方式6的旁通流量直接经过旁通管回到机组，因此，用户侧各段干管的流量较小，其总阻力损失小于控制方式2，节能性略好。这两种控制方式的管网特性曲线对应图4中的曲线4和曲线6。
图2 控制方式4控制原理图
图3 控制方式6控制原理图
图4 管网特性曲线
3.2 控制方式5、控制方式7
控制方式5的原理如图5所示，控制方式7的原理如图6所示，由于压差控制点都在供回水干管之间，因此管网的压差设定值都为b2，管网特性曲线较接近图1中的曲线3。但是与控制方式3相比，部分负荷时，控制方式5和控制方式7的旁通流量流过的路径有所不同。
分析方法同上，也可以将控制方式3看成是有旁通流量的系统，只是旁通流量分别从各支路流过而已。因此，控制方式3中，旁通流量需要流过用户侧供回水干管，增大了干管的阻力损失，能耗较大。而控制方式5和控制方式7的旁通流量直接流过旁通管而没有流过供回水干管，因此其能耗较小。控制方式5和控制方式7的旁通流量经过的路径相同，因此两者的能耗相同。这两种控制方式的管网特性曲线对应图4中的曲线4、7。
图5 控制方式5控制原理图
图6 控制方式7控制原理图
3.2 管网控制方式的节能性
从图4中可以明显看出，7种管网控制方式的节能性大小顺序为：
控制方式1>控制方式6>控制方式2>控制方式4>控制方式5、控制方式7>控制方式3
4 管网控制方法的选择
选择合适的管网控制方式，首先要确定系统是否需要设置旁通控制。无需旁通控制时，可供选择的控制方式有控制方式1、2、3。需要旁通控制时，可供选择的控制方式有控制方式4、5、6、7。根据管网是否需要设置旁通控制及管网的复杂性，将管网分成三大类，分别介绍各类管网宜采用的控制方法。
（1）无需旁通控制的系统，就是末端设备主要采用通断控制型阀门的系统，例如采用该阀门的风机盘管系统。该系统宜采用控制方式1，具有最高的节能性。该系统不宜采用控制方式2，原因有二：
1控制方式2中，旁通流量需要经过各段干管，可能会使远端干管的流量超过设计流量（异程系统较明显），因此设计管网时，需要加大这部分干管的管径，增加投资。
2由于该系统采用通断控制型阀门，阀门开启或关闭的瞬间会造成水压波动，阀门越少，则波动越大[6]。控制方式2是控制最不利支路两端的压差，支路内的阀门较少，因此其压差波动较大，此压差信号不宜用作控制水泵变频的信号。
（2）需要旁通控制的系统，就是末端设备主要采用流量可调型阀门的系统。该系统宜采用控制方式6，具有最高的节能性。当采用控制方式4时，依然存在远端干管的流量超过设计流量的问题，并且把旁通控制布置在最远端时，布置相对困难。
（3）对于大型空调水系统，往往需要在分、集水器之间分几个支路，并且各支路的空调使用高峰时间是错开的，因此该系统的最不利支路（指任意时刻阻力最大的支路，而不是指各支路在设计流量下阻力最大的支路）很难确定，或者在不同的时刻，最不利支路有所不同。各支路有的可能不需设置旁通控制，有的需要设置旁通控制，因此该系统也属于有旁通控制的系统。该系统宜采用控制方式4，当采用控制方式6时，最不利支路难以确定，或者在变化，因此，系统中需要设置多套压差控制装置，并设计各控制之间的切换，从而增加了系统的复杂性。当某个最不利支路内采用通断控制型阀门时，依然存在压差波动过大的问题。
5 结论
压差控制法和温差控制法的管网特性曲线需要考虑旁通控制的影响，水泵控制和旁通控制组合考虑后，构成了7种管网控制方式。
7种管网控制方式的节能性大小顺序为：无旁通的温差控制法>温差旁通的末端压差控制法>无旁通的末端压差控制法>末端压差旁通的温差控制法>干管压差旁通的温差控制法和温差旁通的干管压差控制法>无旁通的干管压差控制法。
选择管网控制方式时，需综合考虑节能性和适用性。无需旁通控制的系统，宜采用无旁通的温差控制法；需要旁通控制的系统，宜采用温差旁通的末端压差控制法；当系统大而最不利支路难以确定时，宜采用末端压差旁通的温差控制法。
参考文献
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[3] 伍小亭，芦岩. 循环水泵变频调速运行实例研究[J]. 暖通空调，2006，36（8）：25－32
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[5] 符永正，吴克启. 背压对泵与风机变速调节节能效益的影响[J]. 暖通空调，2004，34(3)：70－72 [6] 朱伟峰，江亿. 电磁阀通断控制的风机盘管水系统整体水力和热力特性分析[J]. 暖通空调，2003，
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