摘要：本文試圖解決一次泵水系統變頻中的兩個關鍵性問題：1.冷機是否可適應水側的變流量運行。2.變流量運行對冷機COP和整個系統的影響。通過對冷機廠家的技術調研、冷機變流量運行的熱力學模型分析以及整個一次泵水系統變流量運行的技術經濟比較，消除了人們對於冷機不能適應變流量工況的擔心，指出水側在一定範圍內變流量運行不會給冷機COP帶來明顯影響（流量減至設計流量的60？COP下降不到10？，而整個水系統的節能效果則是相對顯著的，進而從技術和經濟上論證了部分負荷時一次泵水系統採取變頻運行的可行性，並通過計算，得出了水泵能耗占空調水系統總能耗20？上時可以達到節能的效果。另外，本文對實際工程提出了一些技術要求。
關鍵詞： 制冷機 一次泵 變流量 COP
一、前言
在當前的空調水系統設計中，變流量節能的概念可謂已深入人心。在國內多年的變流量設計或者改造工程中，二次泵水系統使用變頻水泵得到了普遍的認可，但一次泵變頻卻始終得不到推廣。實際上，相對二次泵系統，一次泵系統中使用變頻水泵有許多有利條件，如設備初投資和佔地比較少，對運行調節和自控系統要求較低。另外，根據Thomas B.Hartman的觀點，較之二次泵系統，一次泵系統變流量在運行中更為高效[1]。
目前，一次泵變頻技術的推廣相當有限，究其原因，不外乎有以下幾點擔心，其中以第一點和第二點最為關鍵：
1、流量運行會對冷機運行產生不利影響。水側流量變化可能會導致蒸發器（或冷凝器）的換熱效率降低，併產生結凍危險。
2、冷機水側變流量后COP會明顯下降，抵消水泵所節省的能量，使整個系統節能效果不突出，甚至是不節能的。
3、變頻會對整個大樓電網帶來不利衝擊。
4、初設計的問題。在這種情況下，有必要對這些問題進行深入研究，以論證一次泵變頻的可行性。
二、可變流量冷機產品技術調研分析
隨著冷機控制技術的發展，冷機蒸發器和冷凝器內的流量已經允許在一定範圍內變化，一般為設計流量的30%～130%。例如在日立的水冷螺桿式冷水機組樣本中，就已明確給出不同型號冷機允許變流量的範圍，如表1所示。
此外，日立的測試數據表明，當冷卻水出口溫度保持恆定時，冷凍水流量和冷卻水流量分別變化為原來的83%和85%時，冷機COP下降了約0.4左右，下降幅度約9%，其中包括冷凍水出水溫度降低（下降約5℃）造成的COP下降。
對開利、頓翰布希等廠家冷機產品的調研結果與基本符合以上的結論，即：冷機允許蒸發器、冷凝器水側流量的變化範圍為設計流量的30～50%；同時，流量變化時冷機COP變化幅度不超過10%。
冷機蒸發器允許的最大和最小水流量（m3/h） 表1三、一次泵水系統變流量運行對冷機COP影響的熱力學研究
蒸發器的蒸發溫度是決定冷機COP的一個重要因素，本文用熱力學方法來分析蒸發溫度和哪些因素有關。在部分負荷時，使用變流量運行，通過比較變流量情況下這些因素與滿負荷設計流量情況下的對應值，得出蒸發溫度的變化情況。在分析中，設定冷機控制冷凍水的進出水溫度為12/7℃。
根據蒸發器側的傳熱方程，分析影響蒸發溫度的各個因素，可以得到變流量運行時，蒸發溫度和相對流量的關係：
這裡，m為調節比例係數：，c1,c2為和特定蒸發器和設計工況有關的常量。A、B為相對傳熱係數和相對流量關係中的係數：。在圖1中可以看出，儘管對於不同的蒸發器，A、B值有所不同，但是變化趨勢相同，並且曲線比較接近。
根據文獻[3]中實測得出的數據，可回歸得到與滿負荷情況比較的相對負荷（即蒸發器的傳熱量）和設計流量相比較的相對流量的關係式：
根據式（2）進行部分負荷時的變流量運行調節，由（1）式模擬開利蒸發器蒸發溫度的變化趨勢，得到圖2結果。從圖中可以看出，蒸發溫度隨冷凍水量的減少呈降低的趨勢，但是變化不大，在1℃以內。根據不同的A、B值進行計算，可以得到相同的結果。
下面分析在冷卻水流量不變的情況下冷機COP隨冷凍水流量的變化。
冷機COP的變化與壓縮機功率、蒸發溫度te、蒸發器傳熱係數K有關，te和K的變化在前面的分析中已經給出，由樣本數據可以
