集中空调系统通常根据峰值负荷设计,但在实际运行过程中,绝大部分时间都不是满负荷运行,变流量空调系统便是为了解决这一问题应运而生的。相比于定流量空调系统,变流量空调系统可以根据末端负荷变化,调整机组的制冷量,并且相应地改变水泵频率,进而调节系统流量以匹配末端负荷的变化,而不仅仅是改变通过末端设备的水量,从而减小水泵功耗。但同时流量的降低也可能导致冷水机组运行能效的下降。因此,在衡量变流量系统的能耗和节能效果时应考虑冷机EER、水泵效率、电动机效率及变频器效率等随负荷的变化情况。如何进一步提高水系统中各能耗设备的运行效率一直是业界所关注的焦点问题之一,日益受到研究者、设计者和运行管理者的高度重视。冷机—水泵组和水系统之间的联合优化设计,对空调品质、系统节能运行和环保效果等方面将产生重大影响。论文首先建立了一次泵变流量系统冷水机组和冷冻水泵的能耗模型。对于冷水机组,首先分析了压缩机、蒸发器和冷凝器等部件的换热和能耗特性,然后联合组建冷水机组通用能耗模型,随后结合一次泵变流量系统在不同控制策略和不同末端控制形式下的整体换热特性,分别建立相应的冷水机组能耗模型,最后分析了一次泵变流量系统中冷水机组能耗的主要影响因素。对于冷冻水泵,首先结合水泵特性曲线与管网系统的匹配关系,建立变频水泵通用能耗计算模型,然后分析了不同控制策略下管网的压差特性和水泵工作点的运行规律,分别建立起相应的变频水泵能耗模型。然后搭建了变流量集中空调系统实验台,开展对一机一泵制水系统在末端全为通断控制(实验1)和末端为通断控制与连续调节混合(实验2)的两种水系统型式分别在定干管压差和定温差两种控制策略下的实验研究,探究冷机和变频水泵的运行特性,并与理论分析相互印证。实验发现:(1)不同末端控制形式和不同控制策略对系统整体的换热特性造成不同的影响:定温差控制策略下,不同末端控制形式的冷冻水供回水温差基本处在4~5.5℃;定干管压差控制策略下,末端为通断控制的系统出现“大流量小温差”现象,末端为通断控制与连续调节混合的系统小温差现象减轻;不论在哪种末端控制形式和控制策略下系统整体换热特性均不同于单一盘管的换热特性。(2)冷机输入功率随负荷率的减小先降低而后升高,当负荷率在大于40%的区间时,冷机输入功率随负荷率的减小呈降低趋势,冷机EER变化较小;但是当负荷率继续减小到实验1工况5(LR<30%)时,冷机输入功率升高,出现“回弹”现象,此时冷机EER急剧降低。(3)不同末端控制形式和不同控制策略对系统整体水力特性的影响不同。定干管压差控制策略下,水泵运行较平稳,水泵工作点的分布符合控制曲线,其在通断控制和连续调节混合系统下的分布较全为通断控制系统下的更加均匀和连贯;而定温差控制策略下,水泵工作点受末端负荷率分布的均匀性影响较大,表现为不同工况下系统压差变化较大。(4)变频水泵输入功率随流量的减小而减小,且与流量呈二次幂关系。在各工况中定温差控制下水泵的输入功率均低于定干管压差控制或与之较接近,实验2中两种控制方式下水泵的节能率差距较实验1中有所缩小。(5)通过对比两种系统形式在两种控制策略下冷机与水泵综合能耗和综合节能率的异同,认为在衡量一次泵变流量系统的节能潜力时,只关注变频水泵的节能率可能会夸大系统的节能效果,并且定温差控制策略的节能效果并没有明显优于定干管压差控制策略。最后讨论了一次泵变流量水系统的设计和优化,一方面分析了一次泵变流量水系统最小流量的主要影响因素和确定方法;另一方面结合管网特性和水泵工作点变化规律,分析了理想的水泵特性曲线,使之更好地与管网相匹配,运行更加高效节能。