随着我国经济的持续发展和人们对居住环境舒适性要求的不断提高,中央空调在商业和民用建筑中应用越来越普及,其能量消耗中约30%左右被循环水泵所消耗。造成水泵能耗过高的主要原因之一是:设备设计选型时没有考虑水泵性能曲线及管网的特性曲线对水泵并联的影响,使水泵性能与管网不匹配。因此,水泵的合理选择和匹配,是中央空调循环水系统正常运行和节约能耗的关键。笔者对暖通空调循环水泵设计选型的相关问题进行了探讨。
一、循环水泵性能曲线的选择
在中央空调循环水系统中,循环水泵主要为冷(热)媒的循环流动提供动力,但随着室外温度变化,系统所需要的循环水流量会发生很大的变化。这就要求水泵在设计选型时要考虑多方面的因素。供暖、制冷系统中的循环水泵总是与特定的管路相连,循环水泵的工作状态点由水泵的性能曲线与管路的特性曲线共同决定。水泵的工作特性曲线有平坦型、陡降型和驼峰型三种。根据用途、管路特性、流量变化的不同,应选择不同特性的水泵。
当水泵的性能曲线为驼峰型时,水泵的性能曲线与管网的性能曲线可能有A和B两个交点,而B工况点为不稳定工作点。因此在实际使用中,应尽量避免使系统工作在水泵性能曲线的左支,工作点应选在曲线的下降段,以保证运转工况的稳定。对于供暖与空调的水系统采用量调节的情况,系统内水流量变化较大时,建议尽可能避免选用驼峰型水泵,以防进入非稳定工作区,引起流量调节的失灵。
性能曲线为平坦型的水泵其最大优点是:循环水泵在较大的流量变化范围内都能在较高的效率区间运行,节能效果明显。可满足循环水系统流量变化时,扬程变化小的特点,使系统运行时,具有良好的水力稳定性,降低水力失调的程度。当系统选用单台水泵或者两台但为一用一备时,则应选用性能曲线较为平坦的水泵。两台水泵的流量和扬程特性曲线分别为A变为B,当泵的流量发生变化时,假设管路特性曲线由原来的a变为b,性能曲线比较平坦的水泵B的扬程变化为ΔB,性能曲线比较陡的水泵A的扬程变化为ΔA,ΔA>ΔB。显然从系统的水力稳定性来看选泵B的方案优于选泵A的方案。
当循环水系统所需的流量及流量的变化量较大,且单台水泵的流量或调节量不能达到设计要求时,可以采用水泵并联运行的方式。泵A的特性曲线为A1,较陡,两台并联后的特性曲线为A2;泵B的特性曲线为B1,较平坦,两台并联后的特性曲线为B2;管路特性曲线为R。显而易见,泵A并联后的流量增量ΔQa大于泵B并联后的流量增量ΔQb。因此泵的特性曲线越陡(比转数越大),流量增量ΔQ越大,越适宜于并联工作;反之,泵的特性曲线越平坦(比转数越小),流量增量ΔQ越小,越不适宜于并联工作。如果选型时不考虑水泵的特性曲线,将会引起并联后流量增量不大,不能通过并联使流量大幅度地提高,也不能通过运行台数的增减有效地调节流量。
二、水泵并联设计的误区
对于并联水泵的运行有以下两个误区。(1)简单的认为相同型号的水泵并联工作时,总流量成倍增加,I为单台水泵的性能曲线,II为两台泵I并联运行时的性能曲线,1与2为管网的特性曲线。当管网特性曲线为1时,若管网中只有一台水泵工作,工作点在C点,流量为QC;当两台并联时得,QA=2QB,很显然,2QC>QA,因此并联水泵的流量并非成倍增加,如果在选择水泵时误认为其流量成倍增加,将可能导致总流量不能满足要求。当管网的性能曲线为2时,并联后的流量增加甚小,从节能的观点看,管网性能曲线陡的并不适宜于水泵的并联。(2)实际工程中水泵并联的选型计算没有考虑或者对水泵性能曲线走向考虑不够充分。泵Ⅰ的特性曲线为A1,较陡,两台并联后的特性曲线为A2;泵Ⅱ的特性曲线为B1,较平坦,两台并联后的特性曲线为B2;管路特性曲线为R。显而易见,泵Ⅰ并联后的流量增量ΔQa大于泵Ⅱ并联后的流量增量ΔQb。因此泵的特性曲线越陡(比转数越大),流量增量ΔQ越大,越适宜于并联工作;反之,泵的特性曲线越平坦(比转数越小),流量增量ΔQ越小,越不适宜于并联工作。如果选型时不考虑水泵的特性曲线,将会引起并联后流量增量不大,不能通过并联使流量大幅度地提高,也不能通过运行台数的增减有效地调节流量。水泵并联选型时不能仅考虑并联工况,应同时对单台水泵的运行工况进行校核或采取以下措施:当两台并联水泵关掉一台后,应将水泵出口阀门关小一些,以增大管路的阻抗,使管路特性曲线由1变为2,如果是三台或三台以上的水泵并联,根据水泵开启的台数调节水泵出口处阀门的大小,让水泵工作在额定流量下。当然,关小阀门的开度,增加了管道的阻力,甚至阀门造成的压降能够占水泵总扬程的50%以上,水泵的电耗有50%以上消耗在了阀门上,而不是用来克服管道的阻力,造成了很严重的能源浪费,没有达到节能的目的。因此在设计选泵时,满足使用要求的条件下并联水泵的台数不宜太多。
三、冬夏季循环水泵的选择
大多数空调系统是全年运行的,冬季供应热水,夏季供应冷水。有些工程在设计过程中只是一味地追求降低初投资或者由其他原因,没有将冬夏季循环水泵分开设置,而是共用循环水泵。但实际工程绝大多数建筑物冬季热负荷比夏季冷负荷小,且空调水系统供回水温差夏季一般取5℃,冬季取10℃,管路采用双管制。因此冬季空调循环水流量将是夏季的1/3～1/2,理论上讲冬季水泵的扬程为夏季的1/9～1/4。为节约能源,可考虑设计两组水泵分别供冬夏季使用,利用阀门切换。冬季选用小流量,低扬程的循环水泵,可节省运行费用,也可采用调速泵的运行方式。有的文献提出可根据冬夏季的工况不同而采用直径不等的两套叶轮运行以解决冬夏季对水泵的不同要求。
一、循环水泵性能曲线的选择
在中央空调循环水系统中,循环水泵主要为冷(热)媒的循环流动提供动力,但随着室外温度变化,系统所需要的循环水流量会发生很大的变化。这就要求水泵在设计选型时要考虑多方面的因素。供暖、制冷系统中的循环水泵总是与特定的管路相连,循环水泵的工作状态点由水泵的性能曲线与管路的特性曲线共同决定。水泵的工作特性曲线有平坦型、陡降型和驼峰型三种。根据用途、管路特性、流量变化的不同,应选择不同特性的水泵。
当水泵的性能曲线为驼峰型时,水泵的性能曲线与管网的性能曲线可能有A和B两个交点,而B工况点为不稳定工作点。因此在实际使用中,应尽量避免使系统工作在水泵性能曲线的左支,工作点应选在曲线的下降段,以保证运转工况的稳定。对于供暖与空调的水系统采用量调节的情况,系统内水流量变化较大时,建议尽可能避免选用驼峰型水泵,以防进入非稳定工作区,引起流量调节的失灵。
性能曲线为平坦型的水泵其最大优点是:循环水泵在较大的流量变化范围内都能在较高的效率区间运行,节能效果明显。可满足循环水系统流量变化时,扬程变化小的特点,使系统运行时,具有良好的水力稳定性,降低水力失调的程度。当系统选用单台水泵或者两台但为一用一备时,则应选用性能曲线较为平坦的水泵。两台水泵的流量和扬程特性曲线分别为A变为B,当泵的流量发生变化时,假设管路特性曲线由原来的a变为b,性能曲线比较平坦的水泵B的扬程变化为ΔB,性能曲线比较陡的水泵A的扬程变化为ΔA,ΔA>ΔB。显然从系统的水力稳定性来看选泵B的方案优于选泵A的方案。
当循环水系统所需的流量及流量的变化量较大,且单台水泵的流量或调节量不能达到设计要求时,可以采用水泵并联运行的方式。泵A的特性曲线为A1,较陡,两台并联后的特性曲线为A2;泵B的特性曲线为B1,较平坦,两台并联后的特性曲线为B2;管路特性曲线为R。显而易见,泵A并联后的流量增量ΔQa大于泵B并联后的流量增量ΔQb。因此泵的特性曲线越陡(比转数越大),流量增量ΔQ越大,越适宜于并联工作;反之,泵的特性曲线越平坦(比转数越小),流量增量ΔQ越小,越不适宜于并联工作。如果选型时不考虑水泵的特性曲线,将会引起并联后流量增量不大,不能通过并联使流量大幅度地提高,也不能通过运行台数的增减有效地调节流量。
二、水泵并联设计的误区
对于并联水泵的运行有以下两个误区。(1)简单的认为相同型号的水泵并联工作时,总流量成倍增加,I为单台水泵的性能曲线,II为两台泵I并联运行时的性能曲线,1与2为管网的特性曲线。当管网特性曲线为1时,若管网中只有一台水泵工作,工作点在C点,流量为QC;当两台并联时得,QA=2QB,很显然,2QC>QA,因此并联水泵的流量并非成倍增加,如果在选择水泵时误认为其流量成倍增加,将可能导致总流量不能满足要求。当管网的性能曲线为2时,并联后的流量增加甚小,从节能的观点看,管网性能曲线陡的并不适宜于水泵的并联。(2)实际工程中水泵并联的选型计算没有考虑或者对水泵性能曲线走向考虑不够充分。泵Ⅰ的特性曲线为A1,较陡,两台并联后的特性曲线为A2;泵Ⅱ的特性曲线为B1,较平坦,两台并联后的特性曲线为B2;管路特性曲线为R。显而易见,泵Ⅰ并联后的流量增量ΔQa大于泵Ⅱ并联后的流量增量ΔQb。因此泵的特性曲线越陡(比转数越大),流量增量ΔQ越大,越适宜于并联工作;反之,泵的特性曲线越平坦(比转数越小),流量增量ΔQ越小,越不适宜于并联工作。如果选型时不考虑水泵的特性曲线,将会引起并联后流量增量不大,不能通过并联使流量大幅度地提高,也不能通过运行台数的增减有效地调节流量。水泵并联选型时不能仅考虑并联工况,应同时对单台水泵的运行工况进行校核或采取以下措施:当两台并联水泵关掉一台后,应将水泵出口阀门关小一些,以增大管路的阻抗,使管路特性曲线由1变为2,如果是三台或三台以上的水泵并联,根据水泵开启的台数调节水泵出口处阀门的大小,让水泵工作在额定流量下。当然,关小阀门的开度,增加了管道的阻力,甚至阀门造成的压降能够占水泵总扬程的50%以上,水泵的电耗有50%以上消耗在了阀门上,而不是用来克服管道的阻力,造成了很严重的能源浪费,没有达到节能的目的。因此在设计选泵时,满足使用要求的条件下并联水泵的台数不宜太多。
三、冬夏季循环水泵的选择
大多数空调系统是全年运行的,冬季供应热水,夏季供应冷水。有些工程在设计过程中只是一味地追求降低初投资或者由其他原因,没有将冬夏季循环水泵分开设置,而是共用循环水泵。但实际工程绝大多数建筑物冬季热负荷比夏季冷负荷小,且空调水系统供回水温差夏季一般取5℃,冬季取10℃,管路采用双管制。因此冬季空调循环水流量将是夏季的1/3～1/2,理论上讲冬季水泵的扬程为夏季的1/9～1/4。为节约能源,可考虑设计两组水泵分别供冬夏季使用,利用阀门切换。冬季选用小流量,低扬程的循环水泵,可节省运行费用,也可采用调速泵的运行方式。有的文献提出可根据冬夏季的工况不同而采用直径不等的两套叶轮运行以解决冬夏季对水泵的不同要求。