論暖通空調(diào)循環(huán)水系統(tǒng)

郭洪順

隨著我國經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展和人們對居住環(huán)境舒適性要求的不斷提高,中央空調(diào)在商業(yè)和民用建筑中應(yīng)用越來越普及,其能量消耗中約30%左右被循環(huán)水泵所消耗。造成水泵能耗過高的主要原因之一是:設(shè)備設(shè)計選型時沒有考慮水泵性能曲線及管網(wǎng)的特性曲線對水泵并聯(lián)的影響,使水泵性能與管網(wǎng)不匹配。因此,水泵的合理選擇和匹配,是中央空調(diào)循環(huán)水系統(tǒng)正常運行和節(jié)約能耗的關(guān)鍵。筆者對暖通空調(diào)循環(huán)水泵設(shè)計選型的相關(guān)問題進(jìn)行了探討。

一、循環(huán)水泵性能曲線的選擇

在中央空調(diào)循環(huán)水系統(tǒng)中,循環(huán)水泵主要為冷(熱)媒的循環(huán)流動提供動力,但隨著室外溫度變化,系統(tǒng)所需要的循環(huán)水流量會發(fā)生很大的變化。這就要求水泵在設(shè)計選型時要考慮多方面的因素。供暖、制冷系統(tǒng)中的循環(huán)水泵總是與特定的管路相連,循環(huán)水泵的工作狀態(tài)點由水泵的性能曲線與管路的特性曲線共同決定。水泵的工作特性曲線有平坦型、陡降型和駝峰型三種。根據(jù)用途、管路特性、流量變化的不同,應(yīng)選擇不同特性的水泵。

當(dāng)水泵的性能曲線為駝峰型時,水泵的性能曲線與管網(wǎng)的性能曲線可能有A和B兩個交點,而B工況點為不穩(wěn)定工作點。因此在實際使用中,應(yīng)盡量避免使系統(tǒng)工作在水泵性能曲線的左支,工作點應(yīng)選在曲線的下降段,以保證運轉(zhuǎn)工況的穩(wěn)定。對于供暖與空調(diào)的水系統(tǒng)采用量調(diào)節(jié)的情況,系統(tǒng)內(nèi)水流量變化較大時,建議盡可能避免選用駝峰型水泵,以防進(jìn)入非穩(wěn)定工作區(qū),引起流量調(diào)節(jié)的失靈。

性能曲線為平坦型的水泵其最大優(yōu)點是:循環(huán)水泵在較大的流量變化范圍內(nèi)都能在較高的效率區(qū)間運行,節(jié)能效果明顯。可滿足循環(huán)水系統(tǒng)流量變化時,揚程變化小的特點,使系統(tǒng)運行時,具有良好的水力穩(wěn)定性,降低水力失調(diào)的程度。當(dāng)系統(tǒng)選用單臺水泵或者兩臺但為一用一備時,則應(yīng)選用性能曲線較為平坦的水泵。兩臺水泵的流量和揚程特性曲線分別為A變?yōu)锽,當(dāng)泵的流量發(fā)生變化時,假設(shè)管路特性曲線由原來的a變?yōu)閎,性能曲線比較平坦的水泵B的揚程變化為ΔB,性能曲線比較陡的水泵A的揚程變化為ΔA,ΔA>ΔB。顯然從系統(tǒng)的水力穩(wěn)定性來看選泵B的方案優(yōu)于選泵A的方案。

當(dāng)循環(huán)水系統(tǒng)所需的流量及流量的變化量較大,且單臺水泵的流量或調(diào)節(jié)量不能達(dá)到設(shè)計要求時,可以采用水泵并聯(lián)運行的方式。泵A的特性曲線為A1,較陡,兩臺并聯(lián)后的特性曲線為A2;泵B的特性曲線為B1,較平坦,兩臺并聯(lián)后的特性曲線為B2;管路特性曲線為R。顯而易見,泵A并聯(lián)后的流量增量ΔQa大于泵B并聯(lián)后的流量增量ΔQb。因此泵的特性曲線越陡(比轉(zhuǎn)數(shù)越大),流量增量ΔQ越大,越適宜于并聯(lián)工作;反之,泵的特性曲線越平坦(比轉(zhuǎn)數(shù)越小),流量增量ΔQ越小,越不適宜于并聯(lián)工作。如果選型時不考慮水泵的特性曲線,將會引起并聯(lián)后流量增量不大,不能通過并聯(lián)使流量大幅度地提高,也不能通過運行臺數(shù)的增減有效地調(diào)節(jié)流量。

二、水泵并聯(lián)設(shè)計的誤區(qū)

對于并聯(lián)水泵的運行有以下兩個誤區(qū)。(1)簡單的認(rèn)為相同型號的水泵并聯(lián)工作時,總流量成倍增加,I為單臺水泵的性能曲線,II為兩臺泵I并聯(lián)運行時的性能曲線,1與2為管網(wǎng)的特性曲線。當(dāng)管網(wǎng)特性曲線為1時,若管網(wǎng)中只有一臺水泵工作,工作點在C點,流量為QC;當(dāng)兩臺并聯(lián)時得,QA=2QB,很顯然,2QC>QA,因此并聯(lián)水泵的流量并非成倍增加,如果在選擇水泵時誤認(rèn)為其流量成倍增加,將可能導(dǎo)致總流量不能滿足要求。當(dāng)管網(wǎng)的性能曲線為2時,并聯(lián)后的流量增加甚小,從節(jié)能的觀點看,管網(wǎng)性能曲線陡的并不適宜于水泵的并聯(lián)。(2)實際工程中水泵并聯(lián)的選型計算沒有考慮或者對水泵性能曲線走向考慮不夠充分。泵Ⅰ的特性曲線為A1,較陡,兩臺并聯(lián)后的特性曲線為A2;泵Ⅱ的特性曲線為B1,較平坦,兩臺并聯(lián)后的特性曲線為B2;管路特性曲線為R。顯而易見,泵Ⅰ并聯(lián)后的流量增量ΔQa大于泵Ⅱ并聯(lián)后的流量增量ΔQb。因此泵的特性曲線越陡(比轉(zhuǎn)數(shù)越大),流量增量ΔQ越大,越適宜于并聯(lián)工作;反之,泵的特性曲線越平坦(比轉(zhuǎn)數(shù)越小),流量增量ΔQ越小,越不適宜于并聯(lián)工作。如果選型時不考慮水泵的特性曲線,將會引起并聯(lián)后流量增量不大,不能通過并聯(lián)使流量大幅度地提高,也不能通過運行臺數(shù)的增減有效地調(diào)節(jié)流量。水泵并聯(lián)選型時不能僅考慮并聯(lián)工況,應(yīng)同時對單臺水泵的運行工況進(jìn)行校核或采取以下措施:當(dāng)兩臺并聯(lián)水泵關(guān)掉一臺后,應(yīng)將水泵出口閥門關(guān)小一些,以增大管路的阻抗,使管路特性曲線由1變?yōu)?,如果是三臺或三臺以上的水泵并聯(lián),根據(jù)水泵開啟的臺數(shù)調(diào)節(jié)水泵出口處閥門的大小,讓水泵工作在額定流量下。當(dāng)然,關(guān)小閥門的開度,增加了管道的阻力,甚至閥門造成的壓降能夠占水泵總揚程的50%以上,水泵的電耗有50%以上消耗在了閥門上,而不是用來克服管道的阻力,造成了很嚴(yán)重的能源浪費,沒有達(dá)到節(jié)能的目的。因此在設(shè)計選泵時,滿足使用要求的條件下并聯(lián)水泵的臺數(shù)不宜太多。

三、冬夏季循環(huán)水泵的選擇

大多數(shù)空調(diào)系統(tǒng)是全年運行的,冬季供應(yīng)熱水,夏季供應(yīng)冷水。有些工程在設(shè)計過程中只是一味地追求降低初投資或者由其他原因,沒有將冬夏季循環(huán)水泵分開設(shè)置,而是共用循環(huán)水泵。但實際工程絕大多數(shù)建筑物冬季熱負(fù)荷比夏季冷負(fù)荷小,且空調(diào)水系統(tǒng)供回水溫差夏季一般取5℃,冬季取10℃,管路采用雙管制。因此冬季空調(diào)循環(huán)水流量將是夏季的1/3～1/2,理論上講冬季水泵的揚程為夏季的1/9～1/4。為節(jié)約能源,可考慮設(shè)計兩組水泵分別供冬夏季使用,利用閥門切換。冬季選用小流量,低揚程的循環(huán)水泵,可節(jié)省運行費用,也可采用調(diào)速泵的運行方式。有的文獻(xiàn)提出可根據(jù)冬夏季的工況不同而采用直徑不等的兩套葉輪運行以解決冬夏季對水泵的不同要求?！?/p>

(編輯/丹桔)