半集中式空調(diào)水循環(huán)系統(tǒng)的運(yùn)行分析與節(jié)能

牛 云

（江蘇省糧油食品進(jìn)出口集團(tuán)股份有限公司，南京 210001）

由于在實(shí)際運(yùn)行的空調(diào)水循環(huán)系統(tǒng)中，循環(huán)水泵的功耗較大，一般情況下，水泵與電動式制冷機(jī)功耗比大約為1∶4，所以必須重視冬夏兩季空調(diào)運(yùn)行期，對在熱負(fù)荷高峰、非高峰值時的水泵運(yùn)行工況進(jìn)行分析研究，在空調(diào)水循環(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及運(yùn)行操作中，盡量使水泵在高效率區(qū)工作，達(dá)到節(jié)能效果。

1 水循環(huán)管路的性能特征

一般情況下，流體在管路系統(tǒng)中流動時所消耗的能量，一是用來克服管路系統(tǒng)兩端的壓差，其中包括高壓液面的壓強(qiáng)P2與低壓液面的壓強(qiáng)P1之間的壓差，以及兩液面間的高差Hz，即:

二是必須克服流體在管路系統(tǒng)中的流動阻力，根據(jù)流體力學(xué)原理，可以將阻力損失表達(dá)為流量的函數(shù)關(guān)系，即:

hl=SQ2

式中:S—綜合阻力系數(shù)，與管路系統(tǒng)的沿程阻力與局部阻力以及幾何形狀有關(guān)，s2/m5。

流體在管路系統(tǒng)中的流動特征可以表達(dá)如下:

如將這一關(guān)系繪在以流量Q與壓頭H組成的直角坐標(biāo)系圖上，就可以得到一條管路性能的曲線（見圖1中的CE）。

2 水循環(huán)管路的形式

2.1 開式系統(tǒng)和閉式系統(tǒng)

開式水循環(huán)管路系統(tǒng)的末端水管是與大氣相通的，管路系統(tǒng)兩端的壓強(qiáng)P2=P1，但水泵壓頭要克服管路沿程的摩擦阻力和局部壓力損失，還必須有一個把水提升高度Hz所需的壓頭 （見圖1中的Hz），因此，水泵能耗大。

閉式系統(tǒng)的水管不與大氣相通，管路系統(tǒng)兩端的壓強(qiáng)P2=P1，兩液面間的高差Hz=0，水泵的壓頭 （揚(yáng)程）只要克服管系的阻力就足夠了，即H=Σ（hl）。與開式系統(tǒng)相比，閉式系統(tǒng)的水泵能耗小。

2.2 定水量系統(tǒng)和變水量系統(tǒng)

定水量系統(tǒng)是通過改變供回水溫差來適應(yīng)房間的負(fù)荷變化要求，負(fù)荷側(cè)的末端設(shè)備如風(fēng)機(jī)盤管大部分采用電磁三通閥進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)室溫未達(dá)到設(shè)定值時，三通閥的直通閥開通，旁通閥關(guān)閉，供水全部流經(jīng)風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組;當(dāng)室溫達(dá)到設(shè)定值時，三通閥的旁通閥開通，直通閥關(guān)閉，供水全部經(jīng)旁通管流入回水管，有能量損失。

變水量系統(tǒng)是通過改變水流量 （供回水溫度不變）來適應(yīng)房間的負(fù)荷變化要求，要求負(fù)荷側(cè)的供水量隨負(fù)荷增減而變化，故輸送能耗也將隨之變化。因此，變水量系統(tǒng)可選配2～3臺水泵并聯(lián)運(yùn)行，并在熱負(fù)荷高峰、非高峰值時及時操控水泵運(yùn)行臺數(shù)，控制能耗。

3 水泵的工作特性

3.1 水循環(huán)系統(tǒng)中一臺水泵單獨(dú)工作

水循環(huán)管路系統(tǒng)中，水泵工作時所產(chǎn)生的流量和壓頭必須同時滿足水管路系統(tǒng)的特性要求，因此在H－Q圖上，只有水泵的H－Q性能曲線與水管路系統(tǒng)的性能曲線的交點(diǎn)的參數(shù)才能滿足上述要求，該交點(diǎn)被稱為水泵的工作點(diǎn)，如圖2中D3點(diǎn)所示。D3為該水泵在阻力特性系數(shù)為S的水管路系統(tǒng)中運(yùn)行時的工作點(diǎn)。

圖1 開式管路系統(tǒng)中水泵工作時的工作點(diǎn)

圖2 閉式水管路系統(tǒng)中兩臺同類型水泵并聯(lián)工作時的工作點(diǎn)

3.2 水循環(huán)系統(tǒng)中二臺同類型水泵并聯(lián)工作

兩臺同類水泵并聯(lián)工作時，其合成的性能特征是壓頭略增，流量加倍，如圖2中Q（1+2）－H曲線所示。它與管路特征曲線的交點(diǎn)D即為并聯(lián)水泵的工作點(diǎn)，此時，每臺水泵的工作參數(shù)由D1點(diǎn)表示，它們的工作壓頭 （揚(yáng)程）即并聯(lián)水泵的工作壓頭 （揚(yáng)程），H1=H2=H（1+2），每臺水泵的工作流量是系統(tǒng)流量的一半，

當(dāng)兩臺并聯(lián)安裝的水泵只開一臺時，其工作點(diǎn)變?yōu)镈3點(diǎn)。此時，Q3＞Q1，但Q3＜Q（1+2）。這說明水泵并聯(lián)工作時，每一臺水泵工作流量降低了。這是因?yàn)樗貌⒙?lián)工作后，系統(tǒng)內(nèi)水的流量增加，因此水阻力增大，這導(dǎo)致水泵必須具備更高壓頭，使其工作流量減低。并聯(lián)工作的臺數(shù)愈多，工作流量的降低也愈多。從節(jié)能運(yùn)行考慮，一般并聯(lián)工作的水泵臺數(shù)不大于3臺。

4 變水量與定水量系統(tǒng)的水泵運(yùn)行的效率及能耗的比較

以空調(diào)系統(tǒng)工程夏季運(yùn)行兩種工況為例:

工況a（熱負(fù)荷高峰值）:當(dāng)室內(nèi)溫度保持在26℃，室外氣溫35℃高峰值熱負(fù)荷時，室內(nèi)風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組需要供給9℃冷凍水，總冷量為462kW;冷凍水最大設(shè)計(jì)循環(huán)量為113.5m3/h;設(shè)冷凍水循環(huán)量為120 m3/h時，最不利環(huán)路總阻力為0.346 MPs（35.29 mmH2O）。

工況b（熱負(fù)荷非高峰值）:當(dāng)室內(nèi)溫度保持在26℃，室外氣溫30℃時，室內(nèi)風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組需要供給9℃冷凍水，總冷量為330kW;冷凍水循環(huán)量為81m3/h。

4.1 變水量系統(tǒng)的水泵運(yùn)行效率及能耗

選取IS125－100－315型離心水泵兩臺，并聯(lián)運(yùn)行，可滿足上述工況a的要求。水泵性能見表1。

兩臺同類型循環(huán)水泵并聯(lián)工作時，測得:每臺水泵電機(jī)運(yùn)行電流為21A;水泵壓頭為0.342MPa（≈34.88mmH2O），查水泵Q—H圖，每臺水泵流量為56m3/h=0.0156m3/s。

每臺電機(jī)功耗:

水泵軸功率:

水泵效率:

選取IS125－100－315型離心水泵一臺，單獨(dú)運(yùn)行，可滿足上述工況b的要求。

一臺水泵工作時，測得:水泵電機(jī)運(yùn)行電流為23A;水泵壓頭為0.318MPa（≈32.4mmH2O），查水泵Q—H圖，流量為82m3/h=0.0228m3/s。

表1 IS125－100－315型離心水泵標(biāo)準(zhǔn)性能

電機(jī)功耗:

水泵軸功率:

水泵效率:

4.2 定水量系統(tǒng)的水泵運(yùn)行效率及能耗

選取IS125－100－400A型離心水泵1臺，單獨(dú)運(yùn)行，也可滿足上述工況a的要求。水泵性能見表2。

表2 IS125－100－400A型離心水泵標(biāo)準(zhǔn)性能

設(shè)水泵流量為120m3/h=0.0333m3/s，水泵軸功率Ns=18.80;

4.3 兩種系統(tǒng)的效率及能耗比較

在熱負(fù)荷高峰值時，變水量系統(tǒng)的兩臺水泵并聯(lián)運(yùn)行的效率及總能耗分別為57%和20.8kW;定水量系統(tǒng)的一臺水泵運(yùn)行的效率及能耗分別為66%和20.89kW;比較結(jié)果后者略占優(yōu)。

在熱負(fù)荷非高峰值時，變水量系統(tǒng)的一臺水泵單獨(dú)運(yùn)行的效率及總能耗分別為70%和11.4kW;定水量系統(tǒng)的一臺水泵運(yùn)行的效率及能耗不變;比較結(jié)果前者明顯占優(yōu)。

5 水循環(huán)系統(tǒng)的選配及循環(huán)水泵運(yùn)行臺數(shù)的操控

在設(shè)計(jì)安裝空調(diào)系統(tǒng)冷凍水環(huán)路時，可根據(jù)具體情況綜合考慮，配置閉式變水量系統(tǒng)，以便在系統(tǒng)運(yùn)行操作中，可根據(jù)冬夏兩季空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行期熱負(fù)荷高峰、非高峰值的不同變化，靈活操控循環(huán)水泵運(yùn)行的臺數(shù)，使水泵在高效率區(qū)工作，達(dá)到節(jié)能效果。

［1］天津，同濟(jì)大學(xué).傳熱學(xué)［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，1980

［2］陳沛霖，岳孝方.空調(diào)與制冷技術(shù)手冊［M］.上海:同濟(jì)大學(xué)出版社，1990

［3］周謨?nèi)?流體力學(xué) 泵與風(fēng)機(jī)［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，1979

［4］郭雨水 （責(zé)任編輯）.實(shí)用維修電工手冊 ［M］.上海:上海科學(xué)技術(shù)出版社，2000