在中央空調系統中,水泵作為為整個水循環提供動力的裝置,其耗電量在空調系統耗電量中又占有相當的比重,因此,水泵的合理選擇和匹配,是空調水系統安全正常運行、實現節能的關鍵。水泵的選擇主要是依據空調系統所需的流量和揚程等來確定的,但在設計過程中,經常會出現水泵設計失誤的問題,本文對中央空調系統水泵設計的一些問題進行探討。
一、合理選擇水泵的揚程
空調系統中的水泵總是與特定的管路相連,其工作狀態點由水泵的性能曲線與管路的特性曲線共同決定。
在設計空調水系統時應進行必要的水力計算,根據設計流量計算出在該流量下管路的阻力,以確保選用水泵的揚程合理。在對流量和揚程乘以一定的安全裕量后,進行水泵的選擇。有些設計人員直接估算而未進行計算,認為揚程大一些保險,而選用揚程過大的泵,導致所選擇的水泵不能滿足要求,或者造成運行費用增加,甚至造成水泵燒毀。
曲線I為管路的特性曲線,流量Qa是系統設計流量,在此流量下,管路的阻力為Ha,即水泵的揚程為Ha,應選用性能曲線如圖中曲線1所示的水泵,使工作點落在水泵性能曲線1和管路特性曲線I的交點A上。但若未進行水力計算或為求保險而使所選水泵揚程過大,實際選用了額定流量為Qa,揚程為Hc的性能曲線為2的水泵的話,若不對管路進行調節,則水泵的工作點將移至曲線2和I的交點B處,則此時系統中的水流量將大于設計流量Qa,達到Qb,系統中出現大流量小溫差的工作情況,且由于泵2的揚程大于泵1。其所配電機功率也大,使得能源消耗增多,運行不經濟。如某大樓設計選用冷凍機一臺,水流量為200 m3/h,配用兩臺循環水泵,水泵型號KQL150/400-45/4,流量200(m3/h), 揚程50(m),電機功率45(KW),一用一備,剛開始調試運動時,就發現水泵電機電流過大,水泵揚程僅為0.28MPa,電機電流I=110A.終于某一天一臺循環水泵因電機過載而燒毀。經本人現場勘察后,通過計算得設計流量下系統最大阻力為24m水柱高度,該水泵選型明顯偏大,對已配置好電動機的水泵來說,其電動機額定功率是一定的,軸功率隨著水泵的工作狀態點的變化而變化,當流量大于額定流量時,就會出現水泵軸功率大于電動機的額定功率,也就是電動機過載的情況,當流量增大很多,過載嚴重的時候,同樣可能出現損壞電動機的情況。
為了保證流量等于設計流量Qa,簡單應急的方法一般有二種:一種是改變管路的特性曲線,通過關小水泵出口的閥門,使管路特性曲線由I變為II,使水泵的工作點落在曲線2和II的交點C處,此時流量Qc=Qa,揚程Hc>Ha,這種做法可以使系統流量滿足要求,且電動機不發生過載現象。根據泵的軸功率N=γQH/η(式中N為泵的軸功率W,γ為輸送液體的容重N/m3, Q為流量m3/S,H為揚程m,η為效率),水泵的一部分功率由于閥門的節流阻力ΔH=Hc-Ha而浪費,加大了能量的損失,這是非常不經濟的,另外,由于國產閥門調節性能較差,很難平穩地調節水泵的揚程。有可能出現閥門開大一些,電動機就過載,而關小一些流量就不夠的情況。另一種可將水泵的葉輪通過計算進行切削來減小水泵的流量和揚程,來減低水泵軸功率,但這也是不經濟的,最好是另選水泵,即經濟又安全。
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二、冬夏季水泵的選型
很多空調設計中的管路都是冬夏季兩用的,即隨著季節的變化,為盤管風機供應冷水或熱水。冬季熱負荷一般比夏季冷負荷小,且空調水系統供回水溫差夏季一般取5℃,冬季取10℃,根據空調水系統循環流量計算公式G=0.86Q/ΔT(式中Q為空調負荷KW,ΔT為水系統溫差℃,G為水系統循環流量m3/h),則夏季空調循環水流量將是冬季的2-3倍。假設冬季流量為夏季流量的1/3,系統設計采用雙管制系統,即管路特性曲線冬夏季是一致的,由H=SQ2,得到H1/H2=Q12/ Q22,則冬季水泵流量為夏季的1/3,揚程為夏季的1/9。 冬季工況運行低揚程泵,將獲得顯著的節能效果。如我飯店冬夏季計算負荷分別為840KW和1002KW,循環水溫度夏季為7/12℃,冬季為60/50℃,循環水量夏季180 m3/h,冬季80 m3/h,夏季最不利環路損失為230KPa,根據公式H1/H2=Q12/ Q22,可得冬季的最大損失為45.4 KPa,可見,冬季選用小流量,低揚程的循環水泵可降低耗電量,節省運行費用。
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在設計空調水系統時應進行必要的水力計算,確保選用水泵的揚程合理。對水泵揚程的選取不能認為越大越保險,而要重視運行的經濟性,避免隨意加大揚程。
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