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锋速达通风降温系统
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车间安装负压风机型离心通风机中央空调工程水泵设计的若干问题
机号
(NO.)电机转速
(r/min)流量
(m3/h)全压
(Pa)型号功率
(kw)2.8AY90S-21.529001131～2356994～6063.2AY90L-22.229001688～35171300～792Y90S-41.11450844～1758324～1983.6AY100L-2329002664～52681578～989Y90S-41.114501332～2634393～2474AY135S1-25.529004012～74192014～1320Y90S-41.114502006～3700501～3294.5AY132S2-27.529005712～105622554～1673Y90S-41.114502856～5281634～4165AY160M2-21529007728～154553187～2019Y100L1-42.214503864～7728790～5026AY112M-4414506677～133531139～724Y100L-61.59604420～8841498～3177AY160N-211145010602～212041550～984
1 引言
随着我国经济的持续发展，中央空调在商业和民用建筑中越来越普及，其能耗在社会总能耗中所占比例也在不断上升。暖通空调工程耗能约占建筑总能耗的65%左右，而在中央空调工程中，水泵作为为整个水循环提供动力的装置，其耗电量在空调工程耗电量中又占有相当的比重，因此，水泵的合理选择和匹配，是空调水工程正常运行调节、实现节能的关键。水泵的选择主要是依据空调工程所需的流量和扬程等来确定的，但在设计过程中，经常会出现水泵设计失误的问题，本文对中央空调工程水泵设计的一些问题进行探讨。
2 合理选择水泵的扬程
空调工程中的水泵总是与特定的管路相连，其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（见图1）。
在设计空调水工程时应进行必要的水力计算，根据设计流量计算出在该流量下管路的阻力，以确保选用水泵的扬程合理。在对流量和扬程乘以一定的安全裕量后，进行水泵的选择。有些设计人员未进行设计计算，认为扬程大一些保险，或因选不到合适型号的泵而选用扬程过大的泵，导致所选择的水泵不能满足要求，或者造成运行费用增加，甚至水泵不能正常工作，对此我们进行如下分析：
如图2，曲线I为管路的特性曲线，流量Qa是工程设计流量，在此流量下，管路的阻力为Ha，即水泵的扬程为Ha，应选用性能曲线如图中曲线1所示的水泵，使工作点落在水泵性能曲线1和管路特性曲线I的交点A上。但若未进行水力计算或为求保险而使所选水泵扬程过大，实际选用了额定流量为Qa，扬程为Hc的性能曲线为2的水泵的话，若不对管路进行调节，则水泵的工作点将移至曲线2和I的交点B处，则此时工程中的水流量将大于设计流量Qa，达到Qb，工程中出现大流量小温差的工作情况，且由于泵2的扬程大于泵1。其所配电机功率也大，使得能源消耗增多，运行不经济。如某工程，设计选用离心冷冻机一台，水流量为181 m3/h，配用两台循环水泵，一用一备，计算得设计流量下工程最大阻力为24m水柱高度，若采用上海凯泉KQL系列单级立式离心泵的话，可选用KQL150/300-22/4型（水泵参数见表1），由管路特性曲线和水泵性能曲线可知：水泵的工作点将为流量190m3/h，扬程27m，水泵轴功率19KW；但若认为扬程大些保险而选用KQL150/400-45/4（水泵参数见表1），则作图可知：水泵的工作点为流量250 m3/h，扬程46m，水泵轴功率44KW，从水泵轴功率的对比可以看出，两者耗电量相差甚远。
表1水泵性能参数
对已配置好电动机的水泵来说，其电动机额定功率是一定的，轴功率随着水泵的工作状态点的变化而变化，当流量大于额定流量时，就会出现水泵轴功率大于电动机的额定功率，也就是电动机过载的情况，当然，水泵厂为水泵配置电动机会适当考虑过载的问题，配置的电动机会大一些，但是，当流量增大很多，过载严重的时候，同样可能出现损坏电动机的情况。
为了保证流量等于设计流量Qa，则应改变管路的特性曲线，通过关小水泵出口的阀门，使管路特性曲线由I变为II，使水泵的工作点落在曲线2和II的交点C处，此时流量Qc=Qa，扬程Hc>Ha，这种做法可以使工程流量满足要求，且电动机不发生过载现象。根据泵的轴功率N=γQH/η（式中N为泵的轴功率W，γ为输送液体的容重N/m3, Q为流量m3/S，H为扬程m，η为效率），水泵的一部分功率由于阀门的节流阻力ΔH=Hc-Ha而浪费，加大了能量的损失，这是非常不经济的。同样以上例来说明，如果选用了KQL150/400-45/4型水泵，为使流量保持设计流量181 m3/h，则应通过调节阀门改变管路特性曲线，使水泵的工作点落在流量181 m3/h，扬程51m的点上，此时水泵轴功率为34W，阀门上消耗的阻力为51-24=27m，能量浪费严重。
另外，由于国产阀门调节性能较差，很难平稳地调节水泵的扬程。有可能出现阀门开大一些，电动机就过载，而关小一些流量就不够的情况。
3 冬夏季水泵的选取
很多空调设计都是冬夏两用的，即随着季节的变化，为盘管供应冷水或热水。冬季热负荷一般比夏季冷负荷小，且空调水工程供回水温差夏季一般取5℃，冬季取10℃，根据空调水工程循环流量计算公式G=0.86Q/ΔT（式中Q为空调负荷KW，ΔT为水工程温差℃，G为水工程循环流量m3/h），则夏季空调循环水流量将是冬季的2-3倍。假设冬季流量为夏季流量的1/3，工程设计采用双管制工程，即管路特性曲线冬夏季是一致的，由H=SQ2，得到H1/H2=Q12/ Q22，则冬季水泵流量为夏季的1/3，扬程为夏季的1/9。如用同一组定速泵则只能通过关小阀门的方法使工程正常运行，如图3所示，为保证冬季的流量，则应将管路特性曲线由夏季的I调整为冬季的II，这必然 浪费大量的电能。为节约能源，可考虑设计两组定速泵分别供冬夏季使用，也可采用调速泵的运行方式。如果设计中冬季用泵和夏季用泵分别设置,并联运行，冬季工况运行低扬程泵，将获得显著的节能效果。如某大厦冬夏季计算负荷分别为840KW和1002KW，循环水温度夏季为7/12℃，冬季为60/50℃，循环水量夏季180 m3/h，冬季80 m3/h，夏季最不利环路损失为230KPa，根据公式H1/H2=Q12/ Q22，可得冬季的最大损失为45.4 KPa，现采用两种设计方案：方案一是冬夏季不同负荷及部分负荷时共用循环水泵，采用三台KQL100/150-11/2型号泵（水泵参数见表2），夏季两用一备，冬季运行时只需一台泵的流量就能满足要求，而水泵的扬程远大于实际所需的压头，只能靠关小阀门来消耗掉。方案二是冬夏季分设不同的水泵并联，采用阀门切换，此工程冬季用泵可选择KQL80/90-2.2/2型号泵（水泵参数见表2）三台，两用一备。
表2两种方案水泵设置情况
冬夏共用泵组冬夏分设泵组
夏季KQL100/150-11/2(两台工作)
流量93.5m3/h，扬程28m，电机功率11KWKQL100/150-11/2
（两台工作）
冬季KQL100/150-11/2
（一台工作）KQL80/90-2.2/2（两台工作）
流量44.7m3/h，扬程10m，电机功率2.2KW 设空调工程全年冬季运行时间为600小时，若采用方案一，则整个冬季水泵运行耗电为11×600=6600KW•h，方案二为2.2×2×600=2640 KW•h，两者相差3960 KW•h，设电价为0.90元/ KW•h，则一年的运行费用将节省3564元。可见，冬季选用小流量，低扬程的循环水泵可降低耗电量，节省运行费用，但冬夏季采用两组循环泵或采用调速泵会增加初投资，因此，实际空调水工程泵组方案的选择要根据实际条件通过综合经济比较确定，一般回收年限以2-3年为宜。除分设泵组及采用调速泵的方案外，文献4还提出可通过计算，将水泵内的叶轮经车床进行精确切割。从而改变水泵的性能特性，因此，还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要求不同的问题。
4 多台水泵并联的设计与运行
一般工程项目中配置的冷水机组都在2至4台之间，对于规模很大的工程项目，甚至需要5台以上的冷水机组并联工作。制冷站内的主机与水泵的匹配一般来说是一机对一泵，以保证冷水机组的水流量及正常运行，因此，目前我国空调水工程大多为有2台或2台以上水泵并联的定流量工程或一次泵变流量工程。空调设计时，都是按最大负荷情况来进行设备选择以保证最不利情况时的需要。在实际运行中，空调负荷变化很大，不仅随季节变化，而且一天24小时都在变，绝大多数时间空调设备是在低于额定值情况下运行，设计的高峰负荷出现的时间很短，也就是说，空调水工程经常只有部分水泵工作，或只有单台水泵工作，这将引起水泵的轴功率也发生较大的变化，甚至会造成水泵电动机过载，如图4所示。
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锋速达是水帘生产厂家|环保空调生产厂家|屋顶风机厂家|，锋速达承接规划：猪场降温|车间降温|厂房降温|猪场通风|车间通风|厂房通风|屋顶排风机|屋顶排热|厂房通风降温|车间通风降温|通风换气排热降温工程|屋顶风机安装|负压风机安装|水帘安装|环保空调安装|通风设备安装|通风降温设备|通风系统安装案例|通风降温系统|屋顶通风机|屋顶排风系统
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1 引言
随着我国经济的持续发展，中央空调在商业和民用建筑中越来越普及，其能耗在社会总能耗中所占比例也在不断上升。暖通空调工程耗能约占建筑总能耗的65%左右，而在中央空调工程中，水泵作为为整个水循环提供动力的装置，其耗电量在空调工程耗电量中又占有相当的比重，因此，水泵的合理选择和匹配，是空调水工程正常运行调节、实现节能的关键。水泵的选择主要是依据空调工程所需的流量和扬程等来确定的，但在设计过程中，经常会出现水泵设计失误的问题，本文对中央空调工程水泵设计的一些问题进行探讨。
2 合理选择水泵的扬程
空调工程中的水泵总是与特定的管路相连，其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（见图1）。
在设计空调水工程时应进行必要的水力计算，根据设计流量计算出在该流量下管路的阻力，以确保选用水泵的扬程合理。在对流量和扬程乘以一定的安全裕量后，进行水泵的选择。有些设计人员未进行设计计算，认为扬程大一些保险，或因选不到合适型号的泵而选用扬程过大的泵，导致所选择的水泵不能满足要求，或者造成运行费用增加，甚至水泵不能正常工作，对此我们进行如下分析：
如图2，曲线I为管路的特性曲线，流量Qa是工程设计流量，在此流量下，管路的阻力为Ha，即水泵的扬程为Ha，应选用性能曲线如图中曲线1所示的水泵，使工作点落在水泵性能曲线1和管路特性曲线I的交点A上。但若未进行水力计算或为求保险而使所选水泵扬程过大，实际选用了额定流量为Qa，扬程为Hc的性能曲线为2的水泵的话，若不对管路进行调节，则水泵的工作点将移至曲线2和I的交点B处，则此时工程中的水流量将大于设计流量Qa，达到Qb，工程中出现大流量小温差的工作情况，且由于泵2的扬程大于泵1。其所配电机功率也大，使得能源消耗增多，运行不经济。如某工程，设计选用离心冷冻机一台，水流量为181 m3/h，配用两台循环水泵，一用一备，计算得设计流量下工程最大阻力为24m水柱高度，若采用上海凯泉KQL系列单级立式离心泵的话，可选用KQL150/300-22/4型（水泵参数见表1），由管路特性曲线和水泵性能曲线可知：水泵的工作点将为流量190m3/h，扬程27m，水泵轴功率19KW；但若认为扬程大些保险而选用KQL150/400-45/4（水泵参数见表1），则作图可知：水泵的工作点为流量250 m3/h，扬程46m，水泵轴功率44KW，从水泵轴功率的对比可以看出，两者耗电量相差甚远。
表1水泵性能参数
对已配置好电动机的水泵来说，其电动机额定功率是一定的，轴功率随着水泵的工作状态点的变化而变化，当流量大于额定流量时，就会出现水泵轴功率大于电动机的额定功率，也就是电动机过载的情况，当然，水泵厂为水泵配置电动机会适当考虑过载的问题，配置的电动机会大一些，但是，当流量增大很多，过载严重的时候，同样可能出现损坏电动机的情况。
为了保证流量等于设计流量Qa，则应改变管路的特性曲线，通过关小水泵出口的阀门，使管路特性曲线由I变为II，使水泵的工作点落在曲线2和II的交点C处，此时流量Qc=Qa，扬程Hc>Ha，这种做法可以使工程流量满足要求，且电动机不发生过载现象。根据泵的轴功率N=γQH/η（式中N为泵的轴功率W，γ为输送液体的容重N/m3, Q为流量m3/S，H为扬程m，η为效率），水泵的一部分功率由于阀门的节流阻力ΔH=Hc-Ha而浪费，加大了能量的损失，这是非常不经济的。同样以上例来说明，如果选用了KQL150/400-45/4型水泵，为使流量保持设计流量181 m3/h，则应通过调节阀门改变管路特性曲线，使水泵的工作点落在流量181 m3/h，扬程51m的点上，此时水泵轴功率为34W，阀门上消耗的阻力为51-24=27m，能量浪费严重。
另外，由于国产阀门调节性能较差，很难平稳地调节水泵的扬程。有可能出现阀门开大一些，电动机就过载，而关小一些流量就不够的情况。
3 冬夏季水泵的选取
很多空调设计都是冬夏两用的，即随着季节的变化，为盘管供应冷水或热水。冬季热负荷一般比夏季冷负荷小，且空调水工程供回水温差夏季一般取5℃，冬季取10℃，根据空调水工程循环流量计算公式G=0.86Q/ΔT（式中Q为空调负荷KW，ΔT为水工程温差℃，G为水工程循环流量m3/h），则夏季空调循环水流量将是冬季的2-3倍。假设冬季流量为夏季流量的1/3，工程设计采用双管制工程，即管路特性曲线冬夏季是一致的，由H=SQ2，得到H1/H2=Q12/ Q22，则冬季水泵流量为夏季的1/3，扬程为夏季的1/9。如用同一组定速泵则只能通过关小阀门的方法使工程正常运行，如图3所示，为保证冬季的流量，则应将管路特性曲线由夏季的I调整为冬季的II，这必然 浪费大量的电能。为节约能源，可考虑设计两组定速泵分别供冬夏季使用，也可采用调速泵的运行方式。如果设计中冬季用泵和夏季用泵分别设置,并联运行，冬季工况运行低扬程泵，将获得显著的节能效果。如某大厦冬夏季计算负荷分别为840KW和1002KW，循环水温度夏季为7/12℃，冬季为60/50℃，循环水量夏季180 m3/h，冬季80 m3/h，夏季最不利环路损失为230KPa，根据公式H1/H2=Q12/ Q22，可得冬季的最大损失为45.4 KPa，现采用两种设计方案：方案一是冬夏季不同负荷及部分负荷时共用循环水泵，采用三台KQL100/150-11/2型号泵（水泵参数见表2），夏季两用一备，冬季运行时只需一台泵的流量就能满足要求，而水泵的扬程远大于实际所需的压头，只能靠关小阀门来消耗掉。方案二是冬夏季分设不同的水泵并联，采用阀门切换，此工程冬季用泵可选择KQL80/90-2.2/2型号泵（水泵参数见表2）三台，两用一备。
表2两种方案水泵设置情况
冬夏共用泵组冬夏分设泵组
夏季KQL100/150-11/2(两台工作)
流量93.5m3/h，扬程28m，电机功率11KWKQL100/150-11/2
（两台工作）
冬季KQL100/150-11/2
（一台工作）KQL80/90-2.2/2（两台工作）
流量44.7m3/h，扬程10m，电机功率2.2KW 设空调工程全年冬季运行时间为600小时，若采用方案一，则整个冬季水泵运行耗电为11×600=6600KW•h，方案二为2.2×2×600=2640 KW•h，两者相差3960 KW•h，设电价为0.90元/ KW•h，则一年的运行费用将节省3564元。可见，冬季选用小流量，低扬程的循环水泵可降低耗电量，节省运行费用，但冬夏季采用两组循环泵或采用调速泵会增加初投资，因此，实际空调水工程泵组方案的选择要根据实际条件通过综合经济比较确定，一般回收年限以2-3年为宜。除分设泵组及采用调速泵的方案外，文献4还提出可通过计算，将水泵内的叶轮经车床进行精确切割。从而改变水泵的性能特性，因此，还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要求不同的问题。
4 多台水泵并联的设计与运行
一般工程项目中配置的冷水机组都在2至4台之间，对于规模很大的工程项目，甚至需要5台以上的冷水机组并联工作。制冷站内的主机与水泵的匹配一般来说是一机对一泵，以保证冷水机组的水流量及正常运行，因此，目前我国空调水工程大多为有2台或2台以上水泵并联的定流量工程或一次泵变流量工程。空调设计时，都是按最大负荷情况来进行设备选择以保证最不利情况时的需要。在实际运行中，空调负荷变化很大，不仅随季节变化，而且一天24小时都在变，绝大多数时间空调设备是在低于额定值情况下运行，设计的高峰负荷出现的时间很短，也就是说，空调水工程经常只有部分水泵工作，或只有单台水泵工作，这将引起水泵的轴功率也发生较大的变化，甚至会造成水泵电动机过载，如图4所示。
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