空调冷水循环泵选用简析

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　　摘要：本文介绍了冷水循环泵在设计选用及运行维护时的注意事项，介绍了水泵流量、扬程等主要参数的计算选取方法，并列举了如何使冷水循环泵降低运行能耗的措施。
　　关键词：循环泵；水系统； 能耗；扬程；损失
　　1 冷水循环泵在空调水系统中的重要作用
　　空调冷水系统利用循环泵将冷水从制冷机房输送到各空调设备，以实现空调冷热量的交换、转移，达到空气调节目的。循环水泵是联系制冷主机和房间用冷设备的纽带，为水系统的循环提供动力，是空调系统的重要组成部分。
　　空调系统是建筑能耗的主要项目，据统计，空调系统约占整个建筑能耗的60%～70%，空调循环水泵作为系统的重要组成部分，在整个空调能耗组成中也占有重要地位，约占整个空调系统能耗的15%～20%。卷烟厂因高大空间多、工艺性空调房间较多、设备发热量大等原因，导致卷烟厂的空调能耗在平时的运行能耗中占有了更大的比重，因此如何在空调系统中挖掘潜力，对烟草行业节能减排会有重大意义。由于现在水泵在选择、设计及运行时的不合理因素，使得水泵系统的能耗仍有很大的空间可以挖掘利用。
　　2 冷水循环泵选用的注意事项
　　2.1两管制空调水系统中，宜分别设置冷水和热水循环泵。如果冷水循环泵兼做热水循环泵使用，冬季输送热水时宜改变水泵的转速，使水泵运行的台数和单台水泵的流量、扬程和系统的工况相吻合。
　　2.2选用循环水泵时一般不少于两台，同时应该考虑设置备用泵，用来保证有水泵出现故障时仍能满足系统的正常运行。
　　2.3冷水系统的循环泵，宜选用低比转速的单级离心泵；一般可以选用端吸泵，流量大于500m3/h时，宜选用双吸泵。
　　2.4根据减震要求宜在水泵底座下设置具有较大质量的钢筋混凝土板惰性块，再在板下配置减振器，水泵的进出水口应该安装减震接头。
　　2.5在水泵的出水管应该安装止回阀，以防止突然启停造成的水锤作用。水锤作用具有极大的破坏性，可导致管道系统的强烈振动、噪声，造成阀门破坏，甚至管道破裂等事故。
　　2.6在高层建筑中的循环水泵，必须考虑泵体所承受的静水压力，并提出对水泵的承压要求；同时水泵选定后需符合系统的工作压力是否满足系统设置的需要，如有超过系统内部件的承压能力，应该更换承压能力大的部件，或者重新划分系统设置降低系统工作压力。
　　2.7选择配置水泵时，应充分分析和考虑在部分负荷下水泵运行和调节的对策，空调设备绝大部分时间是处于部分负荷情况下工作，部分负荷时水泵运行费用的高低，决定了整个系统循环泵能耗的多少，该部分是水泵节能运行最大的保证。
　　3 冷水循环泵主要参数的选定
　　3.1水泵的主要参数
　　冷水循环泵主要参数有流量、扬程、转速、配电功率以及噪声等。主要需要计算的水泵参数是流量和扬程。流量根据水泵负责的系统水量来选取，选定水泵时流量应附加5%~10%的裕量。水泵的扬程是极为关键的一个参数，包含了较多的影响因素，需仔细计算。计算压头损失若不足会造成环路供水压力不够，不能将冷水送到压力损失较大的环路，如计算压头损失考虑偏大，会造成水泵扬程选取的过大，势必带来能耗增大，造成了能源的浪费。
　　3.2循环水泵扬程计算
　　3.2.1 水泵扬程计算总公式
　　以闭式冷水系统为例，水泵扬程计算公式如下：
　　 摘要：本文介绍了冷水循环泵在设计选用及运行维护时的注意事项，介绍了水泵流量、扬程等主要参数的计算选取方法，并列举了如何使冷水循环泵降低运行能耗的措施。
　　关键词：循环泵；水系统； 能耗；扬程；损失
　　1 冷水循环泵在空调水系统中的重要作用
　　空调冷水系统利用循环泵将冷水从制冷机房输送到各空调设备，以实现空调冷热量的交换、转移，达到空气调节目的。循环水泵是联系制冷主机和房间用冷设备的纽带，为水系统的循环提供动力，是空调系统的重要组成部分。
　　空调系统是建筑能耗的主要项目，据统计，空调系统约占整个建筑能耗的60%～70%，空调循环水泵作为系统的重要组成部分，在整个空调能耗组成中也占有重要地位，约占整个空调系统能耗的15%～20%。卷烟厂因高大空间多、工艺性空调房间较多、设备发热量大等原因，导致卷烟厂的空调能耗在平时的运行能耗中占有了更大的比重，因此如何在空调系统中挖掘潜力，对烟草行业节能减排会有重大意义。由于现在水泵在选择、设计及运行时的不合理因素，使得水泵系统的能耗仍有很大的空间可以挖掘利用。
　　2 冷水循环泵选用的注意事项
　　2.1两管制空调水系统中，宜分别设置冷水和热水循环泵。如果冷水循环泵兼做热水循环泵使用，冬季输送热水时宜改变水泵的转速，使水泵运行的台数和单台水泵的流量、扬程和系统的工况相吻合。
　　2.2选用循环水泵时一般不少于两台，同时应该考虑设置备用泵，用来保证有水泵出现故障时仍能满足系统的正常运行。
　　2.3冷水系统的循环泵，宜选用低比转速的单级离心泵；一般可以选用端吸泵，流量大于500m3/h时，宜选用双吸泵。
　　2.4根据减震要求宜在水泵底座下设置具有较大质量的钢筋混凝土板惰性块，再在板下配置减振器，水泵的进出水口应该安装减震接头。
　　2.5在水泵的出水管应该安装止回阀，以防止突然启停造成的水锤作用。水锤作用具有极大的破坏性，可导致管道系统的强烈振动、噪声，造成阀门破坏，甚至管道破裂等事故。
　　2.6在高层建筑中的循环水泵，必须考虑泵体所承受的静水压力，并提出对水泵的承压要求；同时水泵选定后需符合系统的工作压力是否满足系统设置的需要，如有超过系统内部件的承压能力，应该更换承压能力大的部件，或者重新划分系统设置降低系统工作压力。
　　2.7选择配置水泵时，应充分分析和考虑在部分负荷下水泵运行和调节的对策，空调设备绝大部分时间是处于部分负荷情况下工作，部分负荷时水泵运行费用的高低，决定了整个系统循环泵能耗的多少，该部分是水泵节能运行最大的保证。
　　3 冷水循环泵主要参数的选定
　　3.1水泵的主要参数
　　冷水循环泵主要参数有流量、扬程、转速、配电功率以及噪声等。主要需要计算的水泵参数是流量和扬程。流量根据水泵负责的系统水量来选取，选定水泵时流量应附加5%~10%的裕量。水泵的扬程是极为关键的一个参数，包含了较多的影响因素，需仔细计算。计算压头损失若不足会造成环路供水压力不够，不能将冷水送到压力损失较大的环路，如计算压头损失考虑偏大，会造成水泵扬程选取的过大，势必带来能耗增大，造成了能源的浪费。
　　3.2循环水泵扬程计算
　　3.2.1 水泵扬程计算总公式
　　以闭式冷水系统为例，水泵扬程计算公式如下：
　　H＝△P1＋△P2＋△Pg（公式3.1）
　　其中 H――计算的压力总损失 kPa
　　 △P1――制冷机组压力损失（见表3.1） kPa
　　 △P2――计算管路的末端设备压力损失（见表3.1） kPa
　　 △Pg――管路的压力损失 （见公式3.2）kPa

　　主要设备的压力损失可由设备厂家提供，计算数据缺乏时可按照表1进行估算。
　　表1 部分设备的压力损失值
　　
　　
　　
　　3.2.2管路压力损失计算
　　管路的压力损失计算公式如下：
　　△Pg ＝△Py＋△Pj（公式3.2）
　　其中 △Pg――管路的压力损失 kPa
　　 △Py――管路的沿程压力损失（见公式3.3） kPa
　　 △Pj――管路的局部压力损失（见公式3.4） kPa
　　
　　⑴管路沿程压力损失计算
　　管路的沿程压力损失简易计算公式如下：
　　 △Py＝R•L（公式3.3）
　　
　　其中 △Py――管路的沿程压力损失kPa
　　 R――单位长度直管段的摩擦阻力（习惯称比摩阻） Pa/m
　　 L――直管段长度 m
　　通常空调冷水系统的比摩阻控制在100～300 Pa/m，小管径管路的比摩阻会相对大些，较大管径的管路比摩阻会略小些。最大不应超过400Pa/m。
　　⑵管路局部压力损失计算
　　管路的局部压力损失是水在流动过程中遇到各种配件如弯头、三通、阀门等时，由于摩擦和涡流而导致的能量损失。习惯上称之为局部阻力。局部阻力和水流速度（动压）以及遇到的配件的有关。不同的配件有不同的局部阻力系数。局部阻力简易计算公式如下：
　　△Pj＝ζ•ρ•v2/2 （公式3.4）
　　其中 △Pj――管路的局部压力损失kPa
　　 ζ――管道配件的局部阻力系数
　　 ρ――流体的密度，水取1000 kg/m³
　　v――管道内流体的流速m/s
　　也可采用局部阻力当量长度来进行局部阻力计算，本文不再赘述。
　　当冷水系统管路较大，或者集中冷热源需向多个单体建筑进行供冷供热，需输送较长管路时，可参照《城镇供热管网设计规范》（CJJ34-2010）第7.3.8条中的局部阻力和沿程管路的比值进行系数选取，见表2
　　
　　表2 管道局部阻力与沿程阻力比值
　　
　　
　　
　　3.2.3 扬程计算结果的附加
　　根据公式汇总后得出的便是空调水系统的总压头损失，需要注意的是水泵扬程的选定时也应该对计算的结果附加5%～10%的裕量。
　　4 冷水循环泵低能耗运行的措施
　　水泵低能耗运行可为节能减排做出有力贡献，可以从空调系统设置、水泵自身、管路设计、空调设备选取等多种形式，多种途径入手，对水泵运行能耗进行降低。
　　4.1合理设置系统
　　前面我们也讲到空调系统多数时间是部分负荷运行，合理配置部分负荷下的机组和水泵的设置，使之在部分负荷下也能高效率运行，以滕州烟厂为例，空调系统设置三台冷水机组及对应的三台冷水循环泵，则保证在1/3及2/3负荷情况下机组及水泵都能维持在设计的最高效率点工作；同时水泵设计为变频泵，在单台设备部分负荷情况下启动变频装置，保证水泵仍旧在最高效率点或最高效率点附近工作。
　　4.2选择工作效率较高的设备
　　目前市场上已经出现了工作效率≥0.85的水泵，选用此类高效率水泵可使得空调水系统的输送能效比（ER值）比《公共建筑节能设计标准》（GB50189-2005）中的限值降低17%左右。此举在降低运行能耗上也具有明显的效果。
　　4.3控制管路压力损失
　　优化布置冷热源及管路走向，使冷热源尽量靠近负荷中心，减少管路敷设，同时也减少为平衡管路压力损失而增设的平衡阀、调节阀等，也就减少了相应的沿程损失和局部损失。有效降低了循环水泵的扬程，也就降低了循环水泵的配电功率。
　　此外，适量加大供回水温差或适当放大供回水管路管径，也都可以在一定程度上低循环水泵的沿程损失和局部损失，对降低选用水泵的扬程也有很大作用。
　　4.4选择高效低阻的空调设备
　　冷水机组、热交换器、组合式空调器、新风机组、风机盘管等产品的阻力最终都是依靠选用的循环水泵的扬程的来克服。因此选用同等负荷参数下高效低阻的设备，对降低循环水泵的扬程有显著的意义。因此在选型比较时，尽量考虑能效高阻力小的设备。
　　主要设备的压力损失可由设备厂家提供，计算数据缺乏时可按照表1进行估算。
　　表1 部分设备的压力损失值
　　设备名称 阻力（kPa） 备注
　　离心式冷水机组
　　蒸发器 30～80 按不同产品而定
　　冷凝器 50～80 按不同产品而定
　　吸收式冷热水机组
　　蒸发器 40～100 按不同产品而定
　　冷凝器 50～140 按不同产品而定
　　冷却塔 20～80 不同喷雾压力
　　冷热水盘管 20～50 水流速度0.8～1.5m/s
　　热交换器 20～50
　　风机盘管机组 10～20 容量愈大，阻力愈大，最大30kPa左右
　　自动控制调节阀 30～50
　　
　　3.2.2管路压力损失计算
　　管路的压力损失计算公式如下：
　　△Pg ＝△Py＋△Pj（公式3.2）
　　其中 △Pg――管路的压力损失 kPa
　　 △Py――管路的沿程压力损失（见公式3.3） kPa
　　 △Pj――管路的局部压力损失（见公式3.4） kPa
　　
　　⑴管路沿程压力损失计算
　　管路的沿程压力损失简易计算公式如下：
　　 △Py＝R•L（公式3.3）
　　
　　其中 △Py――管路的沿程压力损失kPa
　　 R――单位长度直管段的摩擦阻力（习惯称比摩阻） Pa/m
　　 L――直管段长度 m
　　通常空调冷水系统的比摩阻控制在100～300 Pa/m，小管径管路的比摩阻会相对大些，较大管径的管路比摩阻会略小些。最大不应超过400Pa/m。
　　⑵管路局部压力损失计算
　　管路的局部压力损失是水在流动过程中遇到各种配件如弯头、三通、阀门等时，由于摩擦和涡流而导致的能量损失。习惯上称之为局部阻力。局部阻力和水流速度（动压）以及遇到的配件的有关。不同的配件有不同的局部阻力系数。局部阻力简易计算公式如下：
　　
　　△Pj＝ζ•ρ•v2/2 （公式3.4）
　　其中 △Pj――管路的局部压力损失kPa
　　 ζ――管道配件的局部阻力系数

　　 ρ――流体的密度，水取1000 kg/m³
　　v――管道内流体的流速m/s
　　也可采用局部阻力当量长度来进行局部阻力计算，本文不再赘述。
　　当冷水系统管路较大，或者集中冷热源需向多个单体建筑进行供冷供热，需输送较长管路时，可参照《城镇供热管网设计规范》（CJJ34-2010）第7.3.8条中的局部阻力和沿程管路的比值进行系数选取，见表2
　　
　　表2 管道局部阻力与沿程阻力比值
　　
　　
　　
　　3.2.3 扬程计算结果的附加
　　根据公式汇总后得出的便是空调水系统的总压头损失，需要注意的是水泵扬程的选定时也应该对计算的结果附加5%～10%的裕量。
　　4 冷水循环泵低能耗运行的措施
　　水泵低能耗运行可为节能减排做出有力贡献，可以从空调系统设置、水泵自身、管路设计、空调设备选取等多种形式，多种途径入手，对水泵运行能耗进行降低。
　　4.1合理设置系统
　　前面我们也讲到空调系统多数时间是部分负荷运行，合理配置部分负荷下的机组和水泵的设置，使之在部分负荷下也能高效率运行，以滕州烟厂为例，空调系统设置三台冷水机组及对应的三台冷水循环泵，则保证在1/3及2/3负荷情况下机组及水泵都能维持在设计的最高效率点工作；同时水泵设计为变频泵，在单台设备部分负荷情况下启动变频装置，保证水泵仍旧在最高效率点或最高效率点附近工作。
　　4.2选择工作效率较高的设备
　　目前市场上已经出现了工作效率≥0.85的水泵，选用此类高效率水泵可使得空调水系统的输送能效比（ER值）比《公共建筑节能设计标准》（GB50189-2005）中的限值降低17%左右。此举在降低运行能耗上也具有明显的效果。
　　4.3控制管路压力损失
　　优化布置冷热源及管路走向，使冷热源尽量靠近负荷中心，减少管路敷设，同时也减少为平衡管路压力损失而增设的平衡阀、调节阀等，也就减少了相应的沿程损失和局部损失。有效降低了循环水泵的扬程，也就降低了循环水泵的配电功率。
　　此外，适量加大供回水温差或适当放大供回水管路管径，也都可以在一定程度上低循环水泵的沿程损失和局部损失，对降低选用水泵的扬程也有很大作用。
　　4.4选择高效低阻的空调设备
　　冷水机组、热交换器、组合式空调器、新风机组、风机盘管等产品的阻力最终都是依靠选用的循环水泵的扬程的来克服。因此选用同等负荷参数下高效低阻的设备，对降低循环水泵的扬程有显著的意义。因此在选型比较时，尽量考虑能效高阻力小的设备。
　　备注：图表请以PDF形式查看

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