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106中小型空调水系统备用泵的优化设计探讨 中小型空调水系统备用泵的优化设计探讨 中国建筑科学研究院空调所 张钦 袁东立 摘要 分析了目前空调水系统设计中常用的多台相同型号的水泵并联运行的弊端，从备用泵的选配设计入手，提出了更加节能、实用性强的大小泵匹配的方案，并将其与常规水泵选配方案进行了分析比较。 关键词 水系统 水泵 节能 1 概述 空调系统中水泵是一个重要的铺助设备，它直接关系到整个系统能否正常运行。虽然水泵在初投资中所占比例很小，但水泵的能耗较大，文献[1]指出:“大型公共建筑供暖空调电力消耗中,60 %～70 %由输送和分配冷量热量的风机水泵所消耗。??,而这部分电耗有可能降低60 %～70 %”。常规设计中，水泵及相关空调设备的选型都按最不利工况进行，但由于空调系统冷热负荷随室外气象条件、使用特点的变化而变化的，因此空调系统在大部分时间内工作于部分负荷状态。一般来说，空调冷水机组随着冷负荷的变化可以进行调节，达到节能的目的，而对于空调水泵的设计选配，目前工程实例中多以能耗为代价采用节流方法调节流量，造成电能的浪费。 2 给定管路的流量与阻力分析 对于给定的管路，在流量变化时其阻力与流量的平方成正比，如下式： 22 H1/H2=Q1/Q2(1) 在空调工程设计中，空调水泵的流量按最大负荷所需的流量确定，扬程H一般按下式选取： H=Ha+Hb+Hc+Hd （2） 其中：Ha表示冷水机组的阻力； Hb表示制冷站内分支管路的阻力； Hc表示制冷站以外管网的阻力； Hd表示空调末端设备的阻力； 下面我们分析当运行流量为设计流量的一半时所需的水泵扬程H’。为保证制冷主机的流量并正常运行，制冷主机与水泵通常为一对一设置，因而可近似认为制冷站内分支管路的阻力和主机的阻力不变，而外管网和末端设备的阻力按流量的平方关系变化，因此可得下式： H’=Ha+Hb+1/4(Hc+Hd) （3） 根据以上分析，实际工程中当运行流量为设计流量的一半时，所要求的水泵扬程将大大小于设计选定的水泵扬程。 3 目前工程中降低水泵运行能耗的几种方式 3.1 对水泵实行变频运行 采用变频技术对水泵进行无级调速是一种行之有效的节能措施。在水泵变速运行中，水泵转速n、流量Q、扬程H和功率N满足以下关系： 23H/H1=(n/n1), N/N1＝（n/n1）,Q/Q1=n/n1 3故：N/N1＝(Q/Q1) 上式可看出，转速下降1/2，功率可下降为原来的1/8，从理论上说水泵变速运行稳定且节电效果好。但在实际工程中，由于转速下降的同时，水泵流量相应下降，水泵扬程则按平方关系下降，而空调水系统的管网特性限制了扬程的变化范围，且冷水机组对流量也有一定的要求，这些都限制了水泵转速的调节范围，再加上变频装置费用较高，所以在目前实际工程中运用有一定的局限性，且变频调速装置对其他设备也有一定的干扰。 1 3.2 采用二级泵系统 二级泵系统主要在负荷侧和冷源侧分别设置水泵，其一级泵环路（即冷源侧）为定流量运行，保证了冷水机组蒸发器流量恒定，在二级泵环路（即负荷侧）采用变流量运行，一般采用台数控制或变频控制。可见，一级泵环路并不节能，但二级泵水系统节能效果显著。由于本系统增加了空调水系统的复杂性及初投资，更适用于阻力较高且各环路负荷特性和阻力相差悬殊的大型空调系统。 4 大小泵匹配系统探讨 由于目前国内大量中小型工程仍采用定流量水系统，按常规水泵选配设计思路，一般是多台相同的水泵并联，其中一台备用。本文拟从备用泵入手，探讨当制冷主机采用两台时，如何设置备用泵，使系统运行更加节能。提出了以下三个方案，其中方案1为常规方案，方案2、3为大小泵匹配运行方案。 方案一:选用3台型号相同的水泵，2用1备。按照一台冷水机组的流量和两台水泵同时运行的管网阻力选型。 方案二:选用2台大泵和一台小泵，大泵按照一台冷水机组的流量和两台水泵同时运行的管网阻力选型，小泵按一台冷水机组运行时的流量及相应的管网阻力选型。负荷较大时开启2台大泵；当负荷较小时开启一台小泵。 方案三:选用2台大泵和一台小泵，其中一台大泵作为备用，大泵按照两台冷水机组同时运行的流量及相应的管网阻力选型，小泵按照一台冷水机组运行时的流量及相应的管网阻力选型。 4.1 三种方案运行模式及优缺点比较 4.1.1 方案一（常规方案） 方案一（如图1所示）是目前普遍采用的设计方法，即冷冻水泵选3台同型号的水泵，2用