我國目前建筑能耗中采暖空調系統(tǒng)能耗約占65%,而空調能耗中空氣、水輸送能耗占25~30%。對空調水系統(tǒng)中水輸送設備-水泵的選擇配置作一簡要分析,尋求一種降低空調系統(tǒng)中水泵能耗的方式,達到節(jié)能降耗的目的。
1 水泵的選擇配置
從圖1可以看出,單臺泵的性能曲線與管路系統(tǒng)性能曲線沒有相交,當系統(tǒng)流量發(fā)生變化只需要單臺水泵運轉時,水泵會發(fā)生氣蝕現象,產生噪音,葉輪和泵殼出現小的坑洞。消除這種現象有兩種方法:
(1)增加管路阻力(關小閥門);
(2)使兩臺水泵一直同時運轉。兩種方法都只會使水泵消耗的功率增加。下圖所選水泵不合適。
圖1 管道與泵1、泵2并聯運行曲線
因此選擇水泵時應注意:
(1)根據規(guī)范要求滿足系統(tǒng)所需的揚程,流量要求。
(2)應使單臺水泵的性能曲線與管路性能曲線有交點,而且交點不要離水泵性能曲線末端太近,這樣就不會發(fā)生氣蝕現象。
(3)水泵要有良好的相互備用性,水泵的型號尺寸要一樣。因為兩臺水泵型號尺寸不同,它們必須在同一揚程下工作,否則揚程高的水泵可能使揚程低的水泵的止回閥關閉,無法正常工作。
2 水泵的基本原理和運行分析
2.1 基本原理
我們知道在實際運行過程中水泵并不總在設計工況點下運行,在非設計工況點下運行時它遵守泵的相似律原理。泵的相似律表明同一系列相似機器的相似工況之間的相似關系,泵的性能參數是針對某一轉速nm來說的當實際運行轉速n與nm不同時具有下列關系:
流量關系:Q/Qm=n/nm(1)
揚程關系:H/Hm=(n/nm)2(2)
功率關系:N/Nm=(n/nm)3(3)
三式聯立可得綜合公式:
Q/Qm=(H/Hm)1/2=(N/Nm)1/3=n/nm(4)
2.2 運行分析
對水泵配置時通常有以下三種情況分別對其進行分析:
2.2.1兩臺水泵均為定頻泵
從圖2可以看出:
(1)在低流量時只開啟一臺水泵,便可滿足系統(tǒng)流量的需要。
(2)在高于一臺水泵流量時要同時開啟兩臺水泵。當系統(tǒng)流量未達到設計流量時,系統(tǒng)流量的調節(jié)只有通過關小閥門,加大管道系統(tǒng)阻力的辦法來解決。此時管道系統(tǒng)性能曲線將變陡,由于水泵的轉速并沒有改變,所以水泵性能曲線也沒有變化,但兩條曲線的交點將上移,水泵將在低流量,高揚程的工況點運行。
可見定頻泵并聯時,流量在一定范圍變化時水泵所消耗的功率中有一部分是用來克服閥門關小所產生的阻力,而通過關小閥門增加管道阻力來滿足系統(tǒng)低流量的需求是不經濟的。
圖2 管道與定頻泵1、定頻泵2并聯運行曲線
2.2.2 一臺水泵為定頻泵,一臺水泵為變頻泵。
圖3 管道與變頻泵1、定頻泵2并聯運行曲線
從圖3可以看出:
(1)在低于定頻泵與管道性能曲線交點的流量范圍下只開啟變頻泵,通過水泵轉速的改變來滿足系統(tǒng)流量的需求。
(2)在高于交點流量時同時開啟兩臺泵,首先為了使定頻泵與變頻泵可以同時運行,變頻泵要在高轉速的工況下運行來獲得與定頻泵一樣的出口壓力,否則其中揚程較低的一臺水泵的止回閥將關閉,造成水泵的空轉,系統(tǒng)出現問題。由相似律定理可知此時變頻泵消耗的功率要增加變大。其次變頻泵與定頻泵出口壓力相等,此時流量必定大于系統(tǒng)所需流量,只有調節(jié)閥門開度變小,增大管道阻力,使管路性能曲線變陡,才能得到系統(tǒng)所需流量。另外隨著流量的變大,定頻泵運行工況點將按
著它自身的性能曲線變化,流量變小,壓頭變高,消耗的功率變大。
可見定頻泵與變頻泵并聯運行同定頻泵并聯一樣不經濟,有不必要的能量消耗。但在低流量時節(jié)省了部分能量消耗。
2.2.3 兩臺水泵均為變頻泵
圖4 管道與變頻泵1、變頻泵2并聯運行曲線
從圖4可以看出:
(1)當在低流量的情況下,只開啟一臺變頻泵,變頻泵在變頻控制器的控制下改變葉輪轉速以改變流量,滿足系統(tǒng)需要。
(2)當流量增大到一定數值后,兩臺水泵同時開啟,由于兩臺水泵在變頻控制器的控制下作相同的變化,運行工況始終相同,而且系統(tǒng)流量變化是通過水泵葉輪轉速的變化來實現的由相似律可以看出水泵所消耗的功率大大降低,因為水泵的功耗變化是葉輪轉速變化的三次方。
3 結論
(1)水泵的選擇配置除了要滿足系統(tǒng)所需流量、揚程的要求外,還要通過水泵的性能曲線、管道系統(tǒng)性能曲線來驗證是否會發(fā)生氣蝕等對水泵有害的現象出現。
(2)通過對三種配置方式的分析,水泵均為變頻泵的組合節(jié)能效果最佳,一臺變頻泵,一臺定頻泵的組合節(jié)能效果居中,水泵均為定頻泵的組合節(jié)能效果最差。