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空调冷冻水循环泵设计简析

时间:2016-01-12 14:09:35; 来源:烟台荏原空调设备有限公司 机械工业 第六设计研究院有限公司 作者:高 伟 邢 莹 张吉炎

摘   要:介绍了冷冻水循环泵在设计选用及运行维护时的注意事项,探讨了水泵流量、扬程等主要参数的计算选取方法,并就如何降低冷冻水循环泵的运行能耗提出了相应的措施。

关键词:循环泵;水系统;能耗;扬程;损失

1  冷冻水循环泵在空调水系统中的重要作用

空调冷冻水系统利用循环泵将冷冻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,达到空气调节的目的。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。

在设计和运行过程中常发现水泵选型不合理,造成“大马拉小车”或者水泵长期过载运行等非理想的运行状态。减少水泵在选择、设计及运行时的不合理因素,降低运行能耗,提高水泵使用寿命显得尤为重要。

空调循环水泵作为空调系统的重要组成部分,约占整个空调系统能耗的15%~20%。大功率水泵对空调冷冻水在循环过程中的温升作用不可忽视,因此如何在冷水循环泵中减少浪费和挖掘潜力,对暖通系统节能会有重大意义。

本文将对空调循环水泵的计算、选型、工作状态以及运行等方面需要注意的一些问题进行总结分析。

 2  冷冻水循环泵设计的注意事项

2.1  冬夏工况的水泵选配

两管制空调冷水系统中,根据冬夏季空调负荷和冷热水流量分别进行水泵选型,如果冬夏季工况差异较大,水量及扬程难以匹配,宜分别设置冷冻水和热水循环泵。如果能基本匹配或者采用数量调节、变频运行等方式可以匹配且能实现高效运行,则可以以冷冻水循环泵兼做热水循环泵使用。应充分结合运行工况和项目投资情况来确定是否设置冬季热水循环泵。

2.2  部分负荷时的情况

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。

2.3  水泵及系统承压情况

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。

2.4  水泵数量选定

根据冷水机组的数量来匹配冷水循环泵,要考虑到不同冷水机组不同的压力降对选型水泵的影响。选用循环水泵时一般不少于两台,同时宜考虑设置备用泵,用来保证有水泵出现故障时仍能满足系统的正常运行。

2.5  水泵形式的选定

冷冻水系统的循环泵宜选用低比转速的单级离心泵,这样水泵运行噪声会比较小,尤其对安装在楼板上的水泵来讲,这样也会减少设备振动对土建设施的影响。一般可以选用端吸泵,流量大于500 m3/h时,宜选用双吸泵。

2.6  水泵减震要求

根据减振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,减少对土建地面、基础的振动影响。水泵的进出水口应该安装减振接头,以减少管道振动的传递。

2.7  水泵管路的要求

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、水泵破坏,甚至管道破裂等事故。

3  冷冻水循环泵主要参数的选定

3.1  水泵的主要参数

冷冻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。流量根据水泵所处的系统总循环水量来选取,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,不能将冷冻水送到压力损失较大的环路,如计算压头损失偏大,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

以闭式冷冻水系统为例,水泵扬程计算公式如下:

                          H=△P1+△P2+△Pg

式中    H——压力总损失,kPa;

   △P1——制冷机组压力损失,kPa;

   △P2——管路的末端设备压力损失,kPa;

   △Pg——管路的压力损失,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。

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

式中    △Pg——管路的压力损失,kPa;

    △Py——管路的沿程压力损失,kPa;

    △Pj——管路的局部压力损失,kPa。

3.2.2.1    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

式中   △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。

通常空调冷冻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。最大不要超过400 Pa/m。

3.2.2.2    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)以及遇到的配件的类型有关。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

式中    △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1 000  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。

当冷冻水系统管路较大,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,应进行详尽的沿程和局部阻力计算,当管路安装不确定或者前期资料不全时,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,进行阻力的大致估算。如表2所示。

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,水泵扬程选定时应对计算的结果附加5%~10%的裕量。

 4  冷冻水循环泵低能耗运行的措施

水泵低能耗运行是空调系统降低运行能耗的重要方面,我们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,降低水泵运行的能耗。

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,设置两台或者多台冷冻水机组及冷冻水循环泵,则保证在部分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,在负荷进一步降低时,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稳定工作。

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,这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,满足末端使用的情况下适量加大供回水温差,可以降低管路内的流量和流速,这在一定程度上降低了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积极作用。

4.4  选择高效低阻的空调设备

冷冻水机组、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的。因此选用同等负荷参数下高换热效率低阻力的设备,对降低循环水泵的扬程有显著的意义。在没有管路间平衡、系统压力要求等其他因素影响的前提下,在选型比较时,尽量考虑能效高阻力小的设备。

 

[参考文献]

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[5] 北京市煤气热力工程设计院有限公司主编.城镇供热管 网设计规范(CJJ34—2010)[S].北京:中国建筑工业 出版社,2010.  

收稿日期:2015-11-20

作者简介:高伟(1980—),男,山东烟台人,助理工程师,主要从事冷冻空调产品设计及工程应用研究。



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