我國(guó)目前建筑能耗中采暖空調(diào)系統(tǒng)能耗約占65%，而空調(diào)能耗中空氣、水輸送能耗占25～30%。對(duì)空調(diào)水系統(tǒng)中水輸送設(shè)備-水泵的選擇配置作一簡(jiǎn)要分析，尋求一種降低空調(diào)系統(tǒng)中水泵能耗的方式，達(dá)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(tái)泵的性能曲線與管路系統(tǒng)性能曲線沒(méi)有相交，當(dāng)系統(tǒng)流量發(fā)生變化只需要單臺(tái)水泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，水泵會(huì)發(fā)生氣蝕現(xiàn)象，產(chǎn)生噪音，葉輪和泵殼出現(xiàn)小的坑洞。消除這種現(xiàn)象有兩種方法：

　　(1)增加管路阻力(關(guān)小閥門(mén));

　　(2)使兩臺(tái)水泵一直同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)。兩種方法都只會(huì)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(lián)運(yùn)行曲線

　　因此選擇水泵時(shí)應(yīng)注意：

　　(1)根據(jù)規(guī)范要求滿足系統(tǒng)所需的揚(yáng)程，流量要求。

　　(2)應(yīng)使單臺(tái)水泵的性能曲線與管路性能曲線有交點(diǎn)，而且交點(diǎn)不要離水泵性能曲線末端太近，這樣就不會(huì)發(fā)生氣蝕現(xiàn)象。

　　(3)水泵要有良好的相互備用性，水泵的型號(hào)尺寸要一樣。因?yàn)閮膳_(tái)水泵型號(hào)尺寸不同，它們必須在同一揚(yáng)程下工作，否則揚(yáng)程高的水泵可能使揚(yáng)程低的水泵的止回閥關(guān)閉，無(wú)法正常工作。

　　2 水泵的基本原理和運(yùn)行分析

　　2.1 基本原理

　　我們知道在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中水泵并不總在設(shè)計(jì)工況點(diǎn)下運(yùn)行，在非設(shè)計(jì)工況點(diǎn)下運(yùn)行時(shí)它遵守泵的相似律原理。泵的相似律表明同一系列相似機(jī)器的相似工況之間的相似關(guān)系，泵的性能參數(shù)是針對(duì)某一轉(zhuǎn)速nm來(lái)說(shuō)的當(dāng)實(shí)際運(yùn)行轉(zhuǎn)速n與nm不同時(shí)具有下列關(guān)系：

　　流量關(guān)系：Q/Qm=n/nm(1)

　　揚(yáng)程關(guān)系：H/Hm=(n/nm)2(2)

　　功率關(guān)系：N/Nm=(n/nm)3(3)

　　三式聯(lián)立可得綜合公式：

　　Q/Qm=(H/Hm)1/2=(N/Nm)1/3=n/nm(4)

　　2.2 運(yùn)行分析

　　對(duì)水泵配置時(shí)通常有以下三種情況分別對(duì)其進(jìn)行分析：

　　2.2.1兩臺(tái)水泵均為定頻泵

　　從圖2可以看出：

　　(1)在低流量時(shí)只開(kāi)啟一臺(tái)水泵，便可滿足系統(tǒng)流量的需要。

　　(2)在高于一臺(tái)水泵流量時(shí)要同時(shí)開(kāi)啟兩臺(tái)水泵。當(dāng)系統(tǒng)流量未達(dá)到設(shè)計(jì)流量時(shí)，系統(tǒng)流量的調(diào)節(jié)只有通過(guò)關(guān)小閥門(mén)，加大管道系統(tǒng)阻力的辦法來(lái)解決。此時(shí)管道系統(tǒng)性能曲線將變陡，由于水泵的轉(zhuǎn)速并沒(méi)有改變，所以水泵性能曲線也沒(méi)有變化，但兩條曲線的交點(diǎn)將上移，水泵將在低流量，高揚(yáng)程的工況點(diǎn)運(yùn)行。

　　可見(jiàn)定頻泵并聯(lián)時(shí)，流量在一定范圍變化時(shí)水泵所消耗的功率中有一部分是用來(lái)克服閥門(mén)關(guān)小所產(chǎn)生的阻力，而通過(guò)關(guān)小閥門(mén)增加管道阻力來(lái)滿足系統(tǒng)低流量的需求是不經(jīng)濟(jì)的。

　　圖2 管道與定頻泵1、定頻泵2并聯(lián)運(yùn)行曲線

　　2.2.2 一臺(tái)水泵為定頻泵，一臺(tái)水泵為變頻泵。

　　圖3 管道與變頻泵1、定頻泵2并聯(lián)運(yùn)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(diǎn)的流量范圍下只開(kāi)啟變頻泵，通過(guò)水泵轉(zhuǎn)速的改變來(lái)滿足系統(tǒng)流量的需求。

　　(2)在高于交點(diǎn)流量時(shí)同時(shí)開(kāi)啟兩臺(tái)泵，首先為了使定頻泵與變頻泵可以同時(shí)運(yùn)行，變頻泵要在高轉(zhuǎn)速的工況下運(yùn)行來(lái)獲得與定頻泵一樣的出口壓力，否則其中揚(yáng)程較低的一臺(tái)水泵的止回閥將關(guān)閉，造成水泵的空轉(zhuǎn)，系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題。由相似律定理可知此時(shí)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(shí)流量必定大于系統(tǒng)所需流量，只有調(diào)節(jié)閥門(mén)開(kāi)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(yùn)行工況點(diǎn)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(jiàn)定頻泵與變頻泵并聯(lián)運(yùn)行同定頻泵并聯(lián)一樣不經(jīng)濟(jì)，有不必要的能量消耗。但在低流量時(shí)節(jié)省了部分能量消耗。

　　2.2.3 兩臺(tái)水泵均為變頻泵

　　圖4 管道與變頻泵1、變頻泵2并聯(lián)運(yùn)行曲線

　　從圖4可以看出：

　　(1)當(dāng)在低流量的情況下，只開(kāi)啟一臺(tái)變頻泵，變頻泵在變頻控制器的控制下改變?nèi)~輪轉(zhuǎn)速以改變流量，滿足系統(tǒng)需要。

　　(2)當(dāng)流量增大到一定數(shù)值后，兩臺(tái)水泵同時(shí)開(kāi)啟，由于兩臺(tái)水泵在變頻控制器的控制下作相同的變化，運(yùn)行工況始終相同，而且系統(tǒng)流量變化是通過(guò)水泵葉輪轉(zhuǎn)速的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)的由相似律可以看出水泵所消耗的功率大大降低，因?yàn)樗玫墓淖兓侨~輪轉(zhuǎn)速變化的三次方。

　　3 結(jié)論

　　(1)水泵的選擇配置除了要滿足系統(tǒng)所需流量、揚(yáng)程的要求外，還要通過(guò)水泵的性能曲線、管道系統(tǒng)性能曲線來(lái)驗(yàn)證是否會(huì)發(fā)生氣蝕等對(duì)水泵有害的現(xiàn)象出現(xiàn)。

　　(2)通過(guò)對(duì)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(tái)變頻泵，一臺(tái)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。