半集中式空調水循環系統的運行分析與節能

牛 云

（江蘇省糧油食品進出口集團股份有限公司，南京 210001）

由于在實際運行的空調水循環系統中，循環水泵的功耗較大，一般情況下，水泵與電動式制冷機功耗比大約為1∶4，所以必須重視冬夏兩季空調運行期，對在熱負荷高峰、非高峰值時的水泵運行工況進行分析研究，在空調水循環系統設計及運行操作中，盡量使水泵在高效率區工作，達到節能效果。

1 水循環管路的性能特征

一般情況下，流體在管路系統中流動時所消耗的能量，一是用來克服管路系統兩端的壓差，其中包括高壓液面的壓強P2與低壓液面的壓強P1之間的壓差，以及兩液面間的高差Hz，即:

二是必須克服流體在管路系統中的流動阻力，根據流體力學原理，可以將阻力損失表達為流量的函數關系，即:

hl=SQ2

式中:S—綜合阻力系數，與管路系統的沿程阻力與局部阻力以及幾何形狀有關，s2/m5。

流體在管路系統中的流動特征可以表達如下:

如將這一關系繪在以流量Q與壓頭H組成的直角坐標系圖上，就可以得到一條管路性能的曲線（見圖1中的CE）。

2 水循環管路的形式

2.1 開式系統和閉式系統

開式水循環管路系統的末端水管是與大氣相通的，管路系統兩端的壓強P2=P1，但水泵壓頭要克服管路沿程的摩擦阻力和局部壓力損失，還必須有一個把水提升高度Hz所需的壓頭 （見圖1中的Hz），因此，水泵能耗大。

閉式系統的水管不與大氣相通，管路系統兩端的壓強P2=P1，兩液面間的高差Hz=0，水泵的壓頭 （揚程）只要克服管系的阻力就足夠了，即H=Σ（hl）。與開式系統相比，閉式系統的水泵能耗小。

2.2 定水量系統和變水量系統

定水量系統是通過改變供回水溫差來適應房間的負荷變化要求，負荷側的末端設備如風機盤管大部分采用電磁三通閥進行調節。當室溫未達到設定值時，三通閥的直通閥開通，旁通閥關閉，供水全部流經風機盤管機組;當室溫達到設定值時，三通閥的旁通閥開通，直通閥關閉，供水全部經旁通管流入回水管，有能量損失。

變水量系統是通過改變水流量 （供回水溫度不變）來適應房間的負荷變化要求，要求負荷側的供水量隨負荷增減而變化，故輸送能耗也將隨之變化。因此，變水量系統可選配2～3臺水泵并聯運行，并在熱負荷高峰、非高峰值時及時操控水泵運行臺數，控制能耗。

3 水泵的工作特性

3.1 水循環系統中一臺水泵單獨工作

水循環管路系統中，水泵工作時所產生的流量和壓頭必須同時滿足水管路系統的特性要求，因此在H－Q圖上，只有水泵的H－Q性能曲線與水管路系統的性能曲線的交點的參數才能滿足上述要求，該交點被稱為水泵的工作點，如圖2中D3點所示。D3為該水泵在阻力特性系數為S的水管路系統中運行時的工作點。

圖1 開式管路系統中水泵工作時的工作點

圖2 閉式水管路系統中兩臺同類型水泵并聯工作時的工作點

3.2 水循環系統中二臺同類型水泵并聯工作

兩臺同類水泵并聯工作時，其合成的性能特征是壓頭略增，流量加倍，如圖2中Q（1+2）－H曲線所示。它與管路特征曲線的交點D即為并聯水泵的工作點，此時，每臺水泵的工作參數由D1點表示，它們的工作壓頭 （揚程）即并聯水泵的工作壓頭 （揚程），H1=H2=H（1+2），每臺水泵的工作流量是系統流量的一半，

當兩臺并聯安裝的水泵只開一臺時，其工作點變為D3點。此時，Q3＞Q1，但Q3＜Q（1+2）。這說明水泵并聯工作時，每一臺水泵工作流量降低了。這是因為水泵并聯工作后，系統內水的流量增加，因此水阻力增大，這導致水泵必須具備更高壓頭，使其工作流量減低。并聯工作的臺數愈多，工作流量的降低也愈多。從節能運行考慮，一般并聯工作的水泵臺數不大于3臺。

4 變水量與定水量系統的水泵運行的效率及能耗的比較

以空調系統工程夏季運行兩種工況為例:

工況a（熱負荷高峰值）:當室內溫度保持在26℃，室外氣溫35℃高峰值熱負荷時，室內風機盤管機組需要供給9℃冷凍水，總冷量為462kW;冷凍水最大設計循環量為113.5m3/h;設冷凍水循環量為120 m3/h時，最不利環路總阻力為0.346 MPs（35.29 mmH2O）。

工況b（熱負荷非高峰值）:當室內溫度保持在26℃，室外氣溫30℃時，室內風機盤管機組需要供給9℃冷凍水，總冷量為330kW;冷凍水循環量為81m3/h。

4.1 變水量系統的水泵運行效率及能耗

選取IS125－100－315型離心水泵兩臺，并聯運行，可滿足上述工況a的要求。水泵性能見表1。

兩臺同類型循環水泵并聯工作時，測得:每臺水泵電機運行電流為21A;水泵壓頭為0.342MPa（≈34.88mmH2O），查水泵Q—H圖，每臺水泵流量為56m3/h=0.0156m3/s。

每臺電機功耗:

水泵軸功率:

水泵效率:

選取IS125－100－315型離心水泵一臺，單獨運行，可滿足上述工況b的要求。

一臺水泵工作時，測得:水泵電機運行電流為23A;水泵壓頭為0.318MPa（≈32.4mmH2O），查水泵Q—H圖，流量為82m3/h=0.0228m3/s。

表1 IS125－100－315型離心水泵標準性能

電機功耗:

水泵軸功率:

水泵效率:

4.2 定水量系統的水泵運行效率及能耗

選取IS125－100－400A型離心水泵1臺，單獨運行，也可滿足上述工況a的要求。水泵性能見表2。

表2 IS125－100－400A型離心水泵標準性能

設水泵流量為120m3/h=0.0333m3/s，水泵軸功率Ns=18.80;

4.3 兩種系統的效率及能耗比較

在熱負荷高峰值時，變水量系統的兩臺水泵并聯運行的效率及總能耗分別為57%和20.8kW;定水量系統的一臺水泵運行的效率及能耗分別為66%和20.89kW;比較結果后者略占優。

在熱負荷非高峰值時，變水量系統的一臺水泵單獨運行的效率及總能耗分別為70%和11.4kW;定水量系統的一臺水泵運行的效率及能耗不變;比較結果前者明顯占優。

5 水循環系統的選配及循環水泵運行臺數的操控

在設計安裝空調系統冷凍水環路時，可根據具體情況綜合考慮，配置閉式變水量系統，以便在系統運行操作中，可根據冬夏兩季空調系統運行期熱負荷高峰、非高峰值的不同變化，靈活操控循環水泵運行的臺數，使水泵在高效率區工作，達到節能效果。

［1］天津，同濟大學.傳熱學［M］.北京:中國建筑工業出版社，1980

［2］陳沛霖，岳孝方.空調與制冷技術手冊［M］.上海:同濟大學出版社，1990

［3］周謨仁.流體力學 泵與風機［M］.北京:中國建筑工業出版社，1979

［4］郭雨水 （責任編輯）.實用維修電工手冊 ［M］.上海:上?？茖W技術出版社，2000