摘要：對(duì)在供熱、空調(diào)水系統(tǒng)中使用加壓泵的可行性進(jìn)行了分析，并導(dǎo)出了節(jié)能率計(jì)算公式，指出當(dāng)最不利環(huán)路阻力較次最不利環(huán)路的阻力大30%以上時(shí)，可以考慮采用加壓泵。探討了一次泵空調(diào)系統(tǒng)中加壓泵的控制方法，認(rèn)為常規(guī)控制方法仍可沿用，提出了空調(diào)供冷和供熱情形下加壓泵的調(diào)節(jié)方法。關(guān)鍵詞：供熱空調(diào)管網(wǎng)加壓泵節(jié)能1引言在供熱、空調(diào)水系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，水環(huán)路的劃分原則上應(yīng)使各個(gè)環(huán)路的阻力基本平衡，但實(shí)際上由于建筑的多功能性，為便于分時(shí)管理，水環(huán)路的劃分更多地考慮到供熱或空調(diào)區(qū)域的使用功能。因此，設(shè)計(jì)中各個(gè)水環(huán)路的阻力有時(shí)相差較大，選擇水泵的常規(guī)方法是，由最不利環(huán)路的阻力確定水泵揚(yáng)程，盡管這一環(huán)路上的流量可能僅為系統(tǒng)總流量的很小一部分，也不得不選擇大揚(yáng)程泵，而其他環(huán)路就不得不依靠平衡閥或調(diào)節(jié)閥等阻力元件來(lái)平衡，從而造成水系統(tǒng)的能耗偏高。在供熱、空調(diào)管網(wǎng)中用加壓泵替代靜態(tài)平衡閥，從節(jié)能角度，變傳統(tǒng)的抑好（向最壞的對(duì)象看齊）的水力平衡方法為提差（向較好的對(duì)象看齊），不僅可以起到節(jié)能的作用，而且其可靠性和經(jīng)濟(jì)性也已得到了初步的論證，說(shuō)明這一設(shè)計(jì)方法具有工程實(shí)用價(jià)值[1]-[3]。然而在設(shè)計(jì)中，何種情況下宜采用這一方法，目前尚無(wú)一般性的結(jié)論，加壓泵及其所在的供熱空調(diào)系統(tǒng)如何調(diào)節(jié)以適應(yīng)負(fù)荷的變化，也需要進(jìn)行研究。2加壓泵代替調(diào)節(jié)閥可行性分析設(shè)水系統(tǒng)有k個(gè)水環(huán)路，按照阻力從小到大的順序排列為：H1,H2,…,Hk-1,Hk，相應(yīng)的流量為Q1,Q2,…,Qk-1,Qk。用常規(guī)方法進(jìn)行水泵選型時(shí)，應(yīng)根據(jù)最不利環(huán)路選取水泵，即水泵流量為各個(gè)環(huán)路上的流量之和，揚(yáng)程為最不利環(huán)路上的水力損失，再考慮到一定的富裕量。如果最不利環(huán)路的阻力與次最不利環(huán)路的阻力相差較大，則可以根據(jù)次最不利環(huán)路選取水泵（主循環(huán)泵或泵組）的揚(yáng)程，而在最不利環(huán)路上再添加一加壓泵，見圖1。此加壓泵的流量應(yīng)為最不利環(huán)路上的設(shè)計(jì)流量，揚(yáng)程為最不利環(huán)路上阻力與次最不利環(huán)路上阻力之差。這兩種方案的電機(jī)輸入功率分別為：(1)(2)式中ρ,g為水的密度和重力加速度，Q為總流量，亦即各個(gè)環(huán)路上流量之和。η1，η2分別為兩種主循環(huán)泵及其電機(jī)的運(yùn)行效率；η為加壓泵及其電機(jī)的運(yùn)行效率。后一種方法相對(duì)于常規(guī)方法的節(jié)能率為：(3)水泵型號(hào)不一，設(shè)計(jì)效率和運(yùn)行效率均會(huì)有一定的差異，但國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的新型泵或國(guó)外進(jìn)口泵，效率均較高，差異不大。作為方案的評(píng)估和節(jié)能分析，可以忽略這些差異。因此，有：(4)顯然，使用加壓泵方案是節(jié)能的。節(jié)能率的高低與兩個(gè)因素有關(guān)。最不利環(huán)路與次最不利環(huán)路的阻力之比愈大，節(jié)能率愈高；最不利環(huán)路上流量與總流量的比值愈小，節(jié)能率愈高，見圖2。圖中橫坐標(biāo)HkHk-1為最不利環(huán)路與次最不利環(huán)路的阻力之比。當(dāng)兩者之比小于130%時(shí)，節(jié)能率一般不高于20%；當(dāng)兩者之比大于130%，最不利環(huán)路上的流量小于總流量的30%時(shí)，節(jié)能率不低于15%。顯然，如果采用常規(guī)方法設(shè)計(jì)，這些本可以節(jié)約下來(lái)的能量就被最不利環(huán)路以外的其他環(huán)路上的平衡閥或調(diào)節(jié)閥所消耗掉了。對(duì)于兩個(gè)或兩個(gè)以上環(huán)路上使用加壓泵，也不難得到總的節(jié)能率。假設(shè)主循環(huán)泵的揚(yáng)程根據(jù)第i個(gè)環(huán)路上的水力損失而確定，則第i+1,i+2,…,k個(gè)環(huán)路使用加壓泵帶來(lái)的節(jié)能為：(5)即某一環(huán)路采用加壓泵的節(jié)能率和這一環(huán)路阻力與參考環(huán)路的阻力之比有關(guān)，和此環(huán)路上的流量與總流量之比有關(guān)。供熱、空調(diào)系統(tǒng)大部分時(shí)間內(nèi)是在非設(shè)計(jì)工況下運(yùn)行，與之相應(yīng)的各個(gè)水環(huán)路上的流量也要發(fā)生變化，這一變化可能是通過(guò)冷熱源的臺(tái)數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，也有可能直接對(duì)循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)。無(wú)論是哪一種調(diào)節(jié)方式，如果不考慮閥門開度變化引起管路上阻抗的變化，則各個(gè)環(huán)路上的流量應(yīng)該等比一致地變化，以響應(yīng)各個(gè)環(huán)路上的末端散熱（冷）設(shè)備負(fù)荷等比一致變化的要求，即各環(huán)路間流量之比QiQj和阻力之比HiHj均不變。由于旁通的影響，部分負(fù)荷下任一環(huán)路上流量與總流量之比QjQ應(yīng)小于設(shè)計(jì)工況情形。因此，由（5）式可見，部分負(fù)荷下的節(jié)能率不低于設(shè)計(jì)工況下的節(jié)能率。采用加壓泵方案，加壓泵代替了最不利環(huán)路以外其它環(huán)路上的平衡閥，且由于按照次最不利環(huán)路選泵，主循環(huán)泵較小，其投資可以得到降低。因此，加壓泵方案與常規(guī)方案相比，在一次投資方面也相差無(wú)幾。所以，當(dāng)最不利環(huán)路阻力較次最不利環(huán)路的阻力大30%時(shí)，或阻力大20％，同時(shí)最不利環(huán)路上流量較小時(shí)，宜考慮采用加壓泵方案。3加壓泵的控制方法目前工程中加壓泵方案應(yīng)用較少的原因，主要還在于人們對(duì)其控制管理的復(fù)雜程度有所顧慮。因此，探討簡(jiǎn)便易行的控制方法就顯得尤為重要。空調(diào)一次泵系統(tǒng)如圖1所示，為適應(yīng)負(fù)荷變化，常規(guī)的控制策略是，負(fù)荷側(cè)由溫控器調(diào)節(jié)末端空氣處理設(shè)備上的二通調(diào)節(jié)閥的開度，控制流過(guò)冷卻盤管的水流量；冷源側(cè)為保證通過(guò)冷水機(jī)組的流量恒定，根據(jù)供回水壓差，調(diào)節(jié)旁通管上調(diào)節(jié)閥的開度和旁通流量，以維持供回水壓差恒定。對(duì)于使用加壓泵的情形，仍然應(yīng)該采用上述控制策略，即保持加壓泵轉(zhuǎn)速不變，調(diào)節(jié)末端設(shè)備上的調(diào)節(jié)閥開度以適應(yīng)負(fù)荷的變化，盡管在部分負(fù)荷情況下，這將使得調(diào)節(jié)閥與加壓泵的作用相互矛盾而有所抵消，也不得不如此。因?yàn)槿绻谧畈焕h(huán)路上將調(diào)節(jié)閥替換為變速泵，如圖3所示，則加壓泵的調(diào)速將不可避免地使得供回水總管的壓降Hab發(fā)生變化，不能滿足冷源側(cè)水流量恒定的要求?？梢?，調(diào)節(jié)閥與壓差控制器的聯(lián)合使用，不僅有流量調(diào)節(jié)作用，而且還有環(huán)路間的解耦作用，使得各環(huán)路相對(duì)獨(dú)立，當(dāng)然這是以一定的能耗為代價(jià)的。應(yīng)該指出，變速泵雖然節(jié)能，卻無(wú)解耦作用，會(huì)使控制變得復(fù)雜。從這里可以看出，變速泵代替調(diào)節(jié)閥也是需要一定條件的。如果主循環(huán)泵采用變頻調(diào)速方案，原則上可以在最不利環(huán)路上用加壓泵代替調(diào)節(jié)閥,但控制較為復(fù)雜，超出了本文的討論范圍。如果系統(tǒng)中冷熱水循環(huán)泵分設(shè)，由于通常熱水循環(huán)泵的流量和揚(yáng)程較冷水循環(huán)泵的流量和揚(yáng)程小許多，從節(jié)能管理角度考慮，加壓泵應(yīng)該采用變頻調(diào)速或變極調(diào)速來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)。加壓泵所在管路的管路特性曲線可以表示為（6）式中Hab和H分別為供回水總管上的壓差和加壓泵揚(yáng)程，Sk為最不利環(huán)路上負(fù)荷側(cè)的管路阻抗。圖4中曲線I和1分別對(duì)應(yīng)于空調(diào)供冷時(shí)管路特性曲線和加壓泵的性能曲線，A點(diǎn)為其工況點(diǎn)；曲線II和2分別為空調(diào)供熱情形下管路特性曲線和加壓泵調(diào)速時(shí)的性能曲線，B點(diǎn)為其工況點(diǎn)；Hab,冷和Hab,熱為對(duì)應(yīng)的供回水總管上壓差，為確定值。空調(diào)供熱時(shí)加壓泵的轉(zhuǎn)速可由水泵調(diào)速性能曲線方程[4](7)及工況點(diǎn)A和B求出。即將空調(diào)供熱時(shí)的工況點(diǎn)（Qk,熱，Hk,熱）代入上式，就可求得r，這里r為變速加壓泵供熱時(shí)轉(zhuǎn)速與供冷時(shí)轉(zhuǎn)速之比。上式中a0，a1和a2為性能曲線的擬合系數(shù)。由圖可見，供熱與供冷時(shí)相比，加壓泵的流量減小較多，而揚(yáng)程變化相對(duì)不大。在空調(diào)供冷和供熱時(shí)，變速加壓泵只要進(jìn)行一次性的初調(diào)節(jié)，就可確定加壓泵的轉(zhuǎn)速和電機(jī)的頻率，除了供冷、供熱季節(jié)之間轉(zhuǎn)換外，不需要進(jìn)行調(diào)節(jié)。實(shí)際上，由于水泵并不需要連續(xù)可調(diào)，因此，不一定需要配置變頻器，用雙速電機(jī)即可?？梢姴捎眉訅罕梅桨?，并沒有增加控制方面的復(fù)雜程度，無(wú)論系統(tǒng)是否配有自控系統(tǒng)，均可采用。加壓泵一般可以安裝在回水管上，只要膨脹水箱的高度大于加壓泵的揚(yáng)程，以保證加壓泵吸入側(cè)不會(huì)出現(xiàn)汽蝕現(xiàn)象，否則應(yīng)安裝在供水管上。4結(jié)語(yǔ)在供熱、空調(diào)水系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用加壓泵方案節(jié)能可行。節(jié)能率與兩個(gè)比值有關(guān)，即最不利環(huán)路與次最不利環(huán)路的阻力的比值和最不利環(huán)路上流量與總流量的比值。當(dāng)最不利環(huán)路阻力較次最不利環(huán)路的阻力大30%時(shí)，或阻力大20％，同時(shí)最不利環(huán)路上流量較小時(shí)，可以考慮采用加壓泵方案。加壓泵的控制方法可以沿用常規(guī)控制方法，空調(diào)供冷和供熱情形下加壓泵有簡(jiǎn)便的調(diào)節(jié)方法。參考文獻(xiàn)1.江億.用變頻泵風(fēng)機(jī)代替調(diào)節(jié)用水閥風(fēng)閥的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析.暖通空調(diào).1997,27(5):66-712.狄洪發(fā),袁濤.分布式變頻調(diào)節(jié)系統(tǒng)在供熱中的節(jié)能分析.暖通空調(diào).2003,33(2):90-933.周英菁.一次泵與加壓泵結(jié)合的供熱供冷站.制冷技術(shù),2003,(2):41-434.李蘇瀧,朱孟標(biāo),張國(guó)強(qiáng).水泵變頻調(diào)速方案計(jì)算機(jī)輔助論證.暖通空調(diào),2005,35(3):83-85