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1、暖通空调H V S 抗， P a s / m s ; Q为水流量， m 3 / s o ( 1 ) 为管网阻 S是以下变量的函数: ( 2 ) 式中 几 为 沿程阻 力系 数; 爹 为局部阻力系数; P 为 水的 密度， k g / m ; l 为管道长度， m ; d 为管径， m 0 对于具体的管网系统， 管道长度2 和管径d是 固 定的。冷水的供回 水温一般为7 0C / 1 2 . 在这 个温度范围内， 水的 密度变化可以忽略不计。 而营 和几 又是两个因变量田: =f ( R e ， 局部阻碍的 形 状， 相对粗糙度K/ d ) 。一般认为， 在运行过程中 水流处于阻力平方区， 故芬
2、 不随R 。 变化。又因局 部阻碍很短， 相对粗糙度的影响甚小， 一般忽略不 计， 所以 局部阻碍的形状是夸 的决定性因素， 故对 某 个既 定的 系 统， 夸 也 是固 定的。 A = f ( R e , K / d ) o 在阻力平方区, a 只与相对粗糙度K/ d有关， 与R e 无关。 通过以上分析可认为， 对于某确定系统的管网 而言， 只要阀门开度不发生变化， 管网的阻抗 5可 以近似认为是常量。 1 . 1 管网特性曲线不发生变化的情况 在设计工况下， 系统在设计压力和设计流量下 运行， 工作点就是水泵特性曲线与管网特性曲线的 交 点1 ( 见图3 ) 。 部 分 负 荷 下， 若
3、 为 定 流 量 系 统， 只 能靠关小阀门 增加管路阻力， 使管网 特性曲 线变为 S z ， 此时系统在点3 工作， 流量降为Q 2 。采用变频 技术后， 理想的运行调节是根据负荷率得出需要的 供水量， 然后对水泵变频调节， 使水泵的特性曲线 由图3 中的I变为ff。值得注意的是此时是根据 冷负荷的要求对水泵进行调节， 使水流量降到Q 2 , 管网特性曲线仍为S , 。系统工作点将沿着管网特 性曲线S , 变化， 为图3 中的点2 ， 而不是先通过水 系统中的阀门开度进行流量调节， 然后水泵的变频 器作出反应对水泵变频。此时系统节省的能量 为 3 -|J - S 一f ( A ， , p
4、, l , d ) 尸 一 尸 、 一 P 2 一 H 3 Q z 一H 2 Q 2 _ p Q 2 ( H 3 一H 2 ) +p Q 2 ， 二了I 才】 3吸 孕1 孕 2 孕 3孕1 孕 2 孕3r r 3 1 孕2 孕3 ， ， ， /I 一 划 一 门2 t /、 孕1 孕2 孕3 式中 尸为水泵在同一流量下变频与不变频两 种情况下的功率差， W; P 2 , P 3 分别为点2 ， 点3 水 泵电动机的输人功率， W; q 为点2 ， 点3 水泵的流 量， m 3 / s ; H 2 , H 。 为 点2 ， 点3 的 水 泵 扬 程， m ; r 1 ， 9 3 1 , r 2
5、 , 3 2 , 2 3 , 7 3 分 别为 点2 ， 点3 的 水泵 效 率、 传 动效率和电动机效率。 由式( 3 ) 可以看出， 与阀门调节相比， 水泵变频 调速损失的功率少， 并且水泵电动机装置损失的功 ( 3 ) 率也小。 根据水泵功率P =v HQ ( ， 为比例常数) ， 管网 阻力H= S Q 2 ， 不进行阀门调节时管网阻抗s可近 似为常数。当水泵的工作点沿同一管网特性曲线 变化时， 则有 F 2 _ Q z 、 3 尸;、 QI / ( 4 ) 可见， 不进行阀门调节的水系统中， 当水泵的 暖通空调H V ， 水泵 变频后特性曲线由工 变至皿， 水泵流量由Q l 变至 Q
6、 2 ， 扬程变为H 犷 ， 此时的工作点为图3 中的点2 , 比 不变频系统节省的功率为P 3 - P z 。 此时的点 2 与设计工况点点1 的功率比 为 2 0 0 7 年第3 7 卷第1 期 I ， 工作点为点1 专业论坛5 7. 。 此时的点 1 就不能与点2 进 S 了 Q32 S , Q ( 5 ) 值得注意的是， 上式中的S , 是随阀门开度和 末 端 空 调 箱 或 风 机 盘 管 的 开 启 台 数 变 化 而 变 化 的 ， 是一个随末端流量变化的变量， 此时水泵的功率变 化就不能简单地认为与流量变化呈三次幂关系了。 所以， 在变流量系统中， 不能认为在任何情况 下水泵变
7、频后的 工作点与 设计工况点相 似， 水泵功 率与流量的三次幂成正比。 2 并联水泵部分变速运行的可行性分析 2 . 1 二次泵运行台 数变化的变流量系统 实际工程往往是多台水泵并联运行的， 如图4 所示， 假设管网特性不发生变化， I为单台水泵的 特性曲线， ff为两台水泵并联的特性曲线， 系统运 行的额定工况点为点2 , H 为两台并联水泵变频 后的特性曲线， 点2 为变频后的工作点。当流量 下降到运行一台水泵就可满足要求时， 工作点为点 1 ， 如果流量继续下降， 单台水泵变频， 特性曲线为 行比较了， 因为水泵台数发生了变化， 相似定律只 有在水泵台 数相同的条件下才成立。点1 的比
8、较 基准只能是单台水泵满负荷运行时的工作点点 1 , 同 样点2 的比 较基准才为点2 。这在系统的能耗 分析时是要注意的。 在变流量系统中， 当 并联水泵( 图1 中的二次 泵变流量系统中仅指二次泵) 中的变频水泵变频后 的系统流量接近减少一台水泵后全速运行的流量 时， 就可以停开一台泵， 这样可以满足任意冷负荷 下的流量要求， 且水泵的运行效率不至于过低。在 水泵的控制中， 只有变频控制与台数控制相结合才 能使系统的节能效果达到最佳。 2 . 2 并联水泵的部分变速运行 变流量系统的成本高于定流量系统， 主要原因 是变频器成本高， 如果减少变频器台数， 并联水泵 中只有少量水泵进行变频，
9、而其他泵都是恒速运 转， 是否可以满足不同冷负荷下对冷水量的要求， 系统是否还能在合理工作点运行， 下面对此进行分 析。 2 . 2 . 1 相何型号的 水泵并联 选取某一系统进行分析， 并且认为在水泵的变 速过程中， 系统的管网特性曲线不发生变化( 即各 两 通阀开度保持最大， 末端的空调箱机组或风机盘 管运行台数不发生变化) ， 选用3 台3 5 0 一 3 0 0 一 4 5 0 型清水离心泵， 每台额定流量1 1 5 0 M 3 / h ， 扬程 5 2 m ， 功率2 0 0 k Wo 3 台 相同型号水泵并联， 其中只 有1 台变频， 其他恒速运转。如图5 所示( 图中的 效率曲
10、线为水泵全速运行时的效率曲线) ， 曲线 1 为单台水泵的特性曲线， 曲线 2 为两台水泵并联后 的特性曲线， 曲线 3 为 3 台水泵并联的特性曲线， 曲线 4 , 5 , 6分别为 1台水泵转速变为原来的 7 0 %, 8 0 %, 9 0 %时与其他两台水泵并联后的特性 一- 列一PI 1 0 0 5 ( ) 注 乃01为门-乃 qOCrs弓七 三;/l1澎率 匀 H澎卓 0 一7 6 0 1 a x o I 叙) z (10 0 2 ,W 3 W O :1 5 0 0石 以 犷 a X 0 0 ,5 O W 流母 Q / ( m / h ) 流量 Q 图4 水泵运行台数变化时的性能曲
11、线 图5 3 台相同型号水泵并联( 其中1 台 变速运行) 的特性曲线 5 8 专业论坛暖通空调H V 二 2 %时停开 1 台泵( 可根据不同系统而定) ， 加泵时类似。 在1 台泵按额定转速的9 0 %恒速运 行的系统中， 点d的流量为q ,I ， 点b 的流量为q l计 ， 。 图中 点d 与点b 水平距离较远， 8 =1 2 %， 故单台泵 变频到额定转速的9 0 %时， 系统叮以正常运行， 但 还不能实现减泵运行。 如1 台水泵以额定转速的8 0 %运行， 仍以1 . 5 为安全系数， 此时系统的死点为图5 中的点。 ， 从 图中 可看出流量为2 2 7 0 m 3 / h ， 那么
12、系统的最低流 量为2 2 7 0 m 2 / h X 1 . 5 =3 4 0 5 m 3 / h ， 如果管网特 性不发生变化， 从图 5 可看出， 此时系统中的流量 为2 7 5 0 m 3 / h ， 已 很接近死点流量， 远低于安全流 量， 此时系统极不安全， 工作点随时可能进人死区， 虽然节能量增多， 二 =9 7 . 6 k W, 8 =5 . 8 %， 但仍要 杜绝这种不安全的运行。如1 台水泵以7 0 %的额 定转速运行， 由图5 可看出系统工作点将直接进人 死区。可见， 相同型号水泵并联后， 单台水泵变速 范围较小， 大约为额定转速的9 0 % o 2 . 2 . 2 不同
13、型号的 水泵并联 从上面的分析可看出， 部分水泵变速系统要注 意的主要问题是避免在死区工作， 系统要想更安 全， 就要将死点位置尽量往左移， 降低死点的 流量。 如果采用不同型号的水泵并联， 仍选 2台 3 5 0 - 3 0 0 一 4 5 0 型水泵， 再并人1 合3 5 0 一 3 0 0 一 4 8 0 型水 泵， 额定流量 1 1 5 0 m 3 / h ， 扬程 6 5 m， 功率 2 5 0 k W。图6 中曲线 1 , 2 分别为4 5 0 , 4 8 0 型水泵的性 效率曲线 1 0 0 50 ur1 0 默渗 b 3f f; 1 5 0 0 2 0 0 0 2 ,5 0 0
14、 3 0 0 0 3 5 0 0 4 0 0 0 1 5 0 0 流量Q / ( ln / h ) 0000000 q日只日座月9乙 ，1 1一一/Ij澎崛 图6 两种不同型号水泵并联 ( 其中1 台变速运行) 的性能曲线( 1 ) 能曲线， 从这两条曲线可以看出， 让大扬程的水泵 变速运行， 死点流量在变频过程中 是先减少再慢慢 增加， 相对于相同型号水泵并联多了一个让死点流 量降低的趋势， 这样水泵的变速范围会增大。 如小 暖通空调H V 4 5 0 型水泵流 量为8 2 0 m 3 / h ， 效率为8 1 %， 系统处于安全、 高效 的区域。当2 台4 8 0 型水泵变速为额定转速8
15、0 时， 工作点变为点。 ， 仍取1 . 5 为安全系数， 此时安 全流量约为 1 3 6 5 m 3 / h ， 远低于点r 流量 2 6 8 0 m 3 / h ， 全速运转的4 5 0 型水泵此时效率为8 3 %， 节 能2 4 4 k W， 系统仍在安全、 高效的区域工作。此时 的8 =- 8 % a ， 已 完全可以停开1 台泵， 即可以停开 1 台4 5 0 型水泵， 使系统工作在点b ， 在此基础上再 对2 台4 8 0 型 水泵 进 行变 频 控 制。 同 样， 当2 台 水 泵变速到额定转速7 0 %时， 工作在点d ， 由图7 可 以 看出， 此时点d 流量已 低于1 台
16、水泵全速工作点 。 的流量， 故此时可再停开1 台泵， 只需1 台4 8 0 型 水泵运行就可满足系统的流量要求。这种水泵搭 配 就 满足了 各种负荷要求的 水量， 实现了 部 分水泵 变速运行的模式， 使水泵能够在安全、 高效的区域 运行。 对于图5 情况的3 台同型号水泵并联， 如果 同 样对两台水泵变速运行， 虽然也可能满足加减泵 要求， 但由于工作点太靠近死点， 会使系统运行很 不安全。由以上分析可以看出， 变频水泵在转速变 至6 0 %以上时就可实现减泵运行， 故其效率不会 很低， 在图7 所示的系统中， 最终约分别在负荷 8 0 %和7 0 %时可以 减泵运行， 第一次减泵时， 运
17、行 点靠近点 。 右上方， 水泵约在8 0 %负荷运行， 点c 效率为 8 5 %， 此时变频泵仍在较高效率下运行。 第二次减泵前， 是 2 台变频泵同时运行， 减泵约在 水泵负荷7 0 %左右时进行， 工作点在点d附近， 在 点d 这两台变频泵的效率为 8 3 %.以上分析说 明， 系统多台水泵并联时， 如果要部分水泵变速运 行， 较好的方案是并联两种不同型号的水泵， 对其 中 扬程较高水泵( 可以是多台) 进行变频控制， 这样 可使系统安全、 高效地工作。 3 结语 3 . 1 不能认为任何情况下水泵变频后的工况点与 设计工况点都为相似点， 变频水泵功率与流量的三 次幂成正比是有条件的。
18、3 . 2 系统以部分水泵变速运行是可行的， 对于该 系统最佳方案为图7 所示的方案( 2 台大型号的变 频泵与1 台较小型号的工频泵并联运行) ， 这样可 ( 下转第6 2 页) 赘一5(j()10(x) 川008()阴刊 造胃率 流母 Q / ( in / h ) 图z 两种不同型号水泵并联 ( 其中1 台变速运行) 的性能曲线( 2 ) 水泵的 性能曲 线， 曲 线3 为3 台水泵全速运行时并 联性能曲线， 曲线4 为2 台4 8 0 型水泵变速为额定 转速8 0 %后3 台水泵并联的性能曲 线， 曲线5 为2 台4 8 0 型水泵并联的 性能曲 线， 曲 线6 , 7 分别为2 台4
19、8 0 型水泵变速为额定转速7 0 %和8 0 %时并联 6 2 设备开发暖通空调 H V 结构耐久性较好且 安全裕量大， 产品的全寿命周期长， 比较适合我国 目 前的供暖水质条件。 5 ) 价格较低 铜管对流器热价可达0 . 3 0 元/ W， 是轻型散热 器中的低端热价。且由于铜耗量少， 铜管成本构成 份额较低， 故对于铜价上涨影响的承受能力较强。 6 ) 容水量小 铜管对流器是散热器容水量最小的一种型式。 据沈阳建筑大学研究表明， 在热水供暖系统中， 容 水量与散热量的比 值( L / W) 小的散热器， 不仅可 以 节省能源， 而且可以 提高供热质量和效率川。 7 ) 调控简单 铜管对
20、流器可以加装手动外调节板， 实现散热 器空气侧的手动热量调节， 取代散热器温控阀的供 暖系统的量调节方式， 不仅简单方便， 经济可行， 且 不影响供暖系统运行状态。 8 ) 热利用效率高 对流器外罩隔绝了大部分的辐射散热， 降低了 对流器与外墙面之间的无效热损失。据英国和清 华大学研究资料介绍， 在辐射器与冷的外墙之间加 装防辐射隔离板， 可以有效降低房间内的无效热 耗。 的 适 用 面 广 与其他辐射器相比， 对流器具有其特有的型 式变换空间， 适合各种条件使用。铜管对流器型 式多样， 如既有适于窗下的单体型， 又有适于宽 大空间沿墙敷设的连续型和用于特殊场合的埋 地型， 且出风方向可以调节
21、选择， 对流散热可使 房间温度比较均匀且无死角， 尤其适合高度不大 和面积较小的民用住宅建筑供暖， 房间舒适性较 好仁 5 。 2 0 0 7 年第3 7 卷第 1 期 1 0 ) 环保 目 前我国铜管对流器、 散热元件制造过程对环 境污染小， 基本可以实现全部冷加工操作。 3 需要进一步解决的问题 3 . 1 对流器外形比较单调， 已组织开展专业外观 设计。目 前， 供暖散热器专题研究组在有关艺术院 校开展对流器外形设计大赛， 已经取得可喜成果。 3 . 2 使用中要注意解决散热元件的清洁问题。采 用可开启的外罩， 为清洁创造条件。 3 . 3 积极宣传推广， 全面介绍铜管对流器， 与设 计
22、密切配合， 积极推广工程应用。目前， 以铜管 对流器的推广应用为目标， 已经面向国内住宅设 计和建设单位开展多种形式的技术研讨， 取得了 良好效果。 3 . 4 严格执行即将颁布的行业标准， 作好产品质 量控制， 规范施工安装。 综上所述， 铜管对流器具有节能、 省材、 安全、 环保等特性， 符合我国“ 四节一环保” 的建设发展要 求。 铜管对流器作为我国节能型散热器的首选型 式， 应该成为轻型散热器重点发展的产品之一， 这 将有利于资源节约型社会的建设。 参考文献 1 】 过增元. 热流体学 叨 . 北京: 清华大学出版社， 1 9 9 2 2 肖日 嵘. 关于对流散热器的相关问题 J .
23、暖通空调， 2 0 0 4 , 3 4 ( 1 ) : 2 9 一3 2 3 董重成. 高频焊翅片管对流散热器换热的优化研究 J . 应用能源技术. 1 9 9 7 ( 2 ) 4 王继光. 散热器容水量对采暖系统节能效果的计算分 析 J / 0 1 , 1 . 2 0 0 6 一 1 1 一 0 3 . h t t p : /w w w . x in g z h i . o r g / i n d u s t r y / d e s i g n / 1 9 1 4 3 . h t m 仁 5 西亚庚， 杨伟成， 顾兴荃， 等 热水供暖技术 M . 北 京: 中国建筑工业出版社， 1 9 9
24、5 ( 上接第5 9 页) 以减少变频器的使用， 并且水泵在运行过程中处于 高效区， 可以满足冷负荷各种需求。 不同的水系统， 各运行点的参数不同， 需要进行具体的分析计算。 由 于存在死点， 在设计时就需要更准确地计算和预 测管网的阻力， 运行时又要时刻关注系统的运行点 位置， 这无疑对设计和运行人员提出了 很高的要求。 参考文献 门 董宝春， 刘传聚， 刘东， 等一 次泵/ 二次泵变流量系统 能耗分析仁 J . 暖通空调， 2 0 0 5 , 3 5 ( 7 ) : 8 2 - 8 5 2 二 屠大燕. 流体力学与流体机械 M ， 北京: 中国建筑工 业出版社， 1 9 9 4 3 黄建恩. 空调系统冷冻水循环水泵变频运行的节能机 理 J . 节能 技术， 2 0 0 5 , 2 3 ( 2 ) : 1 3 9 一 1 4 2 _ 4 E r w in G H . P a r a l l e l o p e r a t io n o f v a r ia b l e s p e e d p u m p s in c h i l l e d w a t e r s y s t e m s G l /A S H R A E T r a n s , 1 9 9 5 , 1 0 1 : 3 4 一 3 8