校園采暖系統(tǒng)循環(huán)水泵的選擇及運(yùn)行分析

韓燕琪+賈怡紅+張慧慧+陳靜雅+王玉琳+劉曙光

摘 ?要：循環(huán)水泵作為為整個采暖系統(tǒng)提供循環(huán)動力的裝置，其耗電量在空調(diào)系統(tǒng)耗電量中占有相當(dāng)?shù)谋戎兀运玫暮侠磉x擇和匹配，是采暖系統(tǒng)正常運(yùn)行、實現(xiàn)節(jié)能的關(guān)鍵。然而由于系統(tǒng)的設(shè)計與運(yùn)行往往出現(xiàn)脫節(jié)現(xiàn)象，所以實際運(yùn)行當(dāng)中存在很大的能源浪費情況。我們以校園采暖系統(tǒng)為例，實測運(yùn)行數(shù)據(jù)，對系統(tǒng)的設(shè)計進(jìn)行診斷并提出節(jié)能方案。

關(guān)鍵詞：采暖系統(tǒng);循環(huán)水泵;水泵選型;運(yùn)行工況診斷

1 ?采暖循環(huán)水泵的選型

熱水采暖系統(tǒng)中，循環(huán)水泵的運(yùn)行不僅關(guān)系到能否將熱水送達(dá)所需的用戶，保證供暖系統(tǒng)的運(yùn)行效果，而且其運(yùn)行能耗也占整個采暖系統(tǒng)總能耗相當(dāng)?shù)谋戎?。因此，循環(huán)水泵的選型至關(guān)重要。

要想選擇循環(huán)水泵，首先要明確該熱水供暖系統(tǒng)集中調(diào)節(jié)的方法。調(diào)節(jié)方法分為量調(diào)節(jié)、質(zhì)調(diào)節(jié)、分階段改變流量的質(zhì)調(diào)節(jié)等五種方法。因本實驗項目主要以校園建筑--東北林業(yè)大學(xué)鍋爐房為實驗基地，而分階段改變流量的質(zhì)調(diào)節(jié)這種方法是我們校園建筑的采暖系統(tǒng)所采用的，在這里我們討論此類調(diào)節(jié)方法對應(yīng)的熱網(wǎng)系統(tǒng)。系統(tǒng)的循環(huán)流量計算公式如下：

G=3.6×Q/c×△t

式中G--熱力網(wǎng)設(shè)計流量，t/h;

Q--設(shè)計熱負(fù)荷，kW，參考當(dāng)?shù)貧v年氣象資料給出;

c--水的比熱容，kJ/（kg℃）;

△t--熱力網(wǎng)供回水溫差。

循環(huán)水泵的揚(yáng)程H用來克服管網(wǎng)系統(tǒng)的阻力，包括鍋爐及鍋爐房管道阻力、室外管網(wǎng)阻力、熱用戶的阻力，由水力計算也可得出。系統(tǒng)所需流量和揚(yáng)程確定之后，循環(huán)水泵選型時要考慮一定的余量。常用的流量余量系數(shù)為1.1，由流體力學(xué)的知識可知，水泵的揚(yáng)程H與流量G是二次方的關(guān)系：

H∞G2

因此流量余量系數(shù)取1.1時，揚(yáng)程余量系數(shù)宜取1.21，這樣的取值比較匹配。

在系統(tǒng)中，有時需要較大的流量或揚(yáng)程才能滿足運(yùn)行要求，而單臺水泵往往難以滿足，此時就要考慮將相同或不同性能的水泵進(jìn)行并聯(lián)、串聯(lián)。在采暖系統(tǒng)中水泵并聯(lián)的方式應(yīng)用比較普遍，并聯(lián)并不改變水泵的揚(yáng)程，而各個水泵的流量進(jìn)行疊加，但是這種疊加不是單純的累加，這是因為水泵在管網(wǎng)中的工作點是水泵的性能曲線和管路特性曲線這兩條曲線的交點。城鎮(zhèn)供熱管網(wǎng)設(shè)計規(guī)范CJJ34-2010中規(guī)定：（1）循環(huán)水泵應(yīng)具有工作點附近較平緩的"流量-揚(yáng)程"特性曲線，并聯(lián)運(yùn)行的水泵特性曲線宜相同（2）應(yīng)減少循環(huán)水泵的臺數(shù)，并聯(lián)運(yùn)行時，當(dāng)設(shè)置3臺水泵或3臺以下水泵，應(yīng)設(shè)備用泵，當(dāng)4臺或4臺以上泵并聯(lián)運(yùn)行時，可不設(shè)備用泵。

2 ?校園采暖系統(tǒng)循環(huán)水泵實際運(yùn)行中存在的問題

目前，我國的暖通空調(diào)系統(tǒng)普遍存在設(shè)計與運(yùn)行管理脫節(jié)的現(xiàn)象，設(shè)計者在設(shè)計工況下選型，而且常常設(shè)計過大的余量，運(yùn)行出現(xiàn)問題時，運(yùn)行管理者往往缺乏專業(yè)知識，不能提出正確的解決方案。

我們使用建環(huán)實驗室的超聲波流量計、壓力傳感器等測試儀器，在學(xué)校鍋爐房內(nèi)的采暖管道上選取了合適的測試點，在采暖期內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。從2012年10月開始，到2013年的4月份，每10天測試一次管網(wǎng)的流量和揚(yáng)程數(shù)據(jù)。

通過實測我們發(fā)現(xiàn)，采暖初期循環(huán)流量較小，平均為1015L/s=180 t/h，而冬天的大部分時間里流量為1159 L/s=320 t/h左右。繼而我們查看了泵房，得知泵房內(nèi)有一大一小兩臺水泵，額定流量分別為400t/h，250t/h。當(dāng)室外溫度高、熱負(fù)荷小時，我們開啟額定流量為250t/h的水泵足以提供系統(tǒng)所需的流量和揚(yáng)程;當(dāng)室外溫度變低、熱負(fù)荷變大時，開啟400t/h的水泵滿足要求。當(dāng)熱負(fù)荷增大到400t/h的水泵也不足以滿足要求，則采取400t/h，250t/h的兩臺水泵并聯(lián)起來運(yùn)行的方式增加流量。然而，我們通過查找循環(huán)水泵的性能曲線，對實測數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析得知，該系統(tǒng)循環(huán)水泵的效率僅有50%，造成了很大的能源浪費，以其中一臺額定流量400t/h，型號為500s-59A的循環(huán)水泵為例，該水泵出廠的性能曲線如圖中曲線1、2圖所示。而管網(wǎng)的特性曲線經(jīng)實測如曲線3所示。從圖中可以看出，水泵實際運(yùn)行流量遠(yuǎn)小于水泵的額定流量，其在橫坐標(biāo)上向小流量側(cè)嚴(yán)重偏離額定工況，能源浪費嚴(yán)重。

我們?yōu)榇颂岢隽烁倪M(jìn)措施：（1）配合管路特性曲線，更換額定流量小并與管路特性曲線匹配的循環(huán)水泵，如圖2，即管網(wǎng)特性曲線3不變，水泵特性曲線由曲線1、2變?yōu)榍€1'、2'，則運(yùn)行工況點則由1、3的交點a變?yōu)?'、3的交點c，效率則由50%提高到大于90%，即在高效區(qū);

（2）循環(huán)水泵不變，改變閥門等方法去改變管路阻抗S，從而改變管網(wǎng)特性曲線，曲線3變?yōu)?'，運(yùn)行工況點則由a變?yōu)閎，水泵運(yùn)行效率提高至高效區(qū)，如圖3所示。

參考文獻(xiàn)：

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基金項目：東北林業(yè)大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新項目201210225139endprint