水管管徑對空調(diào)水泵運行效果的影響

黃偉堅

（廣東省建筑科學(xué)研究院集團股份有限公司 廣州 510500）

0 引言

隨著我國國民經(jīng)濟的發(fā)展、人民生活水平的提高，能源緊缺問題一直制約著我國經(jīng)濟的發(fā)展。挖掘建筑節(jié)能潛力以減少能源消耗，是我國研究和努力的方向［1］。沈旸等人［2］通過節(jié)能改造技術(shù)的分析，分析建筑能耗的構(gòu)成，對開展建筑節(jié)能改造有著指導(dǎo)性的意義。建筑節(jié)能改造囊括建筑的方方面面，包括有供配電系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、建筑圍護結(jié)構(gòu)等改造，來緩解我國能源緊缺的局面。其中空調(diào)系統(tǒng)的能耗占到了整個建筑能耗的40%左右。劉倩等人［3］介紹了我國中央空調(diào)系統(tǒng)目前存在的問題，比如冷熱源設(shè)備裝機容量大、水泵選型過大、系統(tǒng)配置不合理等系列問題，造成的后果有：⑴冷熱源選型過大，開機容量遠小于裝機容量，造成設(shè)備的閑置浪費；⑵設(shè)計負荷偏大，水泵的流量偏大，導(dǎo)致系統(tǒng)大流量小溫差運行；⑶水泵揚程選配過高或附加系數(shù)過大，空調(diào)水系統(tǒng)實際流量和水阻較小時，導(dǎo)致系統(tǒng)流量變大電機處于超負荷運轉(zhuǎn)，嚴重時可致燒毀等一系列問題。［4］本文將以廣州市某地鐵站和廣州市某商場建筑中2 個不同的空調(diào)系統(tǒng)水泵進、出水管徑改造為例，分析工程應(yīng)用中水管管徑對水泵運行效果的影響。

1 項目概況

空調(diào)系統(tǒng)由各種不同的空調(diào)設(shè)備和管路組合而成，為了能夠使整個系統(tǒng)舒適、節(jié)能、高效地運行，冷水主機、空調(diào)風(fēng)柜、水泵、冷卻塔等空調(diào)設(shè)備性能必須符合設(shè)計的要求，才能發(fā)揮出設(shè)備應(yīng)有的性能，達到高效、節(jié)能的目的。［5］

本次介紹的2 個工程項目，主要是因為冷卻水管管徑小，導(dǎo)致冷卻水流量不足，從而引起冷水主機排氣壓力高報警，造成冷水機組頻繁停機保護，影響了整個制冷系統(tǒng)的正常運行。［6］本文將對冷卻水泵更換不同的進、出水管徑，并對水泵更換前后進行測試對比，分析其測試結(jié)果對水泵流量以及水泵效率的影響。

［實例1］：廣州市某地鐵站空調(diào)系統(tǒng)工程，本站有站廳站臺共2 層，為明挖地下2 層島式車站，站廳層公共區(qū)面積為1 740 m2，站臺層公共區(qū)912 m2，其中車站總制冷量為1 122 kW。該系統(tǒng)由2 臺制冷量為561 kW的冷水機組，3 臺冷凍泵（2 用 1 備）、3 臺冷卻泵（2 用1 備）和2 臺冷卻塔組成。

［實例2］：廣州市某商場建筑空調(diào)系統(tǒng)工程，該商場地上5 層，地下1 層，總建筑面積為22 403 m2，其中空調(diào)面積為9 050 m2，功能主要是超市、商場、餐飲等。建筑高度為22.8 m。該系統(tǒng)由2 臺螺桿式冷水機組，3臺冷凍泵（2 用 1 備）、3 臺冷卻泵（2 用 1 備）和 2 臺逆流式冷卻塔組成。

2 個工程項目共6 臺冷卻水泵參與分析，水泵額定參數(shù)如表1所示。

表1 水泵額定參數(shù)（冷卻泵）Tab.1 Rated Parameters of Water Pump（Cooling Pump）

2 測試儀器及方法

2.1 測試儀表

本次測試采用高精度進口儀器，如圖1和表2所示。

圖1 現(xiàn)場測試儀器及測試點示意Fig.1 Field Test Instrument and Test Points

2.2 水泵效率檢測方法［7］

檢測工況下，應(yīng)每隔5～10 min 讀數(shù)1 次，連續(xù)測量60 min，并取每次讀數(shù)的平均值作為檢測值。

流量測點宜設(shè)在距上游局部阻力構(gòu)件10 倍管徑，且距下游局部阻力構(gòu)件5 倍管徑處，壓力測點應(yīng)設(shè)在水泵進、出口壓力表處。

水泵的輸入功率應(yīng)在電動機輸入線端測量。

水泵效率應(yīng)按式⑴所示計算：

表2 儀器性能參數(shù)Tab.2 Instrument Performance Parameters

式中：η為水泵效率；V 為水泵平均水流量（m3/h）；ρ為水的平均密度（kg/m3）；g 為自由落體加速度，取9.8 m/g3；△H 為水泵進、出口平均壓差（m）；P 為水泵平均輸入功率（kW）。

3 測試結(jié)果及分析

3.1 實例1 測試結(jié)果分析

3.1.1 系統(tǒng)管路改造前測試結(jié)果

依據(jù)文獻［7］要求，水泵效率檢測值應(yīng)大于設(shè)備銘牌值的80%，即水泵LQ-1、LQ-2、LQ-3 效率要達到54%以上才符合標準要求，根據(jù)表3測試結(jié)果可知：LQ-1 冷卻水泵實測值與額定值相比，流量下降了18.9%，揚程下降了21.8%，且實測的水泵效率僅為46.1%，未達到規(guī)范要求；LQ-2 冷卻水泵實測值與額定值相比，流量下降了17%，揚程下降了20%，且實測的水泵效率僅為47.3%，未達到規(guī)范要求；LQ-3 冷卻水泵實測值與額定值相比，流量下降了19.1%，揚程下降了24%。且實測的水泵效率僅為45.1%，未達到規(guī)范要求。

3.1.2 系統(tǒng)管路改造后測試結(jié)果

結(jié)合前文分析，為了改善水泵的運行效果，對水泵進出口的管徑進行改造，將水管管徑由125 mm 增大為150 mm，更換管徑之后，水泵的實際運行效果如表3所示。

由表3可知，LQ-1 冷卻水泵改造后實測值與額定值相比，流量上升了23.3%，揚程上升了12.7%，且實測的水泵效率為57.9%，達到了規(guī)范要求；LQ-2 冷卻水泵改造后實測值與額定值相比，流量上升了17.5%，揚程上升了13%，且實測的水泵效率為58.4%，達到了規(guī)范要求；LQ-3 冷卻水泵改造后實測值與額定值相比，水流量上升了23.4%，揚程上升了13.1%，且實測的水泵效率為55.8%，達到了規(guī)范要求。

從圖2水泵流量的對比柱狀圖中，可以明顯看出管徑改造前、后水泵流量的提升效果，圖3水泵效率柱狀圖中，也能明顯看出水泵改造前、后水泵效率的提升情況。

3.2 實例2 測試結(jié)果分析

3.2.1 系統(tǒng)管路改造前測試結(jié)果

依據(jù)文獻［7］要求，水泵效率檢測值應(yīng)大于設(shè)備銘牌值的80%，即水泵BQ-1、BQ-2、BQ-3 效率要達到 52.0%以上才符合標準要求，根據(jù)表4未變更管徑前測試結(jié)果可知：BQ-1 冷卻水泵實測值與額定值相比，流量下降了27.4%，揚程下降了21.5%，且實測的水泵效率僅為43.3%，未達到規(guī)范要求；BQ-2 冷卻水泵實測值與額定值相比，流量下降了26.2%，揚程下降了21.5%，且實測的水泵效率僅為43.5%，未達到規(guī)范要求；BQ-3 冷卻水泵實測值與額定值相比，流量下降了28.6%，揚程下降了20%，且實測的水泵效率僅為44.1%，未達到規(guī)范要求。

表3 實例1 冷卻水泵進、出水管徑改造前后測試結(jié)果Tab.3 Example 1 Test Results before and after the Transformation of the Cooling Water Pump Inlet and Outlet Pipes

圖2 水泵流量額定值與改造前、后柱狀對比Fig.2 Histogram Comparison of Pump Flow Rating before and after Modification

圖3 水泵額定效率與改造前、后效率柱狀對比Fig.3 Histogram of Rated Efficiency of Water Pump Pared with that before and after Modification

3.2.2 系統(tǒng)管路改造后測試結(jié)果

結(jié)合前文分析，為了改善水泵的運行效果，對水泵進出口的管徑進行改造，將水管管徑由150 mm 增大為200 mm，更換管徑之后，水泵的實際運行效果如表4所示。

表4 實例2 冷卻水泵進、出水管徑改造前后測試結(jié)果Tab.4 Example 2 Test Results before and after the Transformation of the Cooling Water Pump Inlet and Outlet Pipes

由表4可知，BQ-1 冷卻水泵實測值與額定值相比，流量上升了26.1%，揚程上升了13.3%，且實測的水泵效率為53.1%，達到了規(guī)范要求；BQ-2 冷卻水泵實測值與額定值相比，流量上升了22.2%，揚程上升了12.7%，且實測的水泵效率為52.0%，達到了規(guī)范要求；BQ-3 冷卻水泵實測值與額定值相比，流量上升了26.8%，揚程上升了10%。且實測的水泵效率為52.5%，達到了規(guī)范要求。

從圖4水泵流量的柱狀對比中可以明顯看出，水泵管徑改造前、后流量的提升效果，以及從圖5水泵效率柱狀對比中也能看出改造前、后水泵效率的提升情況。

圖4 水泵流量額定值與改造前、后柱狀對比Fig.4 Histogram Comparison of Pump Flow Rating before and after Modification

3.3 改造前后冷卻水泵進出水管管內(nèi)流速對比分析

根據(jù)表5管內(nèi)流速匯總表可知：改造前管內(nèi)流速普遍偏高，達到2.3 m/s。而在管道尺寸不變，滿足冷凝器散熱需求的情況下，必然增加流速，長期運行會影響制冷主機壽命，增加水泵損耗。依據(jù)圖6可以看出：水管管路改造后，管內(nèi)流速降低至2 m/s 以下的范圍內(nèi)，與暖通設(shè)計技術(shù)措施［8］推薦值比較趨向合理。

3.4 改造前后水泵效率對比分析

圖5 水泵額定效率與改造前、后效率柱狀對比Fig.5 Histogram of Rated Efficiency of Water Pump Pared With That before and after Modification

表5 進出水管管內(nèi)流速對比匯總Tab.5 Summary Table of Velocity Comparison in Inlet and Outlet Pipes

圖6 冷卻水泵進出水流速與技術(shù)措施推薦值柱狀對比Fig.6 Histogram Comparison of Inlet and Outlet Water Flow Rate Cooling Water Pump and Recommended Value of Technical Measures

根據(jù)表6可知：冷卻水泵效率改造前、后提高率最高能達到11.8%，最低能達到8.4%，改造后6 臺冷卻水泵的水泵效率均符合規(guī)范要求。從圖7可以看出改造前后水泵效率提升明顯，水泵能夠良好、高效地運行。從圖8中可以看出水泵改造前后提升的幅度。

4 結(jié)論

本文通過兩個水泵管路改造工程實測，得到以下結(jié)論：

表6 水泵管徑改造前后水泵效率對比匯總Tab.6 Summary of Pump Efficiency Comparison before and after Pump Diameter Modification

圖7 水泵額定效率與改造前后效率柱狀對比Fig.7 Histogram of Rated Efficiency of Water Pump Compared with that before and after Modification

圖8 水泵改造前、后效率提升堆疊柱狀圖Fig.8 Stacked Histogram of Efficiency Improvement before and after Pump Modification

⑴針對空調(diào)系統(tǒng)出現(xiàn)的問題，應(yīng)先診斷測試分析，才能客觀地評價和發(fā)現(xiàn)問題癥結(jié)所在，做出更有針對性的改造方案。

⑵通過本次管路的改造，使得2 個工程的冷卻水泵的效率達到了標準要求，不僅改善了設(shè)備的運行效率，也提高了整個中央空調(diào)系統(tǒng)的運行效率，避免了因冷卻水泵水量不足，冷水主機頻繁跳機保護的現(xiàn)象。

⑶通過前后改造測試可以看出，水泵流量、揚程、功率3 個參數(shù)的相互作用會影響和制約水泵性能發(fā)揮?？照{(diào)系統(tǒng)設(shè)備和管路之間的科學(xué)合理，應(yīng)結(jié)合設(shè)計選型，水力計算等多方考慮來相應(yīng)配置。