辦公樓空調系統水泵選擇與節能分析 大連理工大學流體輸配管網課程論文辦公樓空調系統水泵選擇與節能分析THE CHOICES OF WATER PUMP AND ENERGY-SAVING ANALYSIS OF THE OFFICE BUILDING AIR-CONDITIONING SYSTEM學 院（系）： 建設工程學部 專 業: 建筑環境與能源應用工程學生姓名 ： 潘強廣 馬華培 萬昌正 郭智 學 號： 201256008 201256043 201256025 201256020指 導 教 師： 端木琳 李祥立 繩現杰完 成 日 期： 2014.12.6 大連理工大學Dalian University of Technology摘 要本文主要研究辦公樓空調系統水泵的選擇與節能分析，通過已知辦公樓冷負荷流量需求及系統阻力損失，選擇合適的水泵。在合理揚程和流量的情況下,計算不同臺數水泵并聯的能耗情況。并簡單分析不同負荷變化條件下，并聯水泵在系統運行中的工作情況，最終確定出節能方案。通過計算單臺泵、雙臺泵及三臺泵在全年供冷運行中耗電量，然后對多臺泵并聯情況在較低負荷需求下進行控制，以實現節能最優化。關鍵詞：水泵并聯；管網特性曲線；水泵特性曲線；節能分析 THE CHOICES OF WATER PUMP AND ENERGY-SAVING ANALYSIS OF THE OFFICE BUILDING AIR-CONDITIONING SYSTEMAbstractThis report focuses on building selection and analysis of energy saving of air conditioning system pumps, from a known flow requirements and system of office building cooling load resistance loss, choosing the right pump. In case of reasonable head and flow, calculating the energy consumption of different number of pumps connected in parallel. Performing a simple analysis under different load conditions, parallel performance of the pumps in operation of the system and eventually establish energy-saving program. By calculating a single pump, double-pump and three pumps in cooling operation power consumption throughout the year, and multiple parallel pumps at low load demand under control to achieve energy-saving optimization.Key Words： parallel pump; pipe network curve; pump characteristic curve; energy-saving analysis目錄摘 要2Abstract31.工程背景52.水泵的選擇62.1流量的校核62.2水泵及管網參數的確定63.能耗計算83.1 單臺泵83.2 雙臺泵并聯103.3 三臺泵并聯113.4 修正13結論14建議與展望15參考文獻16致謝171.工程背景近年來，隨著集中供熱、集中空調在工業和民用建筑中的普及，其能耗在社會總能耗中所占的比例也在不斷上升。而水泵的耗電量在空調系統耗電量中又占有相當的比重，因此水泵的合理選擇和匹配是降低其能耗、保證系統正常運行的關鍵1。本文將針對大連理工大學某辦公樓空調系統進行水泵的設計，已知該辦公樓空調系統供冷量為769kW，冷凍水循環流量164m3/h,系統阻力損失20mH2O，水泵功率36kW。負荷變化范圍90%以上13%，80-90%13%，70-80%32%，60-70%15%，50-60%16%，50%以下11%，總供冷天數122天。 2.水泵的選擇空調系統中的水泵總是與特定的管路相連，其工作狀態點有水泵的性能曲線與管路的特性曲線共同決定2。根據已知冷凍水循環流量Q=164m3/h,系統阻力損失H=20mH2O ，由空調系統冷凍水循環為閉式循環，即水泵揚程選擇大于系統的阻力損失即可滿足系統正常運行要求。2.1流量的校核根據制冷量W=769kW，按5溫差進行校核，由qv=W/(51.163)=132.24m3/hQ=164 m3/hqv 故循環泵流量滿足要求2.2水泵及管網參數的確定選擇水泵的參數應該按照工況要求的最大流量和最大揚程再乘以附加安全系數的數值作為依據。附加值取10%，即Q=1.1164m3/h=180.4m3/hH=1.120mH2O=22 mH2O管網特性曲線方程H=SQ2=20/1642Q2=7.43610-4Q2mH2O （圖 1）根據管網所需水泵參數，查閱泵產品樣本3 ，將此空調系統水泵配置分為單泵、雙泵以及三臺泵并聯三種方案來進行能耗分析，在選擇多臺泵并聯的情況下，根據此空調系統全年供冷天數以及負荷變化（圖 2），通過人為地將部分水泵停止運行來降低能耗，從而達到能耗量最小化的系統設計。 圖 1.管網特性曲線Fig 1. pipe network curve 圖 2.負荷變化天數Fig 2.load changes3.能耗計算3.1 單臺泵根據已知參數并參考水泵樣本，在只需一臺泵運行的情況下，可以選擇IS150-125-250型泵（n=1450r/min），負荷分別按95%、85%、75%、65%、55%、50%，可得流量與相應天數的值（表 1）表 1負荷變化天數/天Q平均（m3/h）90%-100%15.86155.880%-90%15.86139.470%-80%39.04123.060%-70%18.30106.650%-60%19.5290.2050%13.4282.00查閱IS150-125-250型泵性能曲線(圖 3), 結合管網特性計算可得對應流量的功耗P（kW） 圖 3. IS150-125-250型泵性能曲線及管網特性曲線Fig 3. IS150-125-250 pump characteristic and pipe network curve表 2Table 2Q平均（m3/h）P(kW)時間t/hW(kW*h)155.80 11.50 380.64 4377.36 139.40 10.90 380.64 4148.98 123.00 10.00 936.96 9369.60 106.60 9.60 439.20 4216.32 90.209.00 468.48 4216.32 82.00 8.40 322.08 2705.55 在不同負荷變化情況下，選用IS150-125-250型泵性能曲線全年供冷總耗電量可由表 2中各個負荷范圍的耗電量相加而得，即W1=29034.13 kW*h。3.2 雙臺泵并聯根據負荷分別按100%、90%、80%、70%、60%、50%可知兩臺泵并聯的每臺泵的流量以及相應運行時間（表 3）選擇IS100-80-125型水泵并繪制雙泵并聯性能曲線與已知管網性能曲線的關系（圖 4）表 3Table 3負荷變化時間t/hQ平均/2（m3/h）P(kW)W(kW*h)90%-100%380.64 82.00 6.50 2474.16 80%-90%380.64 73.80 6.10 2321.90 70%-80%936.96 65.60 5.80 5434.37 60%-70%439.20 57.40 5.60 2459.52 50%-60%468.48 49.20 5.40 2529.79 50%322.08 41.00 5.10 1642.61 圖 4. IS100-80-125型泵性能曲線及管網特性曲線Fig 4. IS100-80-125 pump characteristic and pipe network curveW2=33724.7kW*h3.3 三臺泵并聯根據負荷分別按100%、90%、80%、70%、60%、50%可知三臺泵并聯的每臺泵的流量以及相應運行時間（表 4）選擇IS125-100-250型水泵并繪制三泵并聯性能曲線與已知管網性能曲線的關系（圖 6）表 4Table 4負荷變化時間t/hQ平均/3（m3/h）P(kW)W(kW*h)90%-100%380.64 54.70 5.40 2055.46 80%-90%380.64 49.20 5.20 1979.33 70%-80%936.96 43.70 5.00 4684.80 60%-70%439.20 38.30 4.70 2064.24 50%-60%468.48 32.80 4.50 2108.16 50%322.08 27.30 4.20 1352.74 由管網已知條件，選定IS125-100-250型水泵（圖 5）圖 5. IS125-100-250型水泵性能曲線Fig 5. IS125-100-250 pump characteristic curve當三臺IS125-100-250型水泵并聯在管路中時，水泵揚程不變，流量Q=3Q0圖 6.三臺并聯情況下的 IS125-100-250型泵性能曲線及管網特性曲線Fig 6. IS125-100-250 pump characteristic and pipe network curve under three pumps parallel同理，W3=42734.19 kW*h綜上，分別對此管網空調系統進行單泵、雙泵及三泵設計，經過計算可知W1W2W3。3.4 修正在雙泵并聯的時候，負荷小于50%所需的流量為82m3/h。由IS100-80-125型水泵參數Q=100m3/h ，H=20mH2O可知此時一臺水泵即可滿足制冷需求。Q(m3/h) P(kw) t(h) W(kw*h)82 6.5 322.08 2093.52故W（122天）=32533.00kw*h在三泵并聯的時候，負荷小于70%由于流量114.8m3/h。由IS125-100-250型水泵參數Q=60m3/h, H=21.5mH2O 可知此時兩臺水泵即可滿足制冷需求負荷變化 Q(m3/h)=Q/2 P(kw) t(h) W(kw*h)60%70% 57.4 5.5 439.2 2415.650%60% 49.2 5.2 468.48 2436.1050% 41 4.9 322.08 1578.19故W（122天）=39018.55kw*h分析可知，在滿足需求的前提下，從數據上有：單泵耗能（29034.13kw*h）雙泵并聯能耗（32533.00kw*h）三泵并聯能耗（39018.55kw*h）。結論1. 在滿足空調系統流量、揚程要求的前提下，單臺泵所消耗的電能最少。2. 并聯運行時單臺水泵的流量小于只開一臺泵運行時的流量。3. 隨著并聯臺數的增加，系統所消耗的電能增加，水泵效率降低。4. 本次研究所選擇的水泵的性能曲線都較為平緩，當揚程發生較小變化時，流量變化值較大。此時當多臺水泵并聯工作時，如果關掉一臺或兩臺水泵時，可能會導致其余水泵過載，損壞水泵。建議與展望雖然一臺水泵所消耗的電能最少，但是在實際運用中，一臺水泵缺乏可調性以及沒有應變突發故障的能力。在整個運行過程中，一臺泵系統雖然可以通過變頻來調節，但其只適用于體量較小的建筑。在大型辦公樓或者是商場中，往往需要更具不同季節以及功能分區來分配流量，此時就需要多臺水泵來進行控制。一方面，多臺水泵可以更具需求進行調節；另一方面，多臺水泵系統如果某一部分發生故障，在維修期間故障區域可以通過其他支路進行補給。單純的并聯水泵設計僅僅是理論上對理想化管網的分