2012-12-31

《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》( GB50019 —2003) [1 ] 第6. 4. 4 條對(duì)二次泵系統(tǒng)的選用條件作出了規(guī)定:“中小型工程宜采用一次泵系統(tǒng);系統(tǒng)較大、阻力較高,且各環(huán)路負(fù)荷特性或阻力相差懸殊時(shí),宜在空氣調(diào)節(jié)水的冷熱源側(cè)和負(fù)荷側(cè)分別設(shè)一次泵和二次泵”;文獻(xiàn)[ 223 ]等技術(shù)措施、標(biāo)準(zhǔn)中也有類似規(guī)定或論述。但筆者認(rèn)為此條規(guī)定在語言文字、邏輯和技術(shù)方面均存在著明顯的缺陷,雖然目的是為了節(jié)能,但由于表述不準(zhǔn)確,一定程度上影響了工程設(shè)計(jì)的正確選用,甚至?xí)斐赏顿Y增加和相對(duì)的能源浪費(fèi)。

隨著技術(shù)的發(fā)展和認(rèn)識(shí)的提高,有必要對(duì)二次泵系統(tǒng)的選用條件深入思考,標(biāo)準(zhǔn)條文力爭(zhēng)表述得更準(zhǔn)確,以指導(dǎo)設(shè)計(jì)人員正確選用和設(shè)計(jì)空調(diào)水系統(tǒng)的設(shè)備配置形式,真正達(dá)到節(jié)能的目的。由于篇幅限制,本文不對(duì)一次泵(變頻) 變流量等其他節(jié)能空調(diào)水系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)分析。

1 規(guī)范原文的缺陷

1) 設(shè)置二次泵系統(tǒng)的原因之一是冷(熱) 源側(cè)需定流量運(yùn)行,負(fù)荷側(cè)采用變流量運(yùn)行的水泵以減少輸送能耗。雖然統(tǒng)稱冷(熱) 源,但設(shè)置冷水機(jī)組的冷源、設(shè)置直接供熱的熱水鍋爐、設(shè)置板式換熱器供熱或供冷的熱源、冷源等,各種情況均不相同。例如對(duì)于設(shè)置板式換熱器供熱或供冷時(shí),一般情況下空調(diào)水循環(huán)泵可直接采用變頻泵,沒有必要采用二次泵系統(tǒng);換熱器前的一次冷熱媒循環(huán)泵也顯然不是文獻(xiàn)[1]所指的一次泵;因此對(duì)系統(tǒng)和設(shè)備稱謂應(yīng)表述得更加準(zhǔn)確,并應(yīng)根據(jù)冷(熱) 源情況和系統(tǒng)連接形式分別規(guī)定。冷水機(jī)組供冷的二次泵系統(tǒng)的各級(jí)循環(huán)泵為直接串聯(lián)連接,而換熱器前后水系統(tǒng)為間接連接,二次泵系統(tǒng)應(yīng)專指直接連接系統(tǒng)。為了區(qū)別二者,本文暫將間接連接的換熱器前、后一次水循環(huán)泵和二次水循環(huán)泵分對(duì)應(yīng)簡稱為一次泵和二次泵,直接串聯(lián)連接的冷(熱) 源側(cè)和負(fù)荷側(cè)水泵分別稱為一級(jí)泵和二級(jí)泵。

2) 對(duì)于“系統(tǒng)較大、阻力較高”的系統(tǒng),就應(yīng)該推薦采用二次泵系統(tǒng),不應(yīng)附加“且各環(huán)路負(fù)荷特性或阻力相差懸殊”的條件。后者是分區(qū)域設(shè)置二級(jí)泵的條件,二者應(yīng)分別作出規(guī)定。

3)“各環(huán)路負(fù)荷特性相差懸殊”不應(yīng)是設(shè)置二次泵系統(tǒng)的條件。“負(fù)荷特性”一般是指空調(diào)系統(tǒng)的使用時(shí)間、負(fù)荷變化范圍、房間空調(diào)精度要求等,完全可以通過末端空氣處理設(shè)備的水路控制解決,冷(熱) 源則根據(jù)負(fù)荷側(cè)的需要調(diào)節(jié)供冷供熱量即可,與采用二次泵系統(tǒng)和分區(qū)域設(shè)置二級(jí)泵都無關(guān)。

4) 沒有明確指出一個(gè)工程中常見、應(yīng)設(shè)置二次泵系統(tǒng)且宜分系統(tǒng)設(shè)置二級(jí)泵的重要條件,即各系統(tǒng)供水溫度要求不同。

2 設(shè)置二次泵系統(tǒng)的選用條件分析

同類冷(熱) 源空調(diào)水系統(tǒng)的冷(熱) 源側(cè)阻力差別不大,一般不會(huì)超過20 m ,造成阻力差別的主要原因是負(fù)荷側(cè)連接設(shè)備的管網(wǎng)規(guī)模和長度不同。如“系統(tǒng)較大、阻力較高”,就意味著循環(huán)泵裝機(jī)功率較大,當(dāng)空調(diào)水系統(tǒng)冷熱源要求定流量運(yùn)行時(shí),在負(fù)荷側(cè)設(shè)置變速泵則節(jié)能潛力較大,因此較適宜采用二級(jí)泵變速運(yùn)行的二次泵系統(tǒng)。但定量判別“系統(tǒng)較大、阻力較高”的界限數(shù)值,文獻(xiàn)[ 1 ]和其他標(biāo)準(zhǔn)或技術(shù)措施都未給出。文獻(xiàn)[ 3 ]規(guī)定了空調(diào)冷、熱水系統(tǒng)的能效比,并指出其適用于獨(dú)立建筑物內(nèi)的空調(diào)水系統(tǒng),環(huán)路總長度一般在200～500 m 范圍內(nèi),例如冷水泵揚(yáng)程不超過36 m。但實(shí)際工程中,由于建筑布局和規(guī)模等諸多因素的限制,超大的建筑物很難將環(huán)路總長度和水系統(tǒng)能效比控制在文獻(xiàn)[ 3 ]規(guī)定的范圍內(nèi)。筆者認(rèn)為在實(shí)際工作中可按如下原則考慮:

1) 當(dāng)環(huán)路總長度和水系統(tǒng)能效比滿足文獻(xiàn)[3 ]的要求時(shí),根據(jù)工程規(guī)模、投資、機(jī)房面積等情況,可以選擇一次泵系統(tǒng),也可以選擇二次泵系統(tǒng)。

2) 當(dāng)環(huán)路總長度和水系統(tǒng)能效比不能滿足文獻(xiàn)[3]的要求時(shí),不應(yīng)采用冷(熱) 源側(cè)定流量的一次泵系統(tǒng),應(yīng)采用水泵能夠變速運(yùn)行而節(jié)能的二次泵(或其他) 系統(tǒng)。

3 分區(qū)域或分系統(tǒng)設(shè)置二級(jí)泵的選用條件及實(shí)例分析

3. 1 分區(qū)域設(shè)置二級(jí)泵

當(dāng)同一供冷或供熱站為多區(qū)域或多棟建筑服務(wù)時(shí),若主機(jī)房未設(shè)在建筑或建筑群中心、或各區(qū)域距離相差較遠(yuǎn),使得“各環(huán)路阻力相差懸殊”,則分區(qū)域分環(huán)路按阻力大小設(shè)置和選擇二級(jí)泵,比設(shè)置一組二級(jí)泵更節(jié)能。但這里也有一個(gè)定量判別“阻力相差懸殊”的界限數(shù)值問題,文獻(xiàn)[ 4 ]條文說明中認(rèn)為阻力相差10 m 即為懸殊。對(duì)于管網(wǎng)長度為200～500 m 的一般工程,如管網(wǎng)總阻力為文獻(xiàn)[3]規(guī)定的不超過36 m ,則負(fù)荷側(cè)阻力不會(huì)超過20 m ,其中還有5～7 m 左右的末端空調(diào)機(jī)組及其電動(dòng)調(diào)節(jié)閥阻力,剩余的管道阻力不會(huì)超過15 m ,各區(qū)域阻力差值達(dá)到10 m 的可能性不大,則意味著若以此為標(biāo)準(zhǔn),一般工程均不需分區(qū)域設(shè)置二級(jí)泵。因此,用于取代文獻(xiàn)[4] 的文獻(xiàn)[3]將判別“阻力相差懸殊”的界限改為5 m ,理由是5 m 阻力相當(dāng)于輸送距離100 m 或送回管道長度在200 m 左右,水泵所配電動(dòng)機(jī)容量也會(huì)變化一擋。

1) 實(shí)例1 。某約39 萬m2 的大型會(huì)展工程,包括東、西2 組展館建筑(各15 萬m2 ) ,中間為1棟用于會(huì)議和服務(wù)的綜合樓(約9 萬m2 ) ,制冷站設(shè)置在綜合樓地下機(jī)房,距東(西) 展館設(shè)備單程輸送距離約600 m?？照{(diào)冷水采用二次泵系統(tǒng),一級(jí)泵揚(yáng)程為20 m ,克服制冷站內(nèi)冷源側(cè)管網(wǎng)阻力;因2 個(gè)展館規(guī)模和管路長度相近,采用1 組4 臺(tái)二級(jí)泵,揚(yáng)程為30 m ;另為綜合樓設(shè)1 組4 臺(tái)揚(yáng)程為21 m 的二級(jí)泵。本例管道總長超過了文獻(xiàn)[3]規(guī)定的水系統(tǒng)能效比的計(jì)算條件(200～500 m) ,確實(shí)符合“系統(tǒng)較大、阻力較高”的二次泵系統(tǒng)的選用條件。2 組二級(jí)泵揚(yáng)程的差值主要是機(jī)房至展館的干管較長(單程管道長度約200 m) 和展館本身規(guī)模較大造成的,機(jī)房至展館的干管管徑較大、比摩阻較小(控制在約100 Pa/ m) 、分支路的三通很少,但彎頭較多,阻力為60 kPa ;展館內(nèi)部管網(wǎng)和設(shè)備阻力約為240 kPa 。

本例是2 個(gè)區(qū)域距離和管網(wǎng)規(guī)模相差較大的典型工程,2 組二級(jí)泵揚(yáng)程的差值為9 m ,也沒有達(dá)到文獻(xiàn)[4 ]的“阻力相差懸殊”的界限,說明文獻(xiàn)[3] 5 m 的界限數(shù)值相對(duì)合理,本工程分區(qū)域設(shè)置二級(jí)泵也為合理的空調(diào)水系統(tǒng)節(jié)能方案。

2) 實(shí)例2 。約6 萬m2 的某教學(xué)建筑空調(diào)冷水采用二次泵系統(tǒng),設(shè)置了2 大1 小3 臺(tái)冷水機(jī)組,對(duì)應(yīng)配置2 臺(tái)490 m3 / h 和2 臺(tái)160 m3 / h (一用一備) 的定流量一級(jí)泵,揚(yáng)程為15 m。因建筑功能分為教室、辦公、工藝性用房3 類,由于使用時(shí)間等“負(fù)荷特性相差懸殊”,設(shè)置3 套變流量二級(jí)泵系統(tǒng),每個(gè)分系統(tǒng)設(shè)置3 臺(tái)水泵(二用一備) 共9 臺(tái),其中單臺(tái)水泵流量分別為300 ,240 ,280 m3 / h ,揚(yáng)程均為25 m(說明各環(huán)路阻力相差不大) 。運(yùn)行幾年后,對(duì)該工程進(jìn)行節(jié)能診斷后發(fā)現(xiàn),由于每個(gè)分系統(tǒng)運(yùn)行水泵為2 臺(tái),雖可變頻但其調(diào)節(jié)范圍有限,在每個(gè)區(qū)域低負(fù)荷時(shí)即使水泵流量調(diào)至小仍然過大,水泵長期在大流量、小溫差下運(yùn)行,且水泵速過低也影響其效率。負(fù)荷峰谷差較大的辦公和工藝性用房的2 套二級(jí)泵尤為明顯,在假期等仍需使用的低負(fù)荷時(shí)段供回水溫差不足2 ℃。據(jù)了解,本例分別設(shè)置3 組二級(jí)泵的理由主要是,3 個(gè)區(qū)域的使用時(shí)間不同,某區(qū)域不使用時(shí)可以完全停止該組泵,因此較節(jié)能,且一組水泵檢修時(shí)不影響其他區(qū)域的運(yùn)行。但實(shí)際空調(diào)水系統(tǒng)的運(yùn)行調(diào)節(jié)過程是:末端空氣處理設(shè)備負(fù)荷需求減少或停止運(yùn)行時(shí),電動(dòng)水閥關(guān)小或與風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖關(guān)閉,即使合用1 組二級(jí)泵,水泵根據(jù)末端流量需要進(jìn)行臺(tái)數(shù)調(diào)節(jié)依然可以停泵,且各區(qū)域的末端設(shè)備停止運(yùn)行并不會(huì)影響其他區(qū)域。這種按區(qū)域分別設(shè)水泵節(jié)能的認(rèn)識(shí)誤區(qū)存在于很多專業(yè)設(shè)計(jì)人員頭腦中,應(yīng)引起注意。

在各區(qū)域阻力相差不大且要求供水溫度一致時(shí),合理的方案是合用1 套二級(jí)泵,水泵臺(tái)數(shù)和流量的確定應(yīng)與冷源設(shè)備的調(diào)節(jié)范圍相匹配。合用的二級(jí)泵可以選擇流量相同,也可以配置揚(yáng)程相同的大、小泵;但不論何種配置,小泵的流量宜與小的一級(jí)泵相近,即與制冷機(jī)小負(fù)荷相匹配。本例如配置6 臺(tái)相同水泵,每臺(tái)泵流量約為190 m3 / h ,與原設(shè)計(jì)每組水泵均考慮富余量相比總流量小30 % ,且水泵已達(dá)6 臺(tái)之多,不需再設(shè)備用泵,管道系統(tǒng)也變得相對(duì)簡單。可見原方案(9臺(tái)大流量泵) ,既浪費(fèi)初投資,運(yùn)行中又浪費(fèi)能量。在盡量減少修改工作量和利用原有設(shè)備的前提下,對(duì)本工程提出的改進(jìn)措施是:保留使用時(shí)間集中的教室二級(jí)泵系統(tǒng),將辦公、工藝性用房二級(jí)泵系統(tǒng)合并,共同使用4 臺(tái)運(yùn)行離心水泵。

3. 2 有不同水溫要求時(shí)二級(jí)泵的設(shè)置

工程中常遇到一些空調(diào)系統(tǒng)所需水溫與冷(熱) 源供水溫度或與其他系統(tǒng)的水溫要求不同,但一般因系統(tǒng)規(guī)模較小不單獨(dú)設(shè)置冷(熱) 源。例如,干工況運(yùn)行的風(fēng)機(jī)盤管、冷輻射板等需要高于常規(guī)溫度的冷水;低溫地板輻射供暖水溫低于散熱器供暖甚至空調(diào)供暖的常規(guī)水溫。這時(shí)可以采用再設(shè)換熱器的間接系統(tǒng),也可以采用設(shè)置二級(jí)混水泵和混水三通閥的直接串聯(lián)系統(tǒng)。后者相對(duì)于前者有下列優(yōu)點(diǎn):1) 不增加換熱器的投資和運(yùn)行阻力;2) 不需再設(shè)置一套補(bǔ)水定壓膨脹設(shè)施。圖1 為典型的因各空調(diào)水系統(tǒng)水溫要求不同而分系統(tǒng)設(shè)置二級(jí)化工泵的示例。

空調(diào)冷水分系統(tǒng)設(shè)置二次泵系統(tǒng)還有其他采用二次泵系統(tǒng)的情況,圖2 為其中一例[5] ,采用熱水鍋爐直接供暖,設(shè)置供熱量自動(dòng)控制裝置(氣候補(bǔ)償器) ,根據(jù)室外氣溫等變化,自動(dòng)改變用戶側(cè)供(回) 水溫度,對(duì)用戶側(cè)系統(tǒng)進(jìn)行總體質(zhì)調(diào)節(jié);末端系統(tǒng)為變流量的雙管系統(tǒng),要求水泵變流量運(yùn)行。但燃?xì)忮仩t要求供、回水溫度(主要是低溫時(shí)煙氣酸性腐蝕問題) 和流量不能過低,與負(fù)荷側(cè)在整個(gè)運(yùn)行期對(duì)供、回水溫度和流量的要求不一致,因此設(shè)置了變速二級(jí)混水計(jì)量泵和混水三通閥。這種情況屬于“熱源與負(fù)荷側(cè)水溫要求不同”,空調(diào)水系統(tǒng)不常見,因此可不在空調(diào)范圍的標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)措施中出現(xiàn),但供熱系統(tǒng)原理和供冷是一樣的。

4 結(jié)論

4. 1 有關(guān)規(guī)范、技術(shù)措施等對(duì)二次泵系統(tǒng)的選用條件的論述存在缺陷,對(duì)工程設(shè)計(jì)產(chǎn)生了一定的誤導(dǎo)。筆者參與了一些技術(shù)措施和標(biāo)準(zhǔn)的修訂,建議作如下修改。對(duì)于空調(diào)冷熱水系統(tǒng)設(shè)備的配置形式,應(yīng)經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定:

1) 水溫要求一致且各區(qū)域管路壓力損失相差不大的中小型工程,可采用冷源側(cè)定流量、負(fù)荷側(cè)變流量的一次泵系統(tǒng)。

2) 負(fù)荷側(cè)系統(tǒng)較大、阻力較高時(shí),宜采用在冷源側(cè)和負(fù)荷側(cè)分別設(shè)置一級(jí)泵(定流量) 和二級(jí)泵(變流量) 的二次泵系統(tǒng);當(dāng)各區(qū)域管路阻力相差懸殊或各系統(tǒng)水溫要求不同時(shí),宜按區(qū)域或按系統(tǒng)分別設(shè)置二級(jí)泵。

3) 具有較大節(jié)能潛力的空調(diào)水系統(tǒng),在確保設(shè)備的適應(yīng)性、控制方案和運(yùn)行管理可靠的前提下,可采用冷源側(cè)和負(fù)荷側(cè)均變流量的一次泵(變頻) 變流量水系統(tǒng)。

4) 采用換熱器加熱或冷卻的空調(diào)熱水或冷水系統(tǒng),應(yīng)采用循環(huán)水泵變頻的變流量系統(tǒng)。

4. 2 工程中是否采用二次泵系統(tǒng)和分區(qū)域設(shè)置

二級(jí)泵的參考建議如下:

1) 當(dāng)環(huán)路總長度和水系統(tǒng)能效比不能滿足文獻(xiàn)[ 3 ]的要求時(shí),不應(yīng)采用冷(熱) 源側(cè)定流量的一次泵系統(tǒng),應(yīng)采用水泵能夠變速節(jié)能的二次泵(或其他) 系統(tǒng)。

2) 負(fù)荷側(cè)阻力差值超過5 m 時(shí),宜分區(qū)域設(shè)置二級(jí)泵。
  

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