1、 大连理工大学流体输配管网课程论文办公楼空调系统水泵选择与节能分析THE CHOICES OF WATER PUMP AND ENERGY-SAVING ANALYSIS OF THE OFFICE BUILDING AIR-CONDITIONING SYSTEM学 院（系）： 建设工程学部 专 业: 建筑环境与能源应用工程学生姓名 ： 潘强广 马华培 万昌正 郭智 学 号： 201256008 201256043201256025 201256020指 导 教 师： 端木琳 李祥立 绳现杰完 成 日 期： 2014.12.6 大连理工大学Dalian University of Techno
2、logy办公楼空调系统水泵选择与节能分析2摘 要本文主要研究办公楼空调系统水泵的选择与节能分析，通过已知办公楼冷负荷流量需求及系统阻力损失，选择合适的水泵。在合理扬程和流量的情况下,计算不同台数水泵并联的能耗情况。并简单分析不同负荷变化条件下，并联水泵在系统运行中的工作情况，最终确定出节能方案。通过计算单台泵、双台泵及三台泵在全年供冷运行中耗电量，然后对多台泵并联情况在较低负荷需求下进行控制，以实现节能最优化。关键词：水泵并联；管网特性曲线；水泵特性曲线；节能分析办公楼空调系统水泵选择与节能分析3THE CHOICES OF WATER PUMP AND ENERGY-SAVING ANALY
3、SIS 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 reasonabl
4、e 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 p
5、ump, 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办公楼空调系统水泵选择与节
6、能分析4目录摘 要 .2Abstract .31.工程背景 52.水泵的选择 62.1流量的校核 62.2水泵及管网参数的确定 63.能耗计算 83.1 单台泵 .83.2 双台泵并联 .103.3 三台泵并联 .113.4 修正 .13结论 .14建议与展望 .15参考文献 .16致谢 .17办公楼空调系统水泵选择与节能分析51.工程背景近年来，随着集中供热、集中空调在工业和民用建筑中的普及，其能耗在社会总能耗中所占的比例也在不断上升。而水泵的耗电量在空调系统耗电量中又占有相当的比重，因此水泵的合理选择和匹配是降低其能耗、保证系统正常运行的关键 1。本文将针对大连理工大学某办公楼空调系统进行
7、水泵的设计，已知该办公楼空调系统供冷量为 769kW，冷冻水循环流量 164m3/h,系统阻力损失 20mH2O，水泵功率 36kW。负荷变化范围 90%以上 13%，80-90%13%，70-80%32%，60-70%15%，50-60%16%，50%以下 11%，总供冷天数 122 天。 办公楼空调系统水泵选择与节能分析62.水泵的选择空调系统中的水泵总是与特定的管路相连，其工作状态点有水泵的性能曲线与管路的特性曲线共同决定 2 。根据已知冷冻水循环流量 Q=164m3/h,系统阻力损失 H=20mH2O ，由空调系统冷冻水循环为闭式循环，即水泵扬程选择大于系统的阻力损失即可满足系统正常运
8、行要求。2.1流量的校核根据制冷量 W=769kW，按 5温差进行校核，由 qv=W/(51.163)=132.24m3/hQ=164 m3/hqv 故循环泵流量满足要求2.2水泵及管网参数的确定选择水泵的参数应该按照工况要求的最大流量和最大扬程再乘以附加安全系数的数值作为依据。附加值取 10%，即Q=1.1164m3/h=180.4m3/hH=1.120mH2O=22 mH2O管网特性曲线方程 H=SQ2=20/1642Q2=7.43610-4Q2mH2O （图 1）根据管网所需水泵参数，查阅泵产品样本3 ，将此空调系统水泵配置分为单泵、双泵以及三台泵并联三种方案来进行能耗分析，在选择多台泵
9、并联的情况下，根据此空调系统全年供冷天数以及负荷变化（图 2） ，通过人为地将部分水泵停止运行来降低能耗，从而达到能耗量最小化的系统设计。办公楼空调系统水泵选择与节能分析70 50 100 150 200 25005101520253035Q/(m3/h)H/mH2O图 1.管网特性曲线Fig 1. pipe network curve15.86_ 15.86_39.04_18.30_ 19.52_13.42_90%-100% 80%-90% 70%-80% 60%-70% 50%-60% 50%0.00_5.00_10.00_15.00_20.00_25.00_30.00_35.00_40.
10、00_45.00_负 荷 变 化天数/天图 2.负荷变化天数Fig 2.load changes办公楼空调系统水泵选择与节能分析83.能耗计算3.1 单台泵根据已知参数并参考水泵样本，在只需一台泵运行的情况下，可以选择IS150-125-250 型泵（n=1450r/min） ，负荷分别按95%、85%、75%、65%、55%、50%，可得流量与相应天数的值（表 1）表 1负荷变化 天数/天 Q 平均（m 3/h）90%-100% 15.86 155.880%-90% 15.86 139.470%-80% 39.04 123.060%-70% 18.30 106.650%-60% 19.52
11、90.2050% 13.42 82.00查阅 IS150-125-250 型泵性能曲线(图 3), 结合管网特性计算可得对应流量的功耗 P（kW）0 50 100 150 200 250 300010203040506070809005101520253035404550(%)H（m ）N(kW)管 网H （m ）Q（m3/h ）（%）H（m）N(KW)管 网 特 性曲 线效 率泵 性 能 曲 线功 率图 3. IS150-125-250 型泵性能曲线及管网特性曲线Fig 3. IS150-125-250 pump characteristic and pipe network curve办公
12、楼空调系统水泵选择与节能分析9表 2Table 2Q 平均（m 3/h） P(kW) 时间 t/h W(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 90.20 9.00 468.48 4216.32 82.00 8.40 322.08 2705.55 在不同负荷变化情况下，选用 IS150-125-250 型泵性能曲线全年供冷总耗电量可由表 2 中各个负荷范围的耗电量相加而得，即 W1=29034.13 kW
13、*h。办公楼空调系统水泵选择与节能分析103.2 双台泵并联根据负荷分别按 100%、90%、80%、70%、60%、50%可知两台泵并联的每台泵的流量以及相应运行时间（表 3）选择 IS100-80-125 型水泵并绘制双泵并联性能曲线与已知管网性能曲线的关系（图 4）表 3Table 3负荷变化 时间 t/h Q 平均/2（m 3/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.
14、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 0 50 100 150 200 250 300010203040506070800510152025303540455055 (%)H（m ）N(kW)并 联H管 网HQ（m3/h ）（%）H（m）N(KW)效 率管 网 特 性 曲 线单 泵双 泵 并 联功 率图 4. IS100-80-125 型泵性能曲线及管网特性曲线Fig 4. IS100-80-125 pump characteristic and pipe ne
15、twork curveW2=33724.7kW*h办公楼空调系统水泵选择与节能分析113.3 三台泵并联根据负荷分别按 100%、90%、80%、70%、60%、50%可知三台泵并联的每台泵的流量以及相应运行时间（表 4）选择 IS125-100-250 型水泵并绘制三泵并联性能曲线与已知管网性能曲线的关系（图 6）表 4Table 4负荷变化 时间 t/h Q 平均/3（m 3/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.
16、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 由管网已知条件，选定 IS125-100-250 型水泵（图 5）O 10 20 30 40 50 60 70 80 90 10005101520250102030405060708090100扬 程功 率效 率H/m /%Q Q(m3/h)P(kW)图 5. IS125-100-250 型水泵性能曲线Fig 5. IS125-100-250 pump characteristi
17、c curve办公楼空调系统水泵选择与节能分析12当三台 IS125-100-250 型水泵并联在管路中时，水泵扬程不变，流量 Q=3Q00 50 100 150 200 250 300 350010203040506070809017181920212223(%)N(kW)管 网HH（m ）三 台 并联HQ（m3/h ）（%）H（m）N(KW)单 泵三 泵 并 联效 率功 率管 网 特 性 曲 线图 6.三台并联情况下的 IS125-100-250 型泵性能曲线及管网特性曲线Fig 6. IS125-100-250 pump characteristic and pipe network c
18、urve under three pumps parallel同理，W 3=42734.19 kW*h综上，分别对此管网空调系统进行单泵、双泵及三泵设计，经过计算可知W1W2W3。办公楼空调系统水泵选择与节能分析133.4 修正在双泵并联的时候，负荷小于 50%所需的流量为 82m3/h。由 IS100-80-125型水泵参数 Q=100m3/h ，H=20mH 2O 可知此时一台水泵即可满足制冷需求。Q(m3/h) P(kw) t(h) W(kw*h)82 6.5 322.08 2093.52故 W（122 天）=32533.00kw*h在三泵并联的时候，负荷小于 70%由于流量114.8m
19、 3/h。由 IS125-100-250型水泵参数 Q=60m3/h, H=21.5mH2O 可知此时两台水泵即可满足制冷需求负荷变化 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，在满足需求的前提下，从数据上有：单泵耗能（29034.13kw*h）双泵并联能耗（32533.00kw*h）三泵并联能耗（39018.55kw*h） 。办公楼空调系统水泵选择与节能分
20、析14结论1. 在满足空调系统流量、扬程要求的前提下，单台泵所消耗的电能最少。2. 并联运行时单台水泵的流量小于只开一台泵运行时的流量。3. 随着并联台数的增加，系统所消耗的电能增加，水泵效率降低。4. 本次研究所选择的水泵的性能曲线都较为平缓，当扬程发生较小变化时，流量变化值较大。此时当多台水泵并联工作时，如果关掉一台或两台水泵时，可能会导致其余水泵过载，损坏水泵。办公楼空调系统水泵选择与节能分析15建议与展望虽然一台水泵所消耗的电能最少，但是在实际运用中，一台水泵缺乏可调性以及没有应变突发故障的能力。在整个运行过程中，一台泵系统虽然可以通过变频来调节，但其只适用于体量较小的建筑。在大型办公
21、楼或者是商场中，往往需要更具不同季节以及功能分区来分配流量，此时就需要多台水泵来进行控制。一方面，多台水泵可以更具需求进行调节；另一方面，多台水泵系统如果某一部分发生故障，在维修期间故障区域可以通过其他支路进行补给。单纯的并联水泵设计仅仅是理论上对理想化管网的分析，而实际工况复杂多变，希望管网中水泵与各机组之间能通过计算机进行监控和调配，以实现在低功耗下满足系统正常运行需求。办公楼空调系统水泵选择与节能分析16参考文献1 陈炬. 系统中的供热空调水泵设计.暖通空调 HA&AC. 2008.38 卷 4 期2 王倩，高建红.中央空调系统水泵设计的若干问题.建筑热能通风空调.Apr.2005.49-533 泵产品样本.机械工业部编.机械工业出版社，1997.11办公楼空调系统水泵选择与节能分析17致谢感谢端木琳，李祥立，绳现杰三位老师对本研究的大力支持。他们在本此研究过程中，对本组成员进行细心的辅导，并在我们研究的过程中提出了许多宝贵意见。在此，由衷地感谢三位老师。
