黃偉堅(jiān)

（廣東省建筑科學(xué)研究院集團(tuán)股份有限公司 廣州 510500）

0 引言

隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)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(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。挖掘建筑節(jié)能潛力以減少能源消耗，是我國(guó)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(duì)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(hù)結(jié)構(gòu)等改造，來緩解我國(guó)能源緊缺的局面。其中空調(diào)系統(tǒng)的能耗占到了整個(gè)建筑能耗的40%左右。劉倩等人［3］介紹了我國(guó)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(jī)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(jī)容量遠(yuǎn)小于裝機(jī)容量，造成設(shè)備的閑置浪費(fèi)；⑵設(shè)計(jì)負(fù)荷偏大，水泵的流量偏大，導(dǎo)致系統(tǒng)大流量小溫差運(yùn)行；⑶水泵揚(yáng)程選配過高或附加系數(shù)過大，空調(diào)水系統(tǒng)實(shí)際流量和水阻較小時(shí)，導(dǎo)致系統(tǒng)流量變大電機(jī)處于超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，嚴(yán)重時(shí)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(chǎng)建筑中2 個(gè)不同的空調(diào)系統(tǒng)水泵進(jìn)、出水管徑改造為例，分析工程應(yīng)用中水管管徑對(duì)水泵運(yùn)行效果的影響。

1 項(xiàng)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(gè)系統(tǒng)舒適、節(jié)能、高效地運(yùn)行，冷水主機(jī)、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(jì)的要求，才能發(fā)揮出設(shè)備應(yīng)有的性能，達(dá)到高效、節(jié)能的目的。［5］

本次介紹的2 個(gè)工程項(xiàng)目，主要是因?yàn)槔鋮s水管管徑小，導(dǎo)致冷卻水流量不足，從而引起冷水主機(jī)排氣壓力高報(bào)警，造成冷水機(jī)組頻繁停機(jī)保護(hù)，影響了整個(gè)制冷系統(tǒng)的正常運(yùn)行。［6］本文將對(duì)冷卻水泵更換不同的進(jìn)、出水管徑，并對(duì)水泵更換前后進(jìn)行測(cè)試對(duì)比，分析其測(cè)試結(jié)果對(duì)水泵流量以及水泵效率的影響。

［實(shí)例1］：廣州市某地鐵站空調(diào)系統(tǒng)工程，本站有站廳站臺(tái)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(tái)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(tái)制冷量為561 kW的冷水機(jī)組，3 臺(tái)冷凍泵（2 用 1 備）、3 臺(tái)冷卻泵（2 用1 備）和2 臺(tái)冷卻塔組成。

［實(shí)例2］：廣州市某商場(chǎng)建筑空調(diào)系統(tǒng)工程，該商場(chǎng)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(chǎng)、餐飲等。建筑高度為22.8 m。該系統(tǒng)由2 臺(tái)螺桿式冷水機(jī)組，3臺(tái)冷凍泵（2 用 1 備）、3 臺(tái)冷卻泵（2 用 1 備）和 2 臺(tái)逆流式冷卻塔組成。

2 個(gè)工程項(xiàng)目共6 臺(tái)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(cè)試儀器及方法

2.1 測(cè)試儀表

本次測(cè)試采用高精度進(jìn)口儀器，如圖1和表2所示。

圖1 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試儀器及測(cè)試點(diǎn)示意Fig.1 Field Test Instrument and Test Points

2.2 水泵效率檢測(cè)方法［7］

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

流量測(cè)點(diǎn)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(cè)點(diǎn)應(yīng)設(shè)在水泵進(jìn)、出口壓力表處。

水泵的輸入功率應(yīng)在電動(dòng)機(jī)輸入線端測(cè)量。

水泵效率應(yīng)按式⑴所示計(jì)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(jìn)、出口平均壓差（m）；P 為水泵平均輸入功率（kW）。

3 測(cè)試結(jié)果及分析

3.1 實(shí)例1 測(cè)試結(jié)果分析

3.1.1 系統(tǒng)管路改造前測(cè)試結(jié)果

依據(jù)文獻(xiàn)［7］要求，水泵效率檢測(cè)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(dá)到54%以上才符合標(biāo)準(zhǔn)要求，根據(jù)表3測(cè)試結(jié)果可知：LQ-1 冷卻水泵實(shí)測(cè)值與額定值相比，流量下降了18.9%，揚(yáng)程下降了21.8%，且實(shí)測(cè)的水泵效率僅為46.1%，未達(dá)到規(guī)范要求；LQ-2 冷卻水泵實(shí)測(cè)值與額定值相比，流量下降了17%，揚(yáng)程下降了20%，且實(shí)測(cè)的水泵效率僅為47.3%，未達(dá)到規(guī)范要求；LQ-3 冷卻水泵實(shí)測(cè)值與額定值相比，流量下降了19.1%，揚(yáng)程下降了24%。且實(shí)測(cè)的水泵效率僅為45.1%，未達(dá)到規(guī)范要求。

3.1.2 系統(tǒng)管路改造后測(cè)試結(jié)果

結(jié)合前文分析，為了改善水泵的運(yùn)行效果，對(duì)水泵進(jìn)出口的管徑進(jìn)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(shí)際運(yùn)行效果如表3所示。

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

從圖2水泵流量的對(duì)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(shí)例2 測(cè)試結(jié)果分析

3.2.1 系統(tǒng)管路改造前測(cè)試結(jié)果

依據(jù)文獻(xiàn)［7］要求，水泵效率檢測(cè)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(dá)到 52.0%以上才符合標(biāo)準(zhǔn)要求，根據(jù)表4未變更管徑前測(cè)試結(jié)果可知：BQ-1 冷卻水泵實(shí)測(cè)值與額定值相比，流量下降了27.4%，揚(yáng)程下降了21.5%，且實(shí)測(cè)的水泵效率僅為43.3%，未達(dá)到規(guī)范要求；BQ-2 冷卻水泵實(shí)測(cè)值與額定值相比，流量下降了26.2%，揚(yáng)程下降了21.5%，且實(shí)測(cè)的水泵效率僅為43.5%，未達(dá)到規(guī)范要求；BQ-3 冷卻水泵實(shí)測(cè)值與額定值相比，流量下降了28.6%，揚(yáng)程下降了20%，且實(shí)測(cè)的水泵效率僅為44.1%，未達(dá)到規(guī)范要求。

表3 實(shí)例1 冷卻水泵進(jìn)、出水管徑改造前后測(cè)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(duì)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(duì)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(cè)試結(jié)果

結(jié)合前文分析，為了改善水泵的運(yùn)行效果，對(duì)水泵進(jìn)出口的管徑進(jìn)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(shí)際運(yùn)行效果如表4所示。

表4 實(shí)例2 冷卻水泵進(jìn)、出水管徑改造前后測(cè)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(shí)測(cè)值與額定值相比，流量上升了26.1%，揚(yáng)程上升了13.3%，且實(shí)測(cè)的水泵效率為53.1%，達(dá)到了規(guī)范要求；BQ-2 冷卻水泵實(shí)測(cè)值與額定值相比，流量上升了22.2%，揚(yáng)程上升了12.7%，且實(shí)測(cè)的水泵效率為52.0%，達(dá)到了規(guī)范要求；BQ-3 冷卻水泵實(shí)測(cè)值與額定值相比，流量上升了26.8%，揚(yáng)程上升了10%。且實(shí)測(cè)的水泵效率為52.5%，達(dá)到了規(guī)范要求。

從圖4水泵流量的柱狀對(duì)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(duì)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(duì)比Fig.4 Histogram Comparison of Pump Flow Rating before and after Modification

3.3 改造前后冷卻水泵進(jìn)出水管管內(nèi)流速對(duì)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(dá)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(zhǎng)期運(yùn)行會(huì)影響制冷主機(jī)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(jì)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(duì)比分析

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

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

圖6 冷卻水泵進(jìn)出水流速與技術(shù)措施推薦值柱狀對(duì)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(dá)到11.8%，最低能達(dá)到8.4%，改造后6 臺(tái)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(yùn)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(gè)水泵管路改造工程實(shí)測(cè)，得到以下結(jié)論：

表6 水泵管徑改造前后水泵效率對(duì)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(duì)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(duì)空調(diào)系統(tǒng)出現(xiàn)的問題，應(yīng)先診斷測(cè)試分析，才能客觀地評(píng)價(jià)和發(fā)現(xiàn)問題癥結(jié)所在，做出更有針對(duì)性的改造方案。

⑵通過本次管路的改造，使得2 個(gè)工程的冷卻水泵的效率達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)要求，不僅改善了設(shè)備的運(yùn)行效率，也提高了整個(gè)中央空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行效率，避免了因冷卻水泵水量不足，冷水主機(jī)頻繁跳機(jī)保護(hù)的現(xiàn)象。

⑶通過前后改造測(cè)試可以看出，水泵流量、揚(yáng)程、功率3 個(gè)參數(shù)的相互作用會(huì)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(jì)選型，水力計(jì)算等多方考慮來相應(yīng)配置。