热水采暖系统循环水泵的选型与节能_权敏

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按照设计选用水泵的轴功率计算所得的耗电输 热比( EHR) 应该大于或等于 0. 6 倍的按照设计条件 ( 供、回水温度 95~ 70 e ) 计算所得的耗电输热比
2001 年 2 月
权 敏: 热水采暖系统循环水泵的选型与节能
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( EHR) 。 计算公式如下: EHR = E/ 2Q = S# N / 24q # A [ 0. 0056( 14+ A2L ) / $t
大得多。 ( 3) 系统的静压问题 热水采暖系统是充满水的闭路循环系统, 循环
水泵进、出口承受的静水压力相同, 故循环水泵的扬 程只需克服管网系统的阻力即可。
( 4) 管网系统水力失调 设计时没有认真的进行管网系统的水力平衡计 算, 系统投运后的初调节和运行调节又调试不当, 造 成水力失调, 出现前热后不热的现象。 ( 5) 水泵型号的限制 热水采暖系统的循环水泵的型号、规格较少, 普 通清水泵的性能参数与热水采暖系统的要求又不尽 相符, 设计往往难以选择理想的水泵, 造成了水泵的 性能参数比实际需要的参数大许多。 可见, 造成循环水泵性能偏大的原因是多方面 的, 应合理的确定循环水泵的性能参数。 1) 采暖热负荷应该根据不同地区的具体情况 和围护结构的特点, 尽可能详细地计算, 不宜简单的 套用手册、资料中推荐的建筑耗热指标。 以扬子石化公司生活区为例, 某些手册、资料中 推荐的住宅采暖耗热指标为 58~ 70 W/ m2, 扬子石 化公司生活区采暖建筑耗热指标经测算只有 46. 5 W/ m2, 经过 3 年的运行考核, 基本达到了住宅采暖 所规定的 16~ 18 e 的温度要求。如果按推荐的耗 热指标计算, 设计耗热量比实际耗热量大 25 % ~ 50 % , 设计流量也相应增加 25 % ~ 50 % 。对于一个
式中: H ) 水泵扬程 , m; S ) 管网综合阻力系数; Q ) 水泵流量, m3/ s; N ) 水泵功率 , W; C ) 常数。
由于功率正比于流量的三次方, 故管网流量的 大小对能耗的影响很大。
2) 对于管网阻力, 应该在管网设计完毕以后, 根据实际计算的阻力核算循环水泵的扬程, 并进行 适当的调整。如果先进行供热站的设计, 也应该采 用经济比摩阻来估算阻力, 在后续的管网设计中, 按 照原来选定的比摩阻来确定管径。
全日系统供热量 2 Q = 139 517 kWh; 全日理论水泵输送耗电量 E= 14. 7 @ 2 @ 24= 705. 6 kWh;
室外管网主干线 ( 包括 供回水管) 总长度 E L = 1 100 m;
A取 0. 0069, 水泵 24 小时运行, 则: EHR = E/ 2Q = 705. 6/ 139 517= 5. 06 @ 10- 3 0. 0056( 14+ A2L ) / $t = 0. 0056( 14+ 0. 0069 @ 1 100) / 25= 4. 8 @ 10- 3< 5. 06 @ 10- 3 可见, 2# 换热站内循环水泵的选 用没有达到 5民用 建筑 节 能设 计 标 准 ( 采暖 居 住 建筑 部 分) 6 ( JGJ26- 95) 所规定的节能指标。
表 1 方案比较表
方案比较内容
方案二 方案一 ( 4 台 B180- 40 型水泵) ( 1 台 10SH- 9 型水泵、
1 台 10SH- 13A 型水泵)
流量( m3/ h)
540
550
满负荷
运行 扬程(m)
40
36. 5
功率( kW)
90
75
流量( m3/ h) 360 为设计流量的 63% 414 为设计流量的 72% 70% 负 扬程( m) 40 为设计扬程的 114% 20. 3 为设计扬程的 58% 荷运行
定循环水泵性能参数、工作点的方法。
关键词: 热水采暖系统; 循环水泵; 选型; 节能
中图分类号: TU832. 13
文献标识码: B
1引 言
在机械循环热水采暖系统中, 循环水泵是系统 的核心设备, 同时又是耗电量较大的设备, 合理的选 型既保证系统的正常运行, 也降低能耗。针对目前 热水采暖系统中循环水泵选型存在的问题进行了调 查、分析, 结合 扬子石化公司生 活区采暖工程 的实 例, 阐述了循环水泵的选型与节能的关系。
# 74 # 文章编号: 1000- 4416( 2001) 01- 0074- 04
煤气与热力
第 21 卷 第 1 期
热水采暖系统循环水泵的选型与节能X
权敏 ( 扬子石油化工设计院, 江苏 南京 210048)
摘要: 结合扬子石化公司生活区采暖工程的实例, 分析了循环水泵性能参数偏大的原因,
多台水泵并联运行的弊病, 以及对节能指标 ) 耗电输热比( EHR) 进行了核算, 提出合理确
耗电输热比( EHR) 的物理意义是: 理论上消耗 单位电能, 热媒所能输送所显热量。它的高低关系 到系统运行电耗的多少, 是一项节能指标。
下面, 试用上述公式核算扬子石化公司生活区 2# 换热站内循环水泵的耗电输热比( EHR) 。
水泵型号 B100- 40, 2 台, 单台流量 100 m3/ h, 扬程 40 m, 功率 14. 7 kW。
不要有太大改变的系统; 具有( 2) 型性能曲线的水泵 适用于扬程较大时, 流量不要有太大改变的系统; 具 有( 3) 型性能的水泵, 在驼峰区的工作是不稳定的, 会出现流量跳动的不稳定工况。鉴于此, 选用( 3) 型 性能的水泵时, 应该慎重考虑, 使其工作点避开驼峰 区。
值得注意的是, 选择水泵的工作点时, 应该考虑 其效率。水泵工作点示意图见图 2, R 为某系统管 路性能曲线, 它与水泵的 Q ) H 曲线的交点 A 即为 循环水泵在管路系统中运行的工作点。这一点要落 在最佳工作区内, 才能保证水 泵的高效率运 行, 否 则, 水泵的运行是不经济的。
X 收稿日期: 1999- 12- 23 作者简介: 权 敏( 1962- ) , 女, 工程师, 从事采暖通风与空气调节工程设计。
2001 年 2 月
权 敏: 热水采暖系统循环水泵的选型与节能
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确定的系统, 循环水泵的扬程和流量的关系为: H = S # Q2 水泵的有效功率为: N = CHQ 则 N = CSQ 3
式中: EHR ) 设计条件下输送单位热能的耗电量, 无因次; 2Q ) 全日系统供热量, kWh; E ) 全日理论水泵输送耗电量, kWh; S ) 全日水泵运行时数, 连续运行时 S= 24 h; N ) 水泵铭牌轴功率, kW; q ) 采暖设计热负荷指标, kW/ m2, ; A ) 系统的供热面积, m2; $t ) 设计供回水温差, 对于一次网, $t = 45 ~ 50 e , 对于二次网, $t = 25 e ; 2L ) 室外管网主干 线( 包括供回水管) 总长 度, m; A) 系数。2L [ 500 m, A= 0. 0115; 500 m< 2L< 1 000 m, A= 0. 0092; 2L \1 000 m, A= 0. 0069。
3 循环水泵的选型
不同型号的水泵, 其性能是不尽相同的。水泵 的流量和扬程之间的关系以及它们与水泵效率之间 的关系可以用曲线表示( 见图 1) 。
( 1) - 平坦特性; ( 2) - 陡降特性; ( 3) - 驼峰特性 图 1 水泵特性曲线示意图
水泵的流量- 扬程特性曲线一般有 3 种基本 类型: 平坦特性、陡降特性、驼峰特性。具有( 1) 型性 能曲线的水泵适用于流量调节范围较大时要求扬程
下面以扬子石化公司生活区 3# 换热站( 4 台同 型号循环水泵并联运行) 为例, 比较单台水泵与多台
水泵运行的优劣。经过核算, 流量为设计负荷 75 % 的水泵能满足采暖季节中大部分时间的需要, 假定 在流量减少时, 管网的水力特性不变, 即管网中阻力 系数 S 不变, 根据公式: H = SQ 2
功率( kW) 60 为设计负荷的 67% 40 为设计负荷的 53. 3%
水泵占地面积( m2)
约 22
Biblioteka Baidu约 12
投资( 万元)
2. 1
2. 3
5 循环水泵节能效果的检验
建设部标准5民用建筑节能设计标准( 采暖居住 建筑部分) 6( JGJ26- 95) 第 5. 2. 11 条规定: 热水采暖 供暖系统的一、二次水的动力消耗应予以控制。
苏联 B. K. 秋斯金在其所著的5热水采暖系统热 力与水力工作情况分析6一文中指出: / 对水泵式系 统来说, 最好是安装两台不同容量的水泵, 一台供给 总水流量, 另一台能供给 75 % 左右的计算流量, 后 者供室外气温较高时使用。
在采暖季节中, 特别是在我国南方地区, 大部分 的时间无需满负荷 运行。选择 两台不同型号 的水 泵, 其中一台满足设计负荷, 另一台小于设计负荷。 在采暖季节的大部分时间里可 以使用小容量 的水 泵, 再根据气温变化, 并辅助质调节, 从而可以节约 大量电能, 而且, 两台水泵互为备用, 也降低了投资。 虽然多台水泵并联运行也可以进行流量调节, 但是 大型水泵比小型水泵的效率更高。旧系列的水泵每 差一个规格其效率平均相差 7 % , 新系列每差一个 规格, 其效率平均相差 10. 6 % 。因此, 选择两台不 同型号的水泵取代多台水泵并联, 是很有必要的。
水泵流量 Q 减少到原来的 75 % , 则: H c = S ( 0. 75Q ) 2 = 0. 56 @ SQ 2 = 0. 56 H 即扬程降低至原来的 56 % 。 原设计采暖循环水量 572 m3/ h, 扬程 35 m。 方案一: 选用 4 台 B180- 40 型泵, 3 用 1 备, 单 台流量 180 m3/ h, 扬程 40 m, 功率 30 kW。3 台同时 运行, 总流量 540 m3/ h, 扬程 40 m, 功率 90 kW; 2 台 同时运行, 总流量 360 m3/ h, 扬程 40 m, 功率 60 kW。 方案二: 选用 2 台不同型号的水泵, 1 台 10SH9 型, 其流量 550 m3/ h, 扬程 36. 5 m, 功率 75 kW; 1 台 10SH- 13A 型, 其流量 414 m3/ h, 扬程 20. 3 m, 功 率 40 kW。 方案比较见表 1。由表 1 可以看出, 选用两台 型号不同水泵比选用多台型号相同水泵的运行费用 降低了许多, 而且减少了占地。
热水采暖系统中循环水泵扬程的计算公式为:
H = 1. 1 ~ 1. 21 2 ( $Pm + $Pi )2/ ( Q# g) 式中: H ) 水泵扬程, m;
1. 1~ 1. 2 ) 安全裕量; 2( vP m + vP i) ) 系统摩擦阻 力和局部阻 力损失之和, Pa; Q ) 水的密度, kg/ m3; g ) 重力加速度, m/ s2。 上述公式表明, 循环水泵的扬程只与系统总的 摩擦阻力和局部阻力损失有关, 与静压无关。 3) 水泵的型号, 近年来已有了很大的改观, 新 型号、新规格的水泵不断地研制出来。
2 循环水泵性能参数的确定
循环水泵的性能参数主要为流量和扬程。目前 在热水采暖系统中普遍存在着循环水泵流量偏大、 扬程偏高的现象。造成这种现象的原因, 主要是下 列几个因素:
( 1) 热负荷计算偏高 设计时为求保险, 宁热勿冷, 因而计算出的热负 荷偏高。 ( 2) 管网阻力计算偏大 确定循环水泵的扬程时, 管网阻力大多是估算, 即先假定一个管网的比摩阻, 然后按管网长度估算 出管网阻力。为了保证管网的供应能力, 比摩阻取 值一般偏高。而在管网的设计计算中, 考虑管网的 水力平衡, 往往加大了主干管的管径, 因而就降低了 管网的比摩阻, 从而使管网阻力的估算值比实际值
具有平坦特性或陡降特性的常见水泵型号有: IS 型、SH 型、B 型、R 型等。
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煤气与热力
第 21 卷 第 1 期
图 2 水泵工作点示意图
4 循环水泵台数的选择
循环水泵台数的选用, 一般有两种情况: 一种是 选用两台同型号的水泵, 一台运行, 一台备用, 备用 系数为 100 % ; 另一种 是选用多台水泵并联运行。 第一种情况不合理且不经济, 系统无需在任何时候 都满负荷运行, 在负荷降低的同时应同步减小流量, 从而降低能耗。第二种情况也不可取, 多台水泵并 联运行, 不仅增加了占地面积, 运行亦不经济, 而且 管理复杂。
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