水管管径对空调水泵运行效果的影响

黄伟坚

（广东省建筑科学研究院集团股份有限公司 广州 510500）

0 引言

随着我国国民经济的发展、人民生活水平的提高，能源紧缺问题一直制约着我国经济的发展。挖掘建筑节能潜力以减少能源消耗，是我国研究和努力的方向［1］。沈旸等人［2］通过节能改造技术的分析，分析建筑能耗的构成，对开展建筑节能改造有着指导性的意义。建筑节能改造囊括建筑的方方面面，包括有供配电系统、照明系统、空调系统、建筑围护结构等改造，来缓解我国能源紧缺的局面。其中空调系统的能耗占到了整个建筑能耗的40%左右。刘倩等人［3］介绍了我国中央空调系统目前存在的问题，比如冷热源设备装机容量大、水泵选型过大、系统配置不合理等系列问题，造成的后果有：⑴冷热源选型过大，开机容量远小于装机容量，造成设备的闲置浪费；⑵设计负荷偏大，水泵的流量偏大，导致系统大流量小温差运行；⑶水泵扬程选配过高或附加系数过大，空调水系统实际流量和水阻较小时，导致系统流量变大电机处于超负荷运转，严重时可致烧毁等一系列问题。［4］本文将以广州市某地铁站和广州市某商场建筑中2 个不同的空调系统水泵进、出水管径改造为例，分析工程应用中水管管径对水泵运行效果的影响。

1 项目概况

空调系统由各种不同的空调设备和管路组合而成，为了能够使整个系统舒适、节能、高效地运行，冷水主机、空调风柜、水泵、冷却塔等空调设备性能必须符合设计的要求，才能发挥出设备应有的性能，达到高效、节能的目的。［5］

本次介绍的2 个工程项目，主要是因为冷却水管管径小，导致冷却水流量不足，从而引起冷水主机排气压力高报警，造成冷水机组频繁停机保护，影响了整个制冷系统的正常运行。［6］本文将对冷却水泵更换不同的进、出水管径，并对水泵更换前后进行测试对比，分析其测试结果对水泵流量以及水泵效率的影响。

［实例1］：广州市某地铁站空调系统工程，本站有站厅站台共2 层，为明挖地下2 层岛式车站，站厅层公共区面积为1 740 m2，站台层公共区912 m2，其中车站总制冷量为1 122 kW。该系统由2 台制冷量为561 kW的冷水机组，3 台冷冻泵（2 用 1 备）、3 台冷却泵（2 用1 备）和2 台冷却塔组成。

［实例2］：广州市某商场建筑空调系统工程，该商场地上5 层，地下1 层，总建筑面积为22 403 m2，其中空调面积为9 050 m2，功能主要是超市、商场、餐饮等。建筑高度为22.8 m。该系统由2 台螺杆式冷水机组，3台冷冻泵（2 用 1 备）、3 台冷却泵（2 用 1 备）和 2 台逆流式冷却塔组成。

2 个工程项目共6 台冷却水泵参与分析，水泵额定参数如表1所示。

表1 水泵额定参数（冷却泵）Tab.1 Rated Parameters of Water Pump（Cooling Pump）

2 测试仪器及方法

2.1 测试仪表

本次测试采用高精度进口仪器，如图1和表2所示。

图1 现场测试仪器及测试点示意Fig.1 Field Test Instrument and Test Points

2.2 水泵效率检测方法［7］

检测工况下，应每隔5～10 min 读数1 次，连续测量60 min，并取每次读数的平均值作为检测值。

流量测点宜设在距上游局部阻力构件10 倍管径，且距下游局部阻力构件5 倍管径处，压力测点应设在水泵进、出口压力表处。

水泵的输入功率应在电动机输入线端测量。

水泵效率应按式⑴所示计算：

表2 仪器性能参数Tab.2 Instrument Performance Parameters

式中：η为水泵效率；V 为水泵平均水流量（m3/h）；ρ为水的平均密度（kg/m3）；g 为自由落体加速度，取9.8 m/g3；△H 为水泵进、出口平均压差（m）；P 为水泵平均输入功率（kW）。

3 测试结果及分析

3.1 实例1 测试结果分析

3.1.1 系统管路改造前测试结果

依据文献［7］要求，水泵效率检测值应大于设备铭牌值的80%，即水泵LQ-1、LQ-2、LQ-3 效率要达到54%以上才符合标准要求，根据表3测试结果可知：LQ-1 冷却水泵实测值与额定值相比，流量下降了18.9%，扬程下降了21.8%，且实测的水泵效率仅为46.1%，未达到规范要求；LQ-2 冷却水泵实测值与额定值相比，流量下降了17%，扬程下降了20%，且实测的水泵效率仅为47.3%，未达到规范要求；LQ-3 冷却水泵实测值与额定值相比，流量下降了19.1%，扬程下降了24%。且实测的水泵效率仅为45.1%，未达到规范要求。

3.1.2 系统管路改造后测试结果

结合前文分析，为了改善水泵的运行效果，对水泵进出口的管径进行改造，将水管管径由125 mm 增大为150 mm，更换管径之后，水泵的实际运行效果如表3所示。

由表3可知，LQ-1 冷却水泵改造后实测值与额定值相比，流量上升了23.3%，扬程上升了12.7%，且实测的水泵效率为57.9%，达到了规范要求；LQ-2 冷却水泵改造后实测值与额定值相比，流量上升了17.5%，扬程上升了13%，且实测的水泵效率为58.4%，达到了规范要求；LQ-3 冷却水泵改造后实测值与额定值相比，水流量上升了23.4%，扬程上升了13.1%，且实测的水泵效率为55.8%，达到了规范要求。

从图2水泵流量的对比柱状图中，可以明显看出管径改造前、后水泵流量的提升效果，图3水泵效率柱状图中，也能明显看出水泵改造前、后水泵效率的提升情况。

3.2 实例2 测试结果分析

3.2.1 系统管路改造前测试结果

依据文献［7］要求，水泵效率检测值应大于设备铭牌值的80%，即水泵BQ-1、BQ-2、BQ-3 效率要达到 52.0%以上才符合标准要求，根据表4未变更管径前测试结果可知：BQ-1 冷却水泵实测值与额定值相比，流量下降了27.4%，扬程下降了21.5%，且实测的水泵效率仅为43.3%，未达到规范要求；BQ-2 冷却水泵实测值与额定值相比，流量下降了26.2%，扬程下降了21.5%，且实测的水泵效率仅为43.5%，未达到规范要求；BQ-3 冷却水泵实测值与额定值相比，流量下降了28.6%，扬程下降了20%，且实测的水泵效率仅为44.1%，未达到规范要求。

表3 实例1 冷却水泵进、出水管径改造前后测试结果Tab.3 Example 1 Test Results before and after the Transformation of the Cooling Water Pump Inlet and Outlet Pipes

图2 水泵流量额定值与改造前、后柱状对比Fig.2 Histogram Comparison of Pump Flow Rating before and after Modification

图3 水泵额定效率与改造前、后效率柱状对比Fig.3 Histogram of Rated Efficiency of Water Pump Pared with that before and after Modification

3.2.2 系统管路改造后测试结果

结合前文分析，为了改善水泵的运行效果，对水泵进出口的管径进行改造，将水管管径由150 mm 增大为200 mm，更换管径之后，水泵的实际运行效果如表4所示。

表4 实例2 冷却水泵进、出水管径改造前后测试结果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 冷却水泵实测值与额定值相比，流量上升了26.1%，扬程上升了13.3%，且实测的水泵效率为53.1%，达到了规范要求；BQ-2 冷却水泵实测值与额定值相比，流量上升了22.2%，扬程上升了12.7%，且实测的水泵效率为52.0%，达到了规范要求；BQ-3 冷却水泵实测值与额定值相比，流量上升了26.8%，扬程上升了10%。且实测的水泵效率为52.5%，达到了规范要求。

从图4水泵流量的柱状对比中可以明显看出，水泵管径改造前、后流量的提升效果，以及从图5水泵效率柱状对比中也能看出改造前、后水泵效率的提升情况。

图4 水泵流量额定值与改造前、后柱状对比Fig.4 Histogram Comparison of Pump Flow Rating before and after Modification

3.3 改造前后冷却水泵进出水管管内流速对比分析

根据表5管内流速汇总表可知：改造前管内流速普遍偏高，达到2.3 m/s。而在管道尺寸不变，满足冷凝器散热需求的情况下，必然增加流速，长期运行会影响制冷主机寿命，增加水泵损耗。依据图6可以看出：水管管路改造后，管内流速降低至2 m/s 以下的范围内，与暖通设计技术措施［8］推荐值比较趋向合理。

3.4 改造前后水泵效率对比分析

图5 水泵额定效率与改造前、后效率柱状对比Fig.5 Histogram of Rated Efficiency of Water Pump Pared With That before and after Modification

表5 进出水管管内流速对比汇总Tab.5 Summary Table of Velocity Comparison in Inlet and Outlet Pipes

图6 冷却水泵进出水流速与技术措施推荐值柱状对比Fig.6 Histogram Comparison of Inlet and Outlet Water Flow Rate Cooling Water Pump and Recommended Value of Technical Measures

根据表6可知：冷却水泵效率改造前、后提高率最高能达到11.8%，最低能达到8.4%，改造后6 台冷却水泵的水泵效率均符合规范要求。从图7可以看出改造前后水泵效率提升明显，水泵能够良好、高效地运行。从图8中可以看出水泵改造前后提升的幅度。

4 结论

本文通过两个水泵管路改造工程实测，得到以下结论：

表6 水泵管径改造前后水泵效率对比汇总Tab.6 Summary of Pump Efficiency Comparison before and after Pump Diameter Modification

图7 水泵额定效率与改造前后效率柱状对比Fig.7 Histogram of Rated Efficiency of Water Pump Compared with that before and after Modification

图8 水泵改造前、后效率提升堆叠柱状图Fig.8 Stacked Histogram of Efficiency Improvement before and after Pump Modification

⑴针对空调系统出现的问题，应先诊断测试分析，才能客观地评价和发现问题症结所在，做出更有针对性的改造方案。

⑵通过本次管路的改造，使得2 个工程的冷却水泵的效率达到了标准要求，不仅改善了设备的运行效率，也提高了整个中央空调系统的运行效率，避免了因冷却水泵水量不足，冷水主机频繁跳机保护的现象。

⑶通过前后改造测试可以看出，水泵流量、扬程、功率3 个参数的相互作用会影响和制约水泵性能发挥。空调系统设备和管路之间的科学合理，应结合设计选型，水力计算等多方考虑来相应配置。