当前课程知识点:建筑冷热源 > 第九章 空调与供暖水系统 > 9.2 冷水/热水系统的类型与特点 > 9.2.7 不同的泵与冷水机组连接方式
下面我们谈一谈一些常见的水系统设计问题
在实际工程中我们常会在一次环路中
见到两种冷水机组与水泵的连接形式
左边的是把水泵和冷水机组分别并联
然后再用一条母管串联在一起
俗称“先并后串方式”
右边是把冷水机组与水泵先串联
然后再进行并联
称作“先串后并方式”
也称作“一机对一泵”的形式
“先串后并方式”的系统看上去比较简单
而“先并后串方式”看上去比较复杂
那么这样两种水泵与冷水机组的连接方式
在使用效果上有没有差别呢?
“先并后串方式”的设计者们
希望通过这种方式达到水泵以及冷水机组
能够互为备用的目的
但是这种连接方式
在实际运行中存在着这样的问题
当部分冷水机组与水泵停机的时候
停机的冷水机组会有冷水在里面旁通
就像这个案例
只有1号冷水机组和水泵在运行
2号和3号冷水机组与水泵停机
当回水温度是12℃的时候
1号冷水机组的出口水温是7℃
但是另外两台停转的冷水机组
也旁通了1号泵的水
导致三台冷水机组并联后的出水温度
只有10.3℃
而不是希望的7℃
运行的1号冷水机组还存在水量不足的问题
有可能影响正常运行
为了解决这个问题
就需要在冷水机组的接管上
安装与冷机联动的水阀
当冷水机组停机的时候
水阀就联动关闭
避免冷水机组旁通
但是在很多实际项目中
虽然装有这样的与冷水机组联动的水阀
但是由于开关频繁
维护不充分
很多水阀都出了故障
不能有效地响应联动
导致冷水机组一直存在旁通问题
所以“一机对一泵”的“先串后并方式”
是更为合理的冷水机组与水泵连接的系统形式
系统非常简单
不需要与冷水机组连锁的阀门
减少了故障发生的机会
如果希望水泵可以互为备用
可以采用这样的连接方式
当没有水泵有故障的时候
4号和5号阀门是常闭的
1 2 3号阀门是常开的
如果1号泵出了故障
运行人员又非要想运行1号冷机
那就可以用2号泵来顶替1号泵
打开4号阀门
关闭2号阀门就可以了
由于这样的情况不会经常发生
阀门开关的机会不多
所以阀门并不容易出现故障的问题
这是某医院的冷水系统设计
这个系统的设计存在很多问题
它有11台风冷式冷水机组
在夏季负荷最高峰的时候
也只需要用到四台
但是
尽管它有足够的供冷能力
它的夏季冷水供水温度依然一直非常高
无法降到12℃以下
而且供回水温差总是在1℃上下
离额定的5℃温差相差甚远
这样高的水温带来的问题是
当夏季天气比较潮湿
或者室内湿负荷比较大的时候
尽管空调系统能保证空气温度达标没有问题
但除湿效果很不好
另外一个问题是
水泵在整个夏天都必须保持两台水泵同时运行
哪怕空调负荷已经降到
只需要运行一台风冷式冷水机组就够了
但依然要维持两台水泵同时运行
导致水泵的电耗非常大
与冷水机组的电耗相差无几
出现这个问题的原因是冷水系统设计不合理
同时冷水机组和水泵的选型也过大
这个冷水系统是典型的“先并后串方式”
冷水机组的设计选型是10台
另外加一台备用一共是11台
水泵的选型是三台
另外加一台备用
所以我们看到有四台水泵
三台水泵的额定流量总和
与11台冷水机组的额定流量总和是相等的
11台冷水机组分为两组并联
一组是5台
一组是6台
再并联在一起
与四台并联的水泵串联
并联管路上没有任何与冷水机组连锁的阀门
只有在图中所标位置上装有一些手动阀门
这些阀门都是保持常开的
由于水泵选型的扬程过高
因此
只要运行两台水泵
流量就达到了11台冷水机组的额定流量总和了
在运行部分冷水机组的时候
存在着大部分冷水机组都有旁通的现象
导致供水温度过高
这是一个运行三台冷水机组的工况下
实测的水温和水量的结果
供水温度14.5度
回水温度15.7度
供回水温差1.2度
总供水量是410吨/小时
正常运行的三 四和五号机组供水温度是11.2度
供回水温差是4.5度
是比较接近额定工况的
但是另外八台冷水机组
都处于旁通的状态导致混合后的供水温度
高达14.5度
但是在这种情况下
是没有办法通过减少水泵运行的台数
或者进行水泵变频来降低总供水量的
因为11台冷水机组都有水量通过
一旦减少了总供水量
那么正常运行的三台冷水机组
就会出现水量不足的情况
总水量很可能降到额定水量的1/3以下
影响正常运行
所以
业主不得不在整个供冷季都保持两台水泵运转
导致水泵的电耗过高
很多人以为水泵选型偏大的话
水系统运行起来就会偏于安全
但实际上
水泵选型过大的话
很可能导致不能正常运行
甚至还会烧毁水泵的电动机
在实际运行中
我们就发现过
一些项目水泵选型过大
导致电动机不断烧毁
更换了额定电流大得多的电动机
依然还会烧毁
因此运行人员不得不采用以下几种措施
来避免电机烧毁的问题
一是把水系统管路上的阀门都尽量关小
增加系统的阻力
二是把水泵的叶轮切削小
但是这样水泵的效率会变得更低
第三种方法是更换额定电流更大的电机
第四种方法不管负空调荷多大
都把所有的水泵同时开启
减少每台水泵的流量
为什么水泵选型偏大电动机就会被烧毁呢?
根本的原因是水泵选型过大导致运行功率过高
电流过大
从这张水泵性能与系统阻力的曲线图
我们就可以看到这个原因的所在了
这是设计师所选的水泵性能曲线
与设计师认为的系统阻力曲线
设计师认为这个水系统需要水泵的扬程
为37.5米水柱
这时水泵的流量
可以达到一台冷水机组要求的额定流量
138吨/小时
这就是他要的设计工况点
但实际上这条才是真正的系统阻力曲线
系统的实际阻力只有14.1米
所以这条红色的水泵的性能曲线是更为合适的
由于他选的水泵的性能曲线是这条黑线
比这条红色曲线的水泵要大得多
所以系统的实际运行工况点偏到了这个位置
水泵的扬程为30米
流量为每小时200吨
在这种情况下
当然可以减少总的水泵运转台数
就可以满足多台冷水机组的总流量的需求了
但是
我们会看到这样的一个问题
原来的设计工况下水泵的功率是20kW
电流是40安
效率是70%
但在实际的运行工况下
水泵的功率达到了34kW
电流达到了61安
效率降到了48%
由于所配电机的额定功率是22kW
功率34kW电流61安培
明显远超这个电机可以承受的范围
就会导致水泵的电机被烧毁
因此如果遇到这种现象
彻底的解决办法是换一台小的泵
让它的运行工况点处于一个合理的状态
下面这个案例存在的问题是二次泵设置不当
我们可以看到这个项目的二次环路有四个分区
四个分区水环路的阻力完全一样
所以每一个分区的支路上
都有一组独立的二次泵
每组三台并联
所以这里一共有12台这样的二次泵
由于二次泵的选型偏大
所以目前每个分区夏季负荷最大的时候
开一台水泵就足够了
但由于4组二级泵都不并联
所以全年每个分区
都要一直运行一台二次泵
也就是说
即便整个建筑的负荷都达到了最小
也依然要保持4台二次泵同时运行
导致水泵的电耗增加了1倍多
如果在原始的设计中
12台二次泵是并联在一起的
然后再与二次环路串联
那么在全年运行中最多需要开四台二次泵
负荷比较小的时候可能开一台就够了
就跟我在前面曾经介绍过的一个案例是一样的
下面这个案例依然是二次泵的问题
就是二次泵选型的扬程偏大
这个系统的二次泵扬程竟然高达42米
实际上一般大楼的二次环路阻力
都在20m水柱以下
为了消除二次泵多出来的34米扬程
二次泵出口的阀门开度仅为10%左右
这个项目的冷水环路实际所需扬程为22m
但两级水泵却提供了56m的扬程
60%以上的冷水泵电耗
都浪费在了开度非常小的阀门上
实际上在这个项目的冷却水系统中
冷却泵有38米扬程
也是属于选型过大的
-1.1 建筑冷热源概述
-1.2 冷热源设备与系统
-1.3 《建筑冷热源》课程的知识结构
-第一章课后习题
-2.1 理想循环
--2.1 理想循环
-2.2 理论循环
--2.2 理论循环
-2.3 循环计算
--2.3 循环计算
-2.4 循环改善
-2.5 实际循环
--2.5 实际循环
-第二章课后习题
-3.1 制冷剂
-3.2 润滑油
--3.2 润滑油
-3.3 载冷剂
--3.3 载冷剂
-第三章课后习题
-4.1 压缩机
--4.1.3 (1)容积式压缩机的结构和工作原理-活塞式压缩机
--4.1.3 (2)容积式压缩机的结构和工作原理-转子式压缩机
--4.1.3 (3)容积式压缩机的结构和工作原理-涡旋式压缩机
--4.1.3 (4)容积式压缩机的结构和工作原理-螺杆式压缩机
--4.1压缩机课后习题
--压缩机-讨论题1
--压缩机-讨论题2
-4.2 换热器
--4.2换热器课后习题
-4.3 节流装置
--4.3节流装置课后习题
-4.4 辅助设备
--4.4辅助设备课后习题
-5.1 蒸气压缩式制冷热泵系统
-5.2 蒸气压缩式制冷热泵系统的工作特性
-5.3 蒸气压缩式制冷热泵装置的性能调节
-第五章课后习题
-6.1 吸收式制冷技术发展简况
-6.2 吸收式制冷的基本原理
-6.3 溴化锂二元溶液的基本性质
-6.4 溴化锂吸收式制冷机组的结构原理
-6.5 吸收式热泵机组的类型与工作原理
-6.6 吸收式制冷与热泵机组的性能改善
-第六章课后习题
-7.1 锅炉及锅炉房基本知识
-7.2 锅炉的热效率
-7.3 供热锅炉
-第七章课后习题
-8.0 引言
--8.0 引言
-8.1 单独热源设备
-8.2 单独冷源设备
-8.3 冷热同源设备
-第八章课后习题
-9.1 空调与供暖水系统概述
-9.2 冷水/热水系统的类型与特点
-9.3 冷却水系统
-9.4 实际工程水系统举例
-第九章课后习题
-10.1 课程总结
-10.2 问题探讨
-10.3 结束语
--10.3 结束语
-第十章课后习题
-课程教学评估