摘要：本文指出了合理選擇循環(huán)水泵性能曲線的重要性，指出了水泵性能曲線及管道性能曲線對于并聯(lián)水泵的影響和水泵并聯(lián)設(shè)計(jì)中的幾個誤區(qū)，提出在水泵的選擇設(shè)計(jì)中，應(yīng)注意水泵的性能曲線及管網(wǎng)的特性曲線對于水泵串并聯(lián)的影響，根據(jù)循環(huán)水泵冬夏流量變化的特點(diǎn)，在夏季與冬季水量變化大時建議冬夏分設(shè)循環(huán)泵組，以節(jié)約能源。
關(guān)鍵詞：管路特性曲線  水泵性能曲線  串聯(lián)  并聯(lián)  揚(yáng)程
1 引言
隨著經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展和人們對居住環(huán)境舒適性要求的提高，中央空調(diào)在商業(yè)和民用建筑中應(yīng)用越來越普及，但由于諸多原因其電耗在建筑總能耗中所占比例也越來越大。在大型公共建筑供暖空調(diào)電力消耗中，60~70%由輸送和分配冷量熱量的風(fēng)機(jī)水泵所消耗。目前建筑系統(tǒng)中風(fēng)機(jī)水泵的電力消耗占我國城鎮(zhèn)建筑運(yùn)行電耗的10%以上。造成水泵能耗過高的主要原因之一是：設(shè)計(jì)與設(shè)備選擇時無準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)與選擇方法，使水泵性能與管網(wǎng)不匹配。因此，水泵的合理選擇和匹配，是供暖及空調(diào)水系統(tǒng)正常運(yùn)行和節(jié)能的關(guān)鍵。本文對暖通空調(diào)中水泵選型設(shè)計(jì)的相關(guān)問題進(jìn)行了探討。
2 循環(huán)水泵性能曲線的選擇
圖1. 駝峰型水泵性能曲線
供暖與空調(diào)的循環(huán)水泵主要是為冷熱媒的循環(huán)流動提供動力，但隨著室外溫度變化系統(tǒng)所需要的循環(huán)水泵的流量可能會相差很大。這就要求在水泵的選型設(shè)計(jì)中要考慮多方面的因素。供暖、空調(diào)系統(tǒng)中的水泵總是與特定的管路相連，工作狀態(tài)點(diǎn)由水泵的性能曲線與管路的特性曲線共同決定。循環(huán)水泵的工作特性曲線有平坦型、陡降型和駝峰型三種。根據(jù)用途、管路特性、流量變化的不同，應(yīng)選擇不同特性的水泵。

圖2.水泵特性曲線對揚(yáng)程的影響
對于水泵的性能曲線為駝峰型的（如圖1. 駝峰型水泵性能曲線所示）。水泵的性能曲線與管網(wǎng)的性能曲線可能有A和B兩個交點(diǎn)，而B工況點(diǎn)為不穩(wěn)定工作點(diǎn)。因此在實(shí)際使用中，應(yīng)盡量避免使系統(tǒng)工作在水泵性能曲線的左支，工作點(diǎn)應(yīng)選在曲線的下降段，以保證運(yùn)轉(zhuǎn)工況的穩(wěn)定。對于供暖與空調(diào)的水系統(tǒng)采用量調(diào)節(jié)的情況，系統(tǒng)內(nèi)水流量變化較大時，建議盡可能避免選用駝峰型水泵，以防進(jìn)入非穩(wěn)定工作區(qū)（曲線的左支，上升段），引起流量調(diào)節(jié)的失靈。

性能曲線平坦的水泵其zui大優(yōu)點(diǎn)是：水泵在較大的流量范圍內(nèi)都能在較高的效率區(qū)間內(nèi)運(yùn)行，節(jié)能效果明顯。可滿足采暖或空調(diào)水系統(tǒng)流量變化時，泵的揚(yáng)程變化小的特點(diǎn)，使系統(tǒng)運(yùn)行時，具有良好的水力穩(wěn)定性，降低水力失調(diào)的程度。當(dāng)系統(tǒng)選用單臺水泵或者兩臺但為一用一備時，則應(yīng)選用性能曲線較為平坦的水泵（如圖2水泵特性曲線對揚(yáng)程的影響所示）。兩臺水泵的流量和揚(yáng)程特性曲線分別為Ⅰ變?yōu)棰颍?dāng)泵的流量發(fā)生變化時，假設(shè)管路特性曲線由原來的1變?yōu)?，從圖中可以看出性能曲線比較平坦的水泵Ⅱ的揚(yáng)程變化為?H2，性能曲線比較陡的水泵Ⅰ的揚(yáng)程變化為?H1，由圖中可以看出?H1>?H2。顯然從管網(wǎng)的水力穩(wěn)定性來看選泵Ⅱ優(yōu)于選泵Ⅰ。
當(dāng)供暖與空調(diào)系統(tǒng)所需的流量及流量的變化量較大，單臺水泵的流量或調(diào)節(jié)量不能達(dá)到設(shè)計(jì)要 圖3.水泵性能對并聯(lián)流量增量的影響
圖4.兩臺性能相同的水泵的并聯(lián)
求時，可以采用水泵并聯(lián)運(yùn)行的方式（如圖3.水泵性能對并聯(lián)流量增量的影響所示）。泵Ⅰ的特性曲線為Ⅰ，較陡，兩臺并聯(lián)后的特性曲線為Ⅲ；泵Ⅱ的特性曲線為Ⅱ，較平坦，兩臺并聯(lián)后的特性曲線為Ⅳ；管路特性曲線為R。顯而易見,泵Ⅰ并聯(lián)后的流量增量ΔQ1 大于泵Ⅱ并聯(lián)后的流量增量ΔQ2。因此泵的特性曲線越陡（比轉(zhuǎn)數(shù)越大） ,流量增量ΔQ 越大,越適宜于并聯(lián)工作；反之，泵的特性曲線越平坦（比轉(zhuǎn)數(shù)越?。?，流量增量ΔQ 越小，越不適宜于并聯(lián)工作。如果選型時不考慮水泵的特性曲線，將會引起并聯(lián)后流量增量不大，不能通過并聯(lián)使流量大幅度地提高，也不能通過運(yùn)行臺數(shù)的增減有效地調(diào)節(jié)流量。

3、水泵并聯(lián)設(shè)計(jì)的誤區(qū)
    對于并聯(lián)水泵的運(yùn)行有以下兩個誤區(qū)。（1）簡單的認(rèn)為相同型號的水泵并聯(lián)工作時，總流量成倍增加。（如圖4.兩臺性能相同的水泵的并聯(lián)所示），Ⅰ為單臺水泵的性能曲線，Ⅱ?yàn)閮膳_泵Ⅰ并聯(lián)運(yùn)行時的性能曲線，1與2為管網(wǎng)的特性曲線。當(dāng)管網(wǎng)特性曲線為1時，若管網(wǎng)中只有一臺水泵工作，工作點(diǎn)在C點(diǎn)，流量為QC；當(dāng)兩臺并聯(lián)時得，QA=2QB，很顯然，2QC>QA，因此并聯(lián)水泵的流量并非成倍增加，如果在選擇水泵時誤認(rèn)為其流量成倍增加，將可能導(dǎo)致總流量不能滿足要求。另由圖中容易看出，當(dāng)管網(wǎng)的性能曲線為2時，并聯(lián)后的流量與揚(yáng)程增加甚小，從節(jié)能的觀點(diǎn)看，管網(wǎng)性能曲線陡的并不適宜于水泵的并聯(lián)。（2）實(shí)際水泵并聯(lián)的選型計(jì)算中不考慮或者對水泵性能曲線走向考慮不夠充分。（如圖4所示），泵Ⅰ的特性曲線為Ⅰ，較陡，兩臺并聯(lián)后的特性曲線為Ⅲ；泵Ⅱ的特性曲線為Ⅱ，較平坦，兩臺并聯(lián)后的特性曲線為Ⅳ；管路特性曲線為R。顯而易見,泵Ⅰ并聯(lián)后的流量增量ΔQ1 大于泵Ⅱ并聯(lián)后的流量增量ΔQ2。因此泵的特性曲線越陡（比轉(zhuǎn)數(shù)越大） ,流量增量ΔQ 越大,越適宜于并聯(lián)工作；反之，泵的特性曲線越平坦（比轉(zhuǎn)數(shù)越?。?，流量增量ΔQ 越小，越不適宜于并聯(lián)工作。如果選型時不考慮水泵的特性曲線，將會引起并聯(lián)后流量增量不大，不能通過并聯(lián)使流量大幅度地提高，也不能通過運(yùn)行臺數(shù)的增減有效地調(diào)節(jié)流量。
另水泵按并聯(lián)工況選型，若并聯(lián)運(yùn)行時單臺泵工作在合理的流量范圍內(nèi)（如圖4所示），如果停掉一臺泵而不對管路進(jìn)行調(diào)整的話，水泵的實(shí)際流量為QC，即單臺運(yùn)行時其流量大于并聯(lián)運(yùn)行時的流量（額定流量），甚至出現(xiàn)流量嚴(yán)重超載，水泵所需功率大大增加，電機(jī)有燒毀的可能。因此，水泵并聯(lián)選型時不能僅考慮并聯(lián)工況，應(yīng)對單臺水泵運(yùn)行工況進(jìn)行校核。也可以采取以下措施：
水泵的運(yùn)行管理人員應(yīng)在停掉一臺機(jī)后，將水泵出口閥關(guān)小一些，即增大管路的阻抗，使管路特性曲線由1變?yōu)?，如果是三臺或三臺以上的水泵并聯(lián)，閥門關(guān)的應(yīng)更小一些，使管路特性曲線更陡，讓水泵工作在額定流量下。進(jìn)口水泵所配置的電動機(jī)相對于國產(chǎn)水泵普遍小一些，一旦流量大于額定流量，極易損壞電動機(jī)。因此，對于水泵運(yùn)行管理人員來說，了解水泵的特性并正確操作是非常重要的。當(dāng)然，關(guān)小閥門的開度，增加了管道的阻力，甚至閥門造成的壓降能夠占水泵總揚(yáng)程的一半以上，水泵的電耗有50%多消耗在了閥門上而不是用來克服管道的阻力，造成了很嚴(yán)重的能量浪費(fèi)，并沒有達(dá)到節(jié)能的目的。為了易于操作，在滿足使用要求的條件下并聯(lián)水泵的臺數(shù)不宜太多。
因此，在選定水泵時，除了滿足zui基本的流量要求及仔細(xì)的水力計(jì)算外，盡管還要考慮一些影響因素，但絕不是使用所謂的“安全系數(shù)”，在滿足前提下計(jì)算不可太過于保守。
4、冬夏季循環(huán)水泵的選擇
圖5.冬夏管網(wǎng)特性曲線圖
相當(dāng)一部分空調(diào)系統(tǒng)是全年運(yùn)行的，冬季供應(yīng)熱水夏季供應(yīng)冷水。有些工程在設(shè)計(jì)過程中只是一味的追求降低所謂的初投資或者因其他原因，沒有將冬夏季循環(huán)水泵分開設(shè)置，而是共用循環(huán)水泵，管道采用雙管制。但實(shí)際是絕大多數(shù)建筑物冬季熱負(fù)荷比夏季冷負(fù)荷小，且空調(diào)水系統(tǒng)供回水溫差夏季一般取5℃，冬季取10℃，管路采用雙管制。因此冬季空調(diào)循環(huán)水流量將是夏季的1/3~1/2，理論上講冬季水泵的揚(yáng)程為夏季的1/9~1/4。如用同一組定速泵在冬季則只能通過關(guān)小閥門的方法來增加管道的阻力以使系統(tǒng)正常運(yùn)行，使管道的特性曲線由夏季的Ⅰ變?yōu)槎镜蘑颍ㄈ缬覉D5冬夏管網(wǎng)特性曲線圖所示），這必然浪費(fèi)大量的電能，也提高了對運(yùn)行管理人員的要求。為節(jié)約能源，可考慮設(shè)計(jì)兩組水泵分別供冬夏季使用，利用閥門切換。冬季選用小流量，低揚(yáng)程的循環(huán)水泵，可節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用，也可采用調(diào)速泵的運(yùn)行方式。有的文獻(xiàn)提出可根據(jù)冬夏季的工況不同而采用直徑不等的兩套葉輪運(yùn)行以解決冬夏季水泵的不同要求。

5 結(jié)論
5.1 在水泵的選擇設(shè)計(jì)中，應(yīng)注意水泵的性能曲線及管網(wǎng)的特性曲線對于水泵串并聯(lián)的影響，水泵揚(yáng)程的選取應(yīng)避免隨意加大揚(yáng)程。
5.2根據(jù)循環(huán)水泵流量變化的特點(diǎn)，在夏季與冬季水量變化很大時，采用分設(shè)循環(huán)水泵方案，以節(jié)約能源，保證系統(tǒng)可靠運(yùn)行。
5.3應(yīng)加強(qiáng)對于現(xiàn)水泵運(yùn)行管理人員的培訓(xùn)和再教育，使其真正掌握水泵運(yùn)行管理的相關(guān)操作。