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)設計中的幾個誤區(qū)，提出在水泵的選擇設計中，應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，在夏季與冬季水量變化大時建議冬夏分設循環(huán)泵組，以節(jié)約能源。
關鍵詞：管路特性曲線  水泵性能曲線  串聯(lián)  并聯(lián)  揚程
1 引言
隨著經(jīng)濟的持續(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機水泵所消耗。目前建筑系統(tǒng)中風機水泵的電力消耗占我國城鎮(zhèn)建筑運行電耗的10%以上。造成水泵能耗過高的主要原因之一是：設計與設備選擇時無準確的設計與選擇方法，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)正常運行和節(jié)能的關鍵。本文對暖通空調(diào)中水泵選型設計的相關問題進行了探討。
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計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，應選擇不同特性的水泵。

圖2.水泵特性曲線對揚程的影響
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，而B工況點為不穩(wěn)定工作點。因此在實際使用中，應盡量避免使系統(tǒng)工作在水泵性能曲線的左支，工作點應選在曲線的下降段，以保證運轉(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)運行，節(jié)能效果明顯?？蓾M足采暖或空調(diào)水系統(tǒng)流量變化時，泵的揚程變化小的特點，使系統(tǒng)運行時，具有良好的水力穩(wěn)定性，降低水力失調(diào)的程度。當系統(tǒng)選用單臺水泵或者兩臺但為一用一備時，則應選用性能曲線較為平坦的水泵（如圖2水泵特性曲線對揚程的影響所示）。兩臺水泵的流量和揚程特性曲線分別為Ⅰ變?yōu)棰?，當泵的流量發(fā)生變化時，假設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的揚程變化為?H2，性能曲線比較陡的水泵Ⅰ的揚程變化為?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)量不能達到設計要 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?。髁吭隽?Delta;Q 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，也不能通過運行臺數(shù)的增減有效地調(diào)節(jié)流量。

3、水泵并聯(lián)設計的誤區(qū)
    對于并聯(lián)水泵的運行有以下兩個誤區(qū)。（1）簡單的認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為兩臺泵Ⅰ并聯(lián)運行時的性能曲線，1與2為管網(wǎng)的特性曲線。當管網(wǎng)特性曲線為1時，若管網(wǎng)中只有一臺水泵工作，工作點在C點，流量為QC；當兩臺并聯(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為其流量成倍增加，將可能導致總流量不能滿足要求。另由圖中容易看出，當管網(wǎng)的性能曲線為2時，并聯(lián)后的流量與揚程增加甚小，從節(jié)能的觀點看，管網(wǎng)性能曲線陡的并不適宜于水泵的并聯(lián)。（2）實際水泵并聯(lián)的選型計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?。髁吭隽?Delta;Q 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行調(diào)整的話，水泵的實際流量為QC，即單臺運行時其流量大于并聯(lián)運行時的流量（額定流量），甚至出現(xiàn)流量嚴重超載，水泵所需功率大大增加，電機有燒毀的可能。因此，水泵并聯(lián)選型時不能僅考慮并聯(lián)工況，應對單臺水泵運行工況進行校核。也可以采取以下措施：
水泵的運行管理人員應在停掉一臺機后，將水泵出口閥關小一些，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)，閥門關的應更小一些，使管路特性曲線更陡，讓水泵工作在額定流量下。進口水泵所配置的電動機相對于國產(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。因此，對于水泵運行管理人員來說，了解水泵的特性并正確操作是非常重要的。當然，關小閥門的開度，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，造成了很嚴重的能量浪費，并沒有達到節(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的水力計算外，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
相當一部分空調(diào)系統(tǒng)是全年運行的，冬季供應熱水夏季供應冷水。有些工程在設計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)水泵分開設置，而是共用循環(huán)水泵，管道采用雙管制。但實際是絕大多數(shù)建筑物冬季熱負荷比夏季冷負荷小，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小閥門的方法來增加管道的阻力以使系統(tǒng)正常運行，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），這必然浪費大量的電能，也提高了對運行管理人員的要求。為節(jié)約能源，可考慮設計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，低揚程的循環(huán)水泵，可節(jié)省運行費用，也可采用調(diào)速泵的運行方式。有的文獻提出可根據(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 在水泵的選擇設計中，應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，水泵揚程的選取應避免隨意加大揚程。
5.2根據(jù)循環(huán)水泵流量變化的特點，在夏季與冬季水量變化很大時，采用分設循環(huán)水泵方案，以節(jié)約能源，保證系統(tǒng)可靠運行。
5.3應加強對于現(xiàn)水泵運行管理人員的培訓和再教育，使其真正掌握水泵運行管理的相關操作。