第七組管網(wǎng)大作業(yè)論文.docx

辦公樓空調(diào)系統(tǒng)水泵選擇與節(jié)能分析 大連理工大學(xué)流體輸配管網(wǎng)課程論文辦公樓空調(diào)系統(tǒng)水泵選擇與節(jié)能分析THE CHOICES OF WATER PUMP AND ENERGY-SAVING ANALYSIS OF THE OFFICE BUILDING AIR-CONDITIONING SYSTEM學(xué) 院（系）： 建設(shè)工程學(xué)部 專 業(yè): 建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程學(xué)生姓名 ： 潘強(qiáng)廣 馬華培 萬昌正 郭智 學(xué) 號： 201256008 201256043 201256025 201256020指 導(dǎo) 教 師： 端木琳 李祥立 繩現(xiàn)杰完 成 日 期： 2014.12.6 大連理工大學(xué)Dalian University of Technology摘 要本文主要研究辦公樓空調(diào)系統(tǒng)水泵的選擇與節(jié)能分析，通過已知辦公樓冷負(fù)荷流量需求及系統(tǒng)阻力損失，選擇合適的水泵。在合理揚(yáng)程和流量的情況下,計算不同臺數(shù)水泵并聯(lián)的能耗情況。并簡單分析不同負(fù)荷變化條件下，并聯(lián)水泵在系統(tǒng)運(yùn)行中的工作情況，最終確定出節(jié)能方案。通過計算單臺泵、雙臺泵及三臺泵在全年供冷運(yùn)行中耗電量，然后對多臺泵并聯(lián)情況在較低負(fù)荷需求下進(jìn)行控制，以實現(xiàn)節(jié)能最優(yōu)化。關(guān)鍵詞：水泵并聯(lián)；管網(wǎng)特性曲線；水泵特性曲線；節(jié)能分析 THE CHOICES OF WATER PUMP AND ENERGY-SAVING ANALYSIS OF THE OFFICE BUILDING AIR-CONDITIONING SYSTEMAbstractThis report focuses on building selection and analysis of energy saving of air conditioning system pumps, from a known flow requirements and system of office building cooling load resistance loss, choosing the right pump. In case of reasonable head and flow, calculating the energy consumption of different number of pumps connected in parallel. Performing a simple analysis under different load conditions, parallel performance of the pumps in operation of the system and eventually establish energy-saving program. By calculating a single pump, double-pump and three pumps in cooling operation power consumption throughout the year, and multiple parallel pumps at low load demand under control to achieve energy-saving optimization.Key Words： parallel pump; pipe network curve; pump characteristic curve; energy-saving analysis目錄摘 要2Abstract31.工程背景52.水泵的選擇62.1流量的校核62.2水泵及管網(wǎng)參數(shù)的確定63.能耗計算83.1 單臺泵83.2 雙臺泵并聯(lián)103.3 三臺泵并聯(lián)113.4 修正13結(jié)論14建議與展望15參考文獻(xiàn)16致謝171.工程背景近年來，隨著集中供熱、集中空調(diào)在工業(yè)和民用建筑中的普及，其能耗在社會總能耗中所占的比例也在不斷上升。而水泵的耗電量在空調(diào)系統(tǒng)耗電量中又占有相當(dāng)?shù)谋戎兀虼怂玫暮侠磉x擇和匹配是降低其能耗、保證系統(tǒng)正常運(yùn)行的關(guān)鍵1。本文將針對大連理工大學(xué)某辦公樓空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行水泵的設(shè)計，已知該辦公樓空調(diào)系統(tǒng)供冷量為769kW，冷凍水循環(huán)流量164m3/h,系統(tǒng)阻力損失20mH2O，水泵功率36kW。負(fù)荷變化范圍90%以上13%，80-90%13%，70-80%32%，60-70%15%，50-60%16%，50%以下11%，總供冷天數(shù)122天。 2.水泵的選擇空調(diào)系統(tǒng)中的水泵總是與特定的管路相連，其工作狀態(tài)點(diǎn)有水泵的性能曲線與管路的特性曲線共同決定2。根據(jù)已知冷凍水循環(huán)流量Q=164m3/h,系統(tǒng)阻力損失H=20mH2O ，由空調(diào)系統(tǒng)冷凍水循環(huán)為閉式循環(huán)，即水泵揚(yáng)程選擇大于系統(tǒng)的阻力損失即可滿足系統(tǒng)正常運(yùn)行要求。2.1流量的校核根據(jù)制冷量W=769kW，按5溫差進(jìn)行校核，由qv=W/(51.163)=132.24m3/hQ=164 m3/hqv 故循環(huán)泵流量滿足要求2.2水泵及管網(wǎng)參數(shù)的確定選擇水泵的參數(shù)應(yīng)該按照工況要求的最大流量和最大揚(yáng)程再乘以附加安全系數(shù)的數(shù)值作為依據(jù)。附加值取10%，即Q=1.1164m3/h=180.4m3/hH=1.120mH2O=22 mH2O管網(wǎng)特性曲線方程H=SQ2=20/1642Q2=7.43610-4Q2mH2O （圖 1）根據(jù)管網(wǎng)所需水泵參數(shù)，查閱泵產(chǎn)品樣本3 ，將此空調(diào)系統(tǒng)水泵配置分為單泵、雙泵以及三臺泵并聯(lián)三種方案來進(jìn)行能耗分析，在選擇多臺泵并聯(lián)的情況下，根據(jù)此空調(diào)系統(tǒng)全年供冷天數(shù)以及負(fù)荷變化（圖 2），通過人為地將部分水泵停止運(yùn)行來降低能耗，從而達(dá)到能耗量最小化的系統(tǒng)設(shè)計。 圖 1.管網(wǎng)特性曲線Fig 1. pipe network curve 圖 2.負(fù)荷變化天數(shù)Fig 2.load changes3.能耗計算3.1 單臺泵根據(jù)已知參數(shù)并參考水泵樣本，在只需一臺泵運(yùn)行的情況下，可以選擇IS150-125-250型泵（n=1450r/min），負(fù)荷分別按95%、85%、75%、65%、55%、50%，可得流量與相應(yīng)天數(shù)的值（表 1）表 1負(fù)荷變化天數(shù)/天Q平均（m3/h）90%-100%15.86155.880%-90%15.86139.470%-80%39.04123.060%-70%18.30106.650%-60%19.5290.2050%13.4282.00查閱IS150-125-250型泵性能曲線(圖 3), 結(jié)合管網(wǎng)特性計算可得對應(yīng)流量的功耗P（kW） 圖 3. IS150-125-250型泵性能曲線及管網(wǎng)特性曲線Fig 3. IS150-125-250 pump characteristic and pipe network curve表 2Table 2Q平均（m3/h）P(kW)時間t/hW(kW*h)155.80 11.50 380.64 4377.36 139.40 10.90 380.64 4148.98 123.00 10.00 936.96 9369.60 106.60 9.60 439.20 4216.32 90.209.00 468.48 4216.32 82.00 8.40 322.08 2705.55 在不同負(fù)荷變化情況下，選用IS150-125-250型泵性能曲線全年供冷總耗電量可由表 2中各個負(fù)荷范圍的耗電量相加而得，即W1=29034.13 kW*h。3.2 雙臺泵并聯(lián)根據(jù)負(fù)荷分別按100%、90%、80%、70%、60%、50%可知兩臺泵并聯(lián)的每臺泵的流量以及相應(yīng)運(yùn)行時間（表 3）選擇IS100-80-125型水泵并繪制雙泵并聯(lián)性能曲線與已知管網(wǎng)性能曲線的關(guān)系（圖 4）表 3Table 3負(fù)荷變化時間t/hQ平均/2（m3/h）P(kW)W(kW*h)90%-100%380.64 82.00 6.50 2474.16 80%-90%380.64 73.80 6.10 2321.90 70%-80%936.96 65.60 5.80 5434.37 60%-70%439.20 57.40 5.60 2459.52 50%-60%468.48 49.20 5.40 2529.79 50%322.08 41.00 5.10 1642.61 圖 4. IS100-80-125型泵性能曲線及管網(wǎng)特性曲線Fig 4. IS100-80-125 pump characteristic and pipe network curveW2=33724.7kW*h3.3 三臺泵并聯(lián)根據(jù)負(fù)荷分別按100%、90%、80%、70%、60%、50%可知三臺泵并聯(lián)的每臺泵的流量以及相應(yīng)運(yùn)行時間（表 4）選擇IS125-100-250型水泵并繪制三泵并聯(lián)性能曲線與已知管網(wǎng)性能曲線的關(guān)系（圖 6）表 4Table 4負(fù)荷變化時間t/hQ平均/3（m3/h）P(kW)W(kW*h)90%-100%380.64 54.70 5.40 2055.46 80%-90%380.64 49.20 5.20 1979.33 70%-80%936.96 43.70 5.00 4684.80 60%-70%439.20 38.30 4.70 2064.24 50%-60%468.48 32.80 4.50 2108.16 50%322.08 27.30 4.20 1352.74 由管網(wǎng)已知條件，選定IS125-100-250型水泵（圖 5）圖 5. IS125-100-250型水泵性能曲線Fig 5. IS125-100-250 pump characteristic curve當(dāng)三臺IS125-100-250型水泵并聯(lián)在管路中時，水泵揚(yáng)程不變，流量Q=3Q0圖 6.三臺并聯(lián)情況下的 IS125-100-250型泵性能曲線及管網(wǎng)特性曲線Fig 6. IS125-100-250 pump characteristic and pipe network curve under three pumps parallel同理，W3=42734.19 kW*h綜上，分別對此管網(wǎng)空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行單泵、雙泵及三泵設(shè)計，經(jīng)過計算可知W1W2W3。3.4 修正在雙泵并聯(lián)的時候，負(fù)荷小于50%所需的流量為82m3/h。由IS100-80-125型水泵參數(shù)Q=100m3/h ，H=20mH2O可知此時一臺水泵即可滿足制冷需求。Q(m3/h) P(kw) t(h) W(kw*h)82 6.5 322.08 2093.52故W（122天）=32533.00kw*h在三泵并聯(lián)的時候，負(fù)荷小于70%由于流量114.8m3/h。由IS125-100-250型水泵參數(shù)Q=60m3/h, H=21.5mH2O 可知此時兩臺水泵即可滿足制冷需求負(fù)荷變化 Q(m3/h)=Q/2 P(kw) t(h) W(kw*h)60%70% 57.4 5.5 439.2 2415.650%60% 49.2 5.2 468.48 2436.1050% 41 4.9 322.08 1578.19故W（122天）=39018.55kw*h分析可知，在滿足需求的前提下，從數(shù)據(jù)上有：單泵耗能（29034.13kw*h）雙泵并聯(lián)能耗（32533.00kw*h）三泵并聯(lián)能耗（39018.55kw*h）。結(jié)論1. 在滿足空調(diào)系統(tǒng)流量、揚(yáng)程要求的前提下，單臺泵所消耗的電能最少。2. 并聯(lián)運(yùn)行時單臺水泵的流量小于只開一臺泵運(yùn)行時的流量。3. 隨著并聯(lián)臺數(shù)的增加，系統(tǒng)所消耗的電能增加，水泵效率降低。4. 本次研究所選擇的水泵的性能曲線都較為平緩，當(dāng)揚(yáng)程發(fā)生較小變化時，流量變化值較大。此時當(dāng)多臺水泵并聯(lián)工作時，如果關(guān)掉一臺或兩臺水泵時，可能會導(dǎo)致其余水泵過載，損壞水泵。建議與展望雖然一臺水泵所消耗的電能最少，但是在實際運(yùn)用中，一臺水泵缺乏可調(diào)性以及沒有應(yīng)變突發(fā)故障的能力。在整個運(yùn)行過程中，一臺泵系統(tǒng)雖然可以通過變頻來調(diào)節(jié)，但其只適用于體量較小的建筑。在大型辦公樓或者是商場中，往往需要更具不同季節(jié)以及功能分區(qū)來分配流量，此時就需要多臺水泵來進(jìn)行控制。一方面，多臺水泵可以更具需求進(jìn)行調(diào)節(jié)；另一方面，多臺水泵系統(tǒng)如果某一部分發(fā)生故障，在維修期間故障區(qū)域可以通過其他支路進(jìn)行補(bǔ)給。單純的并聯(lián)水泵設(shè)計僅僅是理論上對理想化管網(wǎng)的分