通過5個工程實例，探討在供熱空調(diào)系統(tǒng)中利用變速風(fēng)機(jī)和變速泵代替調(diào)節(jié)用風(fēng)閥水閥實現(xiàn)風(fēng)和水系統(tǒng)的調(diào)節(jié)的可能性。分析表明，這樣做可以節(jié)省運行能耗，同時改善系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)，系統(tǒng)的初投資一般也不會增加。
　　水泵和風(fēng)機(jī)能耗約占供熱空調(diào)系統(tǒng)總能耗的40？這些能耗中的1/3左右被各種調(diào)節(jié)閥門所消耗，但這樣大的代價并沒有換來好的調(diào)節(jié)效果，反而導(dǎo)致系統(tǒng)中許多問題發(fā)生。采用變速風(fēng)機(jī)和變速泵充當(dāng)調(diào)節(jié)手段，可節(jié)省這部分能耗，并可解決許多調(diào)節(jié)中的困難。

　　關(guān)鍵詞：變頻調(diào)節(jié) 水系統(tǒng) 風(fēng)系統(tǒng) 變速水泵 變速風(fēng)機(jī)

　　1、引言

　　在暖通空調(diào)工程中，使用大量的風(fēng)閥水閥對系統(tǒng)中的風(fēng)量水量進(jìn)行調(diào)整，使其滿足所要求的工況。它們的調(diào)節(jié)原理是增加系統(tǒng)的阻力，以消耗泵或風(fēng)機(jī)提供的多余的壓頭，達(dá)到減少流量的目的。因此這些調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)作用是以消耗風(fēng)機(jī)或水泵運行能耗為代價的。目前暖通空調(diào)工程中愈來愈多地使用自動控制系統(tǒng)。為實現(xiàn)自控，許多風(fēng)閥水閥還要使用電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

　　目前質(zhì)量好的電動水閥價格為幾千甚至上萬元。電動風(fēng)閥亦需要幾千元。電動風(fēng)閥水閥的費用常常占到自控系統(tǒng)總費用的40％以上。能否改變系統(tǒng)的構(gòu)成方式，減少使用這些既耗能、又昂貴的閥門，用其它方式實現(xiàn)對流量的調(diào)節(jié)？風(fēng)機(jī)水泵與風(fēng)閥水閥是一一對應(yīng)的兩類調(diào)節(jié)流量的設(shè)備。

　　風(fēng)機(jī)水泵為流體提供動力，而風(fēng)閥水閥則消耗流體多余的動力。因此，若用風(fēng)機(jī)水泵代替風(fēng)閥水閥，不是在能量多余處加裝閥門，而是在能量不足處增裝水泵或風(fēng)機(jī)，通過調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)水泵的轉(zhuǎn)速，同樣可以實現(xiàn)對系統(tǒng)的流量調(diào)節(jié)。

　　此時由于減少了調(diào)節(jié)閥，也就減少了閥門所消耗的能量，因此會減小運行能耗。同時，目前可變轉(zhuǎn)速的風(fēng)機(jī)、水泵價格與相同流量的電動風(fēng)閥、水閥價格接近，甚至更低，因此初投資也不會提高。從這一思路出發(fā)，本文先給出幾個用泵代閥的例子，然后進(jìn)一步討論這一方案對暖能空調(diào)工程的意義及要注意的問題，以期引起大家的討論。

　　2、實例分析

　　2.1 簡單系統(tǒng)的流量控制

　　一個簡單的控制循環(huán)流量的系統(tǒng)，泵P提供動力以實現(xiàn)水通過閥V、管道及用戶U間的循環(huán)。圖2給出當(dāng)閥全開、泵的轉(zhuǎn)速n=n0時系統(tǒng)的工作點。此時，流量為G0，水泵工作效率為η0，即效率最高點。要使流量減小一半，一種方式是將閥門關(guān)小，使管網(wǎng)等效阻力特性曲線向左偏移，此時泵的效率降低至η1，壓力升至p1。

　　由于壓力升高，效率降低，因此盡管流量減少至一半，泵耗僅減少20％～30％，此時除閥門以外的管網(wǎng)部分由于其阻力特性不變，因此僅消耗壓降p0/4,可以裝在屋頂?shù)娘L(fēng)機(jī)，剩余部分3(p0+(p1-p0))/4均消耗在閥門上，它消耗了此時泵耗的80％，這就是為什么說調(diào)節(jié)閥消耗了大部分水泵能耗的依據(jù)。此外，水泵工作點偏移造成的不穩(wěn)定、閥關(guān)小后大的節(jié)流和壓降引起的噪聲，都對系統(tǒng)有不良影響。(見下頁)
若保持不變，但將泵的轉(zhuǎn)速降至50％，圖2同時給出此時的工作狀況，這時管網(wǎng)的阻力特性曲線不變，泵的工作曲線下移，泵的工作效率仍將為η0，壓力p2為p0/4。這樣，減少流量后泵耗僅為原來的1/8，具有極顯著的節(jié)能效果。同時，由于泵的工作點及閥的位置均未變，因此系統(tǒng)工作穩(wěn)定，且不會有節(jié)流噪聲。
此簡單例子說明：

　　(1) 當(dāng)調(diào)節(jié)閥產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用時，將消耗其所在支路的大部分流體動力。并且由于改變了管網(wǎng)阻力特性，使管網(wǎng)中的動力機(jī)械工作點偏移，在多數(shù)情況下這將導(dǎo)致效率下降。

　　(2) 當(dāng)采用變速方式調(diào)節(jié)流量時，泵或風(fēng)機(jī)能耗可與流量變化的三次方成正比。并且由于系統(tǒng)阻力特性不變，泵或風(fēng)機(jī)的工作點不變，因此效率不變，泵、風(fēng)機(jī)及系統(tǒng)均可穩(wěn)定地工作。

　　(3) 以調(diào)整泵或風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來調(diào)整流量應(yīng)該是流量調(diào)節(jié)的最好手段。

　　2.2 供熱水網(wǎng)

　　若系統(tǒng)設(shè)計合理，泵選擇適當(dāng)，則最遠(yuǎn)端用戶處的余壓恰好為它所需要的壓頭，閥V5全開，不多消耗能量。此時，若各用戶流量相等，彼此距離相等，主干管上比摩阻相同且忽略閥門全開時的阻力，對于n個用戶，閥門V1消耗的能量與用戶外管網(wǎng)所消耗的總能量的百分比EV1為：

　　 EV1＝(1/n)×((n-1)/n)

　　第k個閥門所消耗能量與用戶外管網(wǎng)總能耗的百分比EVk

　　EV1＝(1/n)×((n-1)/n)

　　前n-1個閥門共消耗的能量為：

 

　　當(dāng)熱用戶個數(shù)足夠多時，（n－1）／(2n)約等于50％，也就是消耗在外網(wǎng)的能耗約有一半被各支路的調(diào)節(jié)閥所消耗。一般用戶側(cè)真正需要的揚程僅為循環(huán)泵揚程的20％～30％，即外網(wǎng)消耗70％～80％。因此，總泵耗的35％～40％的能量被調(diào)節(jié)閥消耗掉。有時為安全起見，循環(huán)泵的揚程還要選大些，然后再通過圖3中的閥門V0將多余部分消耗掉。由此使一般供暖用熱水網(wǎng)中調(diào)節(jié)閥消耗一半以上的泵耗。

　　若改用圖5方式連接熱水管網(wǎng)，在各用戶處安裝用戶回水加壓泵，代替調(diào)節(jié)閥，減小主循環(huán)泵的揚程，使其只承擔(dān)熱源及一部分干管的壓降，用戶的壓降及另一部分干管壓降由各用戶內(nèi)的回水加壓泵提供，則其水壓圖見圖6。

　　此時無調(diào)節(jié)閥，因此也無調(diào)節(jié)閥損失的泵耗，用戶處各個回水加壓泵的揚程應(yīng)仔細(xì)選擇。若選擇過大，再用閥門降低同樣會消耗能量。但如果安裝變速泵則可以通過調(diào)整轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)各個用戶所要求的流量，因此不再靠調(diào)節(jié)閥消耗泵耗，這樣，盡管多裝了許多泵，但運行電耗將降低50％以上。(見下頁)
在這種情況下，若各用戶要求的流量變化頻繁，整個系統(tǒng)的總流量亦在較大范圍內(nèi)變化，總循環(huán)泵也可用變頻泵，并根據(jù)干管中部供回水壓差（見圖5、6中點A）來控制其轉(zhuǎn)速，使該點壓差維持為零，則系統(tǒng)具有非常好的調(diào)節(jié)性能與節(jié)能效果。分析表明，當(dāng)采用如圖3常規(guī)的管網(wǎng)方式時，若由于某種原因，一半用戶關(guān)閉，不需要供水時,水簾降溫生產(chǎn)廠家，未關(guān)的用戶水量會增加，最大的流量可增加50％以上，而同樣的管網(wǎng)采用圖5的方式，并且對主循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速進(jìn)行上述方式的控制，則同樣情況下未關(guān)閉的用戶的水量增加最大的不超8％，系統(tǒng)的水力穩(wěn)定性大為改善。

　　此方面的進(jìn)一步詳細(xì)分析見文獻(xiàn)[1]，這一方案準(zhǔn)備在已開始施工的杭州熱電廠冷熱聯(lián)供熱網(wǎng)中使用，各用戶為吸收式制冷機(jī)、生活熱水用換熱器，冬季則為建筑供暖及生活熱水。分析表明，對于這種負(fù)荷大范圍變化的系統(tǒng)，采用這種方式，比常規(guī)方式節(jié)省泵的電耗62％，并改善了系統(tǒng)的水力穩(wěn)定性。同時還使整個系統(tǒng)壓力變化范圍減小，從而可降低管網(wǎng)承壓要求，處長管網(wǎng)壽命。在各用戶處安裝調(diào)速泵所增加的費用基本上可以從各用戶省掉的電動調(diào)節(jié)閥及節(jié)省的用電增容費中補(bǔ)齊，因此總投資可以不增加甚至有所降低。

　　2.3 空調(diào)水系統(tǒng)

　　為減少水泵電耗，便于系統(tǒng)調(diào)節(jié)，許多系統(tǒng)采用兩級泵方式，如圖7。泵組P1可根據(jù)要求的制冷機(jī)的運行臺數(shù)而啟停，其揚程僅克服蒸發(fā)器阻力及冷凍站內(nèi)部分管路的壓降，泵組P2則克服干管及冷水用戶的壓降。為了節(jié)能，P2有時還采用變速泵，根據(jù)用戶要求的流量調(diào)節(jié)泵的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)規(guī)則是維持最遠(yuǎn)端用戶處的供回水壓差為額定的資用壓頭。文獻(xiàn)[2]中指出，P2采用變速泵后，其能耗并非如廠商所宣傳的那樣“與流量的三次方成正比”。

　　假設(shè)冷水用戶所要求的最大壓降與干管最大流量下的壓降各占50％，例如均為5m，則泵組P2的轉(zhuǎn)速就要按照使最末端壓差恒定為5m來控制。假設(shè)各用戶要求的流量均為最大流量的50％，則各用戶本身的調(diào)節(jié)閥都紛紛關(guān)小，此時末端壓差仍為5m，干管流量降低一斗，故壓降變?yōu)?.25m，泵組P2所要求的壓降從原來的10m降至6.25m，流量雖降至一半，但泵的工作點左偏，效率降低，因此泵耗約為最大流量時的45％左右，而并非按照三次方規(guī)律所預(yù)測的12.5％。造成這種現(xiàn)象是由于現(xiàn)象是由于各用戶調(diào)節(jié)閥關(guān)小，消耗了多余的這部分能量。

　　此外，如果干管壓降占P2揚程的一半，則如同上一例所分析，由于各用戶遠(yuǎn)近不同，這部分泵耗的一半也被各用戶的調(diào)節(jié)閥所消耗。并且空調(diào)系統(tǒng)為了改善其調(diào)節(jié)性能，還希望調(diào)節(jié)閥兩側(cè)壓差占所在支路資用壓頭的一半以上。這樣，平均估計，即使采用變速泵，泵組P2的能量中也有60％以上被各個調(diào)節(jié)閥消耗掉。

　　 再分析這種系統(tǒng)的穩(wěn)定性。當(dāng)由于某種原因，一些用戶關(guān)閉，一些用戶調(diào)小，總流量降低50％時，干管壓降減少，泵的轉(zhuǎn)速未變化的用戶的流量最大增加幅度約為10％～20％，與泵的性能曲線形狀有關(guān)。這時只要將轉(zhuǎn)速相應(yīng)地減少，即可維持原流量。采用這種方式，用各個小變頻泵代替一組大變頻泵，由于總功率降低20％～30％，因此價格不會增加。采用新方案后，還省掉各個空調(diào)機(jī)的電動調(diào)節(jié)閥，因此初投資將降低

 

一提到機(jī)械制造，人們不由自主地想起現(xiàn)代工業(yè)電氣化、自動化的生產(chǎn)及對勞動效率的追求。而生 產(chǎn)的高度集中化，專業(yè)化，協(xié)作化，使現(xiàn)代工業(yè)和工藝區(qū)別開來。工藝是將材料或半成品增值加工成產(chǎn)品的過程，而這個過程中產(chǎn)品的不確定性和不唯一性，使產(chǎn)品 具備藝術(shù)創(chuàng)造的特點，這種生產(chǎn)與流水線生產(chǎn)比較起來，無疑更像是“做工的藝術(shù)”。

任何一種制造都有工藝的成分在其中，融合了人力、物力乃至國外引進(jìn)的先進(jìn)工藝。風(fēng)機(jī)葉輪的制造也毫不例外，這種廣泛應(yīng)用于養(yǎng)豬通風(fēng)設(shè)備的配套部件，雖不引人注目，卻是不可或缺的幕后英雄。

在 設(shè)計制造過程中，風(fēng)機(jī)公司主要面對兩個問題，如何使產(chǎn)品節(jié)能環(huán)保，如何使產(chǎn)品有更廣泛的適用范圍？這是風(fēng)機(jī)葉輪生產(chǎn)中，要求其產(chǎn)品工藝確定性的一個方 面。為達(dá)要求，風(fēng)機(jī)公司要引進(jìn)國外的先進(jìn)工藝，并且以技術(shù)和專業(yè)人員做后盾，以高端的工藝水平完成對風(fēng)機(jī)葉輪的設(shè)計、制造。

由 于工藝的提高，這種區(qū)別于現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品，首先在外觀上擁有精美的品質(zhì)，像不銹鋼風(fēng)機(jī)葉輪，多翼的風(fēng)輪，銀灰的外表，模具沖壓的機(jī)殼，使產(chǎn)品在外觀、 平穩(wěn)校正、性能上都有所保證。而其對風(fēng)道的優(yōu)化設(shè)計，鮮明地將產(chǎn)品的節(jié)能效果突顯出來,屋頂負(fù)壓風(fēng)機(jī)廠家。工藝的提高也促成風(fēng)機(jī)葉輪的強(qiáng)大適用性，無論是工業(yè)機(jī)械設(shè)備配 套，還是官道排煙風(fēng)機(jī)，都可由不同種類的產(chǎn)品，單吸風(fēng)機(jī)葉輪、電機(jī)葉輪或離心風(fēng)機(jī)葉輪等一一滿足。

現(xiàn)代工業(yè)社會來臨，同樣不能排除工藝水平的進(jìn)步，可以說使風(fēng)機(jī)葉輪制造，也成為一種做工的藝術(shù)。

本文鏈接: 風(fēng)機(jī)葉輪制造其實是一種工藝
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