[摘要] 水泵总是与流体的输送管道联合工作的，水泵的特性曲线与管网的特性曲线是一对矛盾
水泵总是与流体的输送管道联合工作的，水泵的特性曲线与管网的特性曲线是一对矛盾的两个方面，并有着紧密的关系，水泵的节能设计，就是对二者之间进行优化的过程。
空调水系统管网是一个庞大的闭式循环系统，而且并联环路非常多，管网的特性也往往会由于阀门的调节，产生不规则的变化，这一切都增大了水泵选型设计的复杂性。因此，空调水系统成为空调系统运行节能的重要部分。
一、空调循环水泵的选型
水泵的主要性能参数有流量、扬程和工作效率。水泵的选型，就是确保水泵性能满足空调设计的要求，并保持高效率工作。水泵的流量，一般是由冷热源设备容量和供回水温差所决定。水泵的扬程决定于水系统的阻力，因此要求空调水系统设计要进行准确的水力计算。
图1 是水泵选型扬程过大对能耗影响的分析，循环水泵选型工况点参数为：流量200m3/h，扬程32m，工作点的效率为70%，电动机功率30kW，管道特性系数
图1 扬程附加时水泵的特性曲线图
假设水泵扬程偏大20%，选型工作点扬程H2=38.4m，实际工作点扬程与流量为H3=38m,Q3=218m3/h，见图1。
正确设计水泵的轴功率N1=24.9kW。
扬程偏大水泵工作点轴功率N2=32.7kW。
可以看出，管道系统的阻力估算过大，意味着水泵是根据错误的特性曲线选型运行时，水泵工作点为点3，工作效率也将下降，水泵的轴功率增加了约24%。此外，由于目前水泵产品质量和可靠性不断提高，选择水泵时，水量和扬程的附加不宜过大。
以上说明了水泵的选型对水泵运行节能的必要性，正确选择水泵是水泵节能运行的基本要求。
二、供冷和供热循环水泵分别设置的必要性
冷热共用的两管制空调水系统，由于空调冷热负荷不同，供冷工况的供回水温差又远小于供热工况，因此，供冷循环水量要远大于供热循环水量，对热冬冷地区，供冷水量一般约为供热水量的3倍。供热时管网阻力比供冷工况时要小得多，因此，供冷、供热共用水泵将出现以下运行方式：
(1)供热时需要水泵利用阀门节流调节流量，见图2，管网特性曲线由Ⅰ改变至Ⅱ,节能损失大，能量浪费严重，明显是不合理的。
(2)将水泵变频调速改变流量作热水泵用。见图2，假设夏冬流量比为3：1，仍以上述水泵为水泵转速从1460r/min调至486.7 r/min，工作点从点1移至点3，供热工况时调速范围过大，尤其是并联水泵系统中，其中一台水泵运行时，水泵的工作效率比较低。
因此，供冷和供热共用的水系统，宜根据供冷、供热的不同工况分别选择水泵，保持水泵全程的良好运行。
三、不同机型冷水机组水泵设计
对于低负荷段运行时问较长的空调系统，往往选择大小不同机型冷水机组匹配的冷源方案，空调循环水泵的选型可能有以下两种方式
(1)两机型冷水机组流量不同，阻力相差较大时，宜胺一对一的配置方式。根据各环路的流量和阻力分别选择水泵。其特点是节能、运行相对稳定，但当要求设置备用水泵时，管道较复杂。
(2)两机型冷水机组流量不同，阻力相差不大时，为了管路简单，也可以按水泵集中并联布置方式。但是，冷水机组应设有效的流量平衡调节装置，节能效果稍差。
四、多台水泵并联系统变台数运行分析
空调水泵并联布置是常见的设计方法，水泵的流量和扬程是按设计工况选型，当部分水泵运行时，系统流量减小，管网阻力降低。原设计水泵扬程偏高，单台水泵流量增大。工作效率降低。图3表示2台水泵同时运行时，设计流量为Q2(2 Q1)，扬程为H1，当1台水泵运行时，扬程降至H3，流量Q3>Ql，工作效率下降。可以看出，并联水泵系统中，部分水泵工作时，水泵的工作状况较差，水泵的工作效率降低，电耗增大，能量浪费具有一定隐蔽性。
为了水泵的合理运行，提出以下两种运行模式。
(1)工程设计时，往往会出现并联水泵中单台机组运行时的供冷工况与供热工况十分接近，或部分负荷段接近，也就是说，供热水泵可作供冷使用，譬如将冷热水泵并联布置，供冷负荷减少到只需一台冷水机组运行时，充分利用热水泵的调节作用。利用热水泵工作，无疑是有利于水泵节能运行的。
(2)对于2台同时工作的冷水机组(水泵性能与其相对应)，当机组的冷负荷在50%~70%之间运行时，1台水泵运行其性能一般是可以满足使用要求的，虽然水泵的工作效率较低，但比2台水泵同时工作运行时节能。
五、空调水泵的变频调节
水泵节流调节不仅消耗能量，而且调节质量较差，是不可取的。目前，采用电源变频改变水泵转速来调节流量，这是一种比较节能的调节方式。根据水泵的相似定律，理论上，水泵的电耗与转速的三次幂成正比，而且水泵改变转速运行时，工作效率变化不大。
1、全部变频调节
图4是2台水泵同时变频调速运行的示意图，假设水泵转速从1460 r/min调至973.3 r/min，水泵联合工作的工作点从点1改变至点2，水泵仍能保持高效率运行。但是，当1台水泵运行时，仍从1460 r/min调至973.3 r/min，水泵的工作点从1ˊ改变至2ˊ，水泵的工作效率下降(见图4)，这是水泵的特性与管道特性不相适应而造成的。
2、部分变频调节
图5是2台水泵中，1台水泵变频调速并联运行的示意图。2台转速为1460 r/min的水泵并联运行的特性曲线为n1+n1，其中1台水泵变频调速，2台水泵并联的特性曲线为n1+n2。当转速降至973.3 r/min时，特性曲线为n1+n3，此时变频水泵的流量降至0。因此，可以得出以下两个结论：
(1)定频水泵单独运行时与管道特性曲线相交的工作点的扬程为变频水泵的最低扬程限制，此时水泵的流量为0。因此，水泵变频调速下限受到一定限制。
(2)变频水泵随着转速的降低，流量随之减小，即图5中Q4-Q5-Q6。表示的工作点变化轨迹。同时工作效率也不断降低，而定频水泵也随着变频水泵转速的降低流量相应增大，如图5中Q4-Q5所示，工作效率也随之降低。
六、水泵变频调速的控制方式
水泵变频调速的控制是保证水泵合理运行，实现节能的重要措施。水泵变频调速的控制方式主要两种，一种是压差控制方式，另一种是温差控制方式。
1、压差控制方式
压差控制方式存在以下缺点：
(1)最不利环路难以确定，在多台水泵并联系统中，改变运行台数及循环水量大幅度改变时，水系统压力分布发生相应变化。当供冷工况和供热工况相互转换时，最不利环路需重新确定，重新设定压差。控制布线一般比较长。
(2)因为控制的是最不利环路c的压差△P，而a,b环为有利环路(见图7)，资用压力大于设计压△Pa，△Pb运行时，流量增大，温差减小，因此，供回水温差减小，要求增加循环水量。
另外，对电动控制阀加三挡风量控制的风机盘管，当风量降挡运行调节冷量时，而电动两通阀不一定相应动作，供水量基本不变，也会造成供回水温差减小。
(3)最不利环路本身阀门调节或开、闭时压差的变化将控制水泵的运行，但不一定是代表系统的需要。
2、温差控制方式
温差控制方式，是控制水系统供回水总管之间的温度差，保持系统的流量与制冷量成比例变化，理论上，温差控制方式属热量平衡控制原理，与风机盘管的电动两通阀加风量调节没有直线关系，水量的调节比较合理，节能效果也比较显着。目前，在改造工程中应用较多。
温差控制方式存在以下缺点：
(1)温差控制室控制水系统的平均温差，由于空调房间负荷特点不同，在变负荷运行时，末端装置的供回水温差并非都等于控制温差，可能有些末端装置处于大温差运行，如果要保证最不利环路(指温差)的空调效果，需要减小温差设定值，也要求增加循环水量。
(2)水泵变速范围应设置最低转速限制，保证冷水机组安全运行。
(3)温差控制范围较小，要求保证控制精度。
3、控制方式的选择
水泵变频调速的控制方式一般应根据下列因素进行选择：
(1)水泵控制与系统整体控制方式的相互关系;
(2)控制方式的可实施程度(如布线、控制地点及参数的选择)，运行管理的操作难易;
(3)节能效果的预测。
七、结语
正确选择水泵和合理的调节方式，只是空调循环水泵节能的基本要求，水泵的优化组合设计及优化运行，对水泵的节能运行尤为重要。一台效率高的水泵，在不合理的条件下运行，往往工作效率很低，严重的浪费能量。因此，水泵的设计应充分考虑设计工况和运行工况的全过程。
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