详解中央空调系统水泵设计选型

中央空调系统水泵设计选型

      在解答水泵扬程计算之前，我们先来彻底了解一下水泵扬程是什么意思？

水泵和扬程都属于外来词，泵这个字是到了晚清才发明出来。扬程这个词也是外来组合词了。水泵扬程的本义是指：泵的输出压力，指单位重量流体经泵所获得的能量。泵的扬程大小取决于泵的结构(如叶轮直径的大小，叶片的弯曲情况等、转速）。这个看起来稍微专业一点儿，不理解没大关系，我们直接说在实际工程预算中，这个水泵扬程是什么意思。

    在实际工程预算中，水泵扬程≈从水泵出口到目的地的垂直距离。

      简单说明一下上图:要将水池中的水输送到三楼楼顶，A标识为水泵，数字123代表所在楼层，结合本图，水泵扬程可以简单理解为点B到点C的距离，单位通常是米，这个就是水泵扬程。妈妈再也不用担心你学不会水泵扬程了。so easy,就这么简单!

1个弯头≈0.5米水泵扬程的损耗

10米水平距离≈1米水泵扬程的损耗

       还是以上图为例，假设A~B有距离为10米，B~C的距离为20米，C~D的距离为10米，那么按图1中水泵的安装位置，需要的水泵扬程为

1+0.5+20+0.5+1=23米【10米水平距AB+B点弯头损耗+BC垂直距离+C点弯头损耗+CD10米的水平距离】

       如果你彻底明白了上边的水泵扬程计算公式，恭喜你，你小学毕业了。

如果你学会了上边的水泵扬程计算，你已经战胜了中国80%的公民。你只用告诉水泵厂家你的实际水泵扬程就不会出错了。如果自己按照厂家水泵选型手册自己去选，可能还会出错。这个错误不是你错误的理解了水泵扬程计算方法。而是不同和水泵厂家，有不同的水泵参数规格表。

     你可能出错的原因是，在某些领域，比如耐腐蚀泵行业：水泵扬程≠全扬程。全扬程的概念是：水泵最大的扬程，就是再高1厘米就不出水的垂直距离。水泵全扬程与水泵全流量是成反比的。这一点儿在水泵选型前不清楚的，务必和厂家技术人员确认。

       水泵扬程都要克服液面的提升的高差、克服系统中管道和设备的阻力，而与系统的高度无关。液面的高差，在空调闭式循环系统里面，为 0；在我们的常见冷却水系统里面，高差就存在于冷却塔内部；在供水系统里面，就供水液面与出水液面高差。

       闭式系统为啥不用考虑液面高差，

1、里面没有 2 个液面，没有高差；2、如果你把液面高差认为是系统高度，那就大错特错了。回到中学物理去想想连通器吧；回到流体静力学去想想 U 形管液面有高差时压力差如何计算的？

从水力的角度来看所谓的闭式或开式系统，主要不是指系统是否和大气环境相通。而是指输送过程中，水力供回过程中的压力传递是否连贯，受否受到外界大气压力影响。

       从上文大家知道，水泵的实际工作扬程是泵出压力减去吸入压力。

在冷冻水系统，尽管有开式膨胀水箱和大气相通，但是当水泵把水输送至系统最高点以后，水通过重力和之前的供水压力综合作用回到水泵的吸口（和膨胀水箱液面上的大气压力以及水箱高度无关）。从供水到回水之间水力输送是连贯的（水压是连续的）。期间并没有两个不同高度的液面存在，也就谈不上有‘水的提升高度’。水泵的扬程都是消耗在克服系统阻力上了。换句话说，膨胀水箱仅仅起到定压作用，理论上无论膨胀水箱如何安装，安装高度多少，都不对水泵的工作扬程产生影响。

（作者：北国仕）

A.水泵选型索引

   所谓水泵的选取计算其实就是估算（很多计算公式本身就是估算的），估算分的细致些考虑的内容全面些就是精确的计算。

　　特别补充一句：当设计流量在设备的额定流量附近时，上面所提到的阻力可以套用，更多的是往往都大过设备的额定流量很多。同样，水管的水流速建议计算后，查表取阻力值。

　　关于水泵扬程过大问题。设计选取的水泵扬程过大，将使得富裕的扬程换取流量的增加，流量增加才使得水泵噪音加大。特别的，流量增加还使得水泵电机负荷加大，电流加大，发热加大，“换过无数次轴承”还是小事，有很大可能还要烧电机的。

　　另外“水泵出口压力只有0.22兆帕”能说明什么呢？水泵进出口压差才是问题的关键。例如将开式系统的水泵放在100米高的顶上，出口压力如果是0.22MPa，就这个系统将水泵放在地上向100米高的顶上送，出口压力就是0.32MPa了！

B. 水泵扬程简易估算法

暖通水泵的选择：通常选用比转数ns在130～150的离心式清水泵，水泵的流量应为冷水机组额定流量的1.1～1.2倍（单台取1.1，两台并联取1.2。按估算可大致取每100米管长的沿程损失为5mH2O，水泵扬程（mH2O）：

Hmax=△P1+△P2+0.05L (1+K)

△P1为冷水机组蒸发器的水压降。

△P2为该环中并联的各占空调未端装置的水压损失最大的一台的水压降。

L为该最不利环路的管长

K为最不利环路中局部阻力当量长度总和和与直管总长的比值，当最不利环路较长时K值取0.2～　0.3，最不利环路较短时K值取0.4～0.6

C.冷冻水泵扬程实用估算方法

这里所谈的是闭式空调冷水系统的阻力组成，因为这种系统是量常用的系统。

1.冷水机组阻力：由机组制造厂提供，一般为60~100kPa。

2.管路阻力：包括磨擦阻力、局部阻力，其中单位长度的磨擦阻力即比摩组取决于技术经济比较。若取值大则管径小，初投资省，但水泵运行能耗大；若取值小则反之。目前设计中冷水管路的比摩组宜控制在150~200Pa/m范围内，管径较大时，取值可小些。

3.空调未端装置阻力：末端装置的类型有风机盘管机组，组合式空调器等。它们的阻力是根据设计提出的空气进、出空调盘管的参数、冷量、水温差等由制造厂经过盘管配置计算后提供的，许多额定工况值在产品样本上能查到。此项阻力一般在20~50kPa范围内。

4.调节阀的阻力：空调房间总是要求控制室温的，通过在空调末端装置的水路上设置电动二通调节阀是实现室温控制的一种手段。二通阀的规格由阀门全开时的流通能力与允许压力降来选择的。如果此允许压力降取值大，则阀门的控制性能好；若取值小，则控制性能差。阀门全开时的压力降占该支路总压力降的百分数被称为阀权度。水系统设计时要求阀权度S>0.3，于是，二通调节阀的允许压力降一般不小于40kPa。

　　根据以上所述，可以粗略估计出一幢约100m高的高层建筑空调水系统的压力损失，也即循环水泵所需的扬程：

1.冷水机组阻力：取80 kPa（8m水柱）；

2.管路阻力：取冷冻机房内的除污器、集水器、分水器及管路等的阻力为50 kPa；取输配侧管路长度300m与比摩阻200 Pa/m，则磨擦阻力为300*200=60000 Pa=60 kPa；如考虑输配侧的局部阻力为磨擦阻力的50%，则局部阻力为60 kPa*0.5=30 kPa；系统管路的总阻力为50 kPa+60 kPa+30 kPa=140 kPa（14m水柱）；

3.空调末端装置阻力：组合式空调器的阻力一般比风机盘管阻力大，故取前者的阻力为45 kPa（4.5水柱）；

4.二通调节阀的阻力：取40 kPa（0.4水柱）。

5.于是，水系统的各部分阻力之和为：80 kPa+140kPa+45 kPa+40 kPa=305 kPa（30.5m水柱）

6.水泵扬程：取10%的安全系数，则扬程H=30.5m*1.1=33.55m。

　　根据以上估算结果，可以基本掌握类同规模建筑物的空调水系统的压力损失值范围，尤其应防止因未经过计算，过于保守，而将系统压力损失估计过大，水泵扬程选得过大，导致能量浪费。

D.水泵扬程设计

（1）冷、热水管路系统

　　开式水系统

H_p=h_f+h_d+h_m+h_s    （10-12）

　　闭式水系统

H_p=h_f+h_d+h_m       （10-13）

　　式中 h_f、h_d——水系统总的沿程阻力和局部阻力损失，Pa；

    　　 h_m——设备阻力损失，Pa；

    　　 h_s——开式水系统的静水压力，Pa。

h_d/ h_f值，小型住宅建筑在1~1.5之间；大型高层建筑在0.5~1之间；远距离输送管道（集中供冷）在0.2~0.6之间。设备阻力损失见表10-5。

（2）冷却水管路系统

1）冷却塔冷却水量

　　设备阻力损失　　

冷却塔冷却水量可以按下式计算：

   （10-14）

　　式中Q——冷却塔排走热量，kW；压缩式制冷机，取制冷机负荷1.3倍左右；吸收式制冷机，去制冷机负荷的2.5左右；

c——水的比热，kJ/（kg· ^oC），常温时c=4.1868 kJ/（kg·^oC）；

t_w1-t_w2——冷却塔的进出水温差，^oC；压缩式制冷机，取4~5 ^oC；吸收式制冷机，去6~9 ^oC。

2）水泵扬程

　　冷却水泵所需扬程

H_p=h_f+h_d+h_m+h_s+h_o

　　式中h_f，h_d——冷却水管路系统总的沿程阻力和局部阻力，mH₂O；

h_m——冷凝器阻力，mH₂O；

h_s——冷却塔中水的提升高度（从冷却盛水池到喷嘴的高差），mH₂O；

h_o——冷却塔喷嘴喷雾压力，mH₂O，约等于5 mH₂O。