不同管路流体的节能功效分析

上述分析对于各种管路都是适用的。但对于不同的具体管路，又各有其特点。管路的类型很多，难以尽述。但就管路的功能和节能特点而言，大体上可以分成以下三类：

（1）供水管路 是向用户供水的水泵装置，这是应用得比较普遍的一种装置。

（2）取水管路 是从水源取水的装置，也称为一级泵站，主要用于水厂中。

（3）循环水管路 主要用于中央空调等设备中。

1.供水管路的类型和特点 供水管路类型也有很多，这里只根据静态扬程的大小，讨论两种比较典型的情形：

（1）车间供水 绝大多数工厂的车间都是低层建筑，如图12-20a所示。供水管路的特点是：静态扬程H_A1较小，其管阻特性如图12-20b中的曲线②所示，在额定转速时的扬程特性为曲线①，工作点在B点，流量为Q₁。由图可知，如通过降低转速把流量从Q₁减少至Q₂，则扬程特性降至曲线③，转速降至n₂，工作点移至C点。

由图可知，转速调节的范围较大，且流体功率中的空载功率较小，采用变频调速后的节能效果比较显著。

（2）高楼供水 这是许多民用建筑的特点，如图12-21a所示。供水管路的特点是：静态扬程H_A2较大，其管阻特性如图12-21b中的曲线②′所示，在额定转速时的工作点在B′点，流量为Q′₁。如通过降低转速把流量从Q′₁减少至Q′₂，则扬程特性降至曲线③′，转速降至n′₂，工作点移至C′点。

图12-20 车间供水的特点

a）车间供水示意图 b）特性分析

图12-21 高楼供水的特点

a）高楼供水示意图 b）特性分析

由图可知，与车间供水相比，转速调节的范围小得多，且流体功率中的空载功率较大，采用变频调速后的节能效果相对较差。

2.取水管路的特点 取水管路的主要特点见8.3.1节。由于净水池的容积有限，因此在夏季，因为进水流量太大，净水池很容易溢出。解决这个问题的对策，除了阀门控制法外，还有“开关控制法”。下面，分别就这两种方法和变频调速进行比较。

（1）阀门控制法 即通过减小阀门开度来减小流量。这时，如图12-22a所示。

假设水泵始终在额定转速下运行，扬程特性为曲线⑤。

冬季时的管阻特性为曲线①，工作点为B点，流量为Q₁，并认为该取水流量已经足够。

在夏季，阀门全开时的管阻特性为曲线④，水泵在额定转速时的工作点为C点，流量为Q₂，比实际需要的Q₁大得多。如通过关小阀门，使管阻特性变为曲线④′，工作点从C点移至B点，将流量减小为Q₁，流体功率P₁与面积0EBF成正比；

如通过变频调速将水泵转速降为n₂，扬程特性由全速时的曲线⑤变为曲线⑥。工作点从C点移至D点，流体功率P₁与面积0EDG成正比。

可见，通过变频来降低转速与减小阀门开度相比较，可节约的流体功率ΔP₁与面积GDBF成正比。(www.xing528.com)

图12-22 水源水位变化时的节能分析

a）关小阀门与变频调速 b）开关控制与变频调速

（2）开关控制法 即水泵始终处于全速运行状态，阀门也始终处于全开状态。而根据净水池的水位高低来起动或停止水泵。可以想象，在夏季，当流量Q₂很大时，水泵的起动和停止将是相当频繁的，不但耗电大，且水泵和管路的寿命也必然大受影响。

就流体功率而言，全速运行时（流量为Q₂）的流体功率P₂与面积0JCK成正比；而如果通过变频调速，把流量降至Q₁，则所需功率P₁与面积0EDG成正比。节省的流体功率ΔP₂与面积EJCKGD成正比，如图12-22b所示。

这里，有一个在进水容积相同的情况下，所需进水时间的问题。毫无疑问，流量减小后，进水所需的时间要长一些。但从图12-22b可以看出：

假设Q₁=0.6Q₂则在进水容积相同的情况下，所需进水时间增加为

式中 t₁———以流量Q₁满足净水池所需容积花费的时间（s）；

t₂———以流量Q₂满足相同容积花费的时间（s）。

图12-23 循环水管路的特点

a）冷冻水循环系统 b）冷却水循环系统 c）联通器

但两者的功率之比约为

P₂≈2.5P₁或P₁≈0.4P₂

则 P₁t₁≈0.67P₂t₂

可见，节约的能量仍是相当可观的。

3.循环水管路的特点 循环水管路的主要实例是中央空调系统的冷冻水循环系统和冷却水循环系统，如8.6.1节所述。

循环水管路犹如一个连通器（见图12-23），在静止状态下，水泵的进水管与出水管中的水平面是相同（冷冻水）或接近于相同（冷却水）的，从而所需要的实际扬程等于或接近于0。

由于水泵进水侧的水所具有的位能，足以和静态扬程相抵，所以管道系统的空载功率P_A所占的比例很小，故平均转速下降后的节能效果将十分显著。

此外，因为H_A=0（冷冻水）或H_A≈0（冷却水），故转速的调节范围将十分宽广，根据实践经验，最低工作频率甚至可达15Hz以下。