[科普中國]-流體輸送能耗

簡介

在集中處理空氣后，將滿足參數(shù)要求的空氣從空調(diào)機(jī)組送至空調(diào)房間，再將全部或部分空氣從空調(diào)房間輸送回空調(diào)機(jī)組進(jìn)行再處理和再使用，期間流體輸送過程必然要消耗能源。另外，冬季集中制備的熱量（熱水或蒸汽）和夏季集中制備的冷量（冷凍水）以及在制備冷凍水時冷水機(jī)組所需的冷卻水系統(tǒng)，都將產(chǎn)生流體的輸送能耗。理論上，流體流動產(chǎn)生的阻力與流量是二次方關(guān)系，流體的輸送功率與流量是三次方關(guān)系。1

主要輸送能耗水泵輸送能耗在空調(diào)系統(tǒng)或供熱系統(tǒng)中，涉及的水泵能耗包括：空調(diào)冷凍水輸配系統(tǒng)、冷水機(jī)組的冷卻水輸配系統(tǒng)和供熱系統(tǒng)熱水輸配系統(tǒng)。1

空調(diào)冷凍水輸配系統(tǒng)包括：冷水機(jī)組、水泵、空調(diào)末端設(shè)備、閥門、水過濾器、管網(wǎng)等。通常，將設(shè)備、管件、彎頭等產(chǎn)生的流動阻力視為局部阻力，將管路系統(tǒng)產(chǎn)生的阻力視為沿程阻力。在實際計算中，局部阻力占總阻力的50%左右。1

管路的遠(yuǎn)近、管材表面粗糙度、管網(wǎng)系統(tǒng)的維護(hù)都是影響管網(wǎng)系統(tǒng)總阻力的因素。在日常運行管理中，對產(chǎn)生阻力的部件不進(jìn)行及時的清洗，造成管網(wǎng)因水垢和污染物阻塞等將增加管網(wǎng)系統(tǒng)的總阻力，進(jìn)而增加流體的輸送能耗；沒有根據(jù)空調(diào)負(fù)荷的變化適時調(diào)整流量，造成流量過大或不能及時減小流量，是造成流體輸送能耗不能實現(xiàn)節(jié)約的主要因素。1

供熱系統(tǒng)中的流體系統(tǒng)包括：鍋爐房、水泵、換熱器（站）、閥門、水過濾器和管網(wǎng)等。對于高溫水系統(tǒng)，水中的鈣鎂離子存在會導(dǎo)致管壁結(jié)水垢，因此，水處理設(shè)備運行的好壞、維護(hù)管理工作等直接影響管網(wǎng)系統(tǒng)的表面粗糙度和阻力大小。根據(jù)負(fù)荷的變化調(diào)整水流量的大小，可以直接影響流體輸送能耗。特別是近年來開展的計量供熱運行模式，人對散流器的調(diào)節(jié)行為，直接影響到對流量的需要變化，而水泵流量調(diào)節(jié)的反應(yīng)時間和調(diào)節(jié)的精度，直接關(guān)系到供熱水系統(tǒng)的流體輸送能耗。1

風(fēng)機(jī)的輸送能耗建筑的空調(diào)與通風(fēng)系統(tǒng)，包括風(fēng)機(jī)、含風(fēng)機(jī)的空氣處理機(jī)組，閥門，送、回風(fēng)風(fēng)口和風(fēng)道系統(tǒng)。與水系統(tǒng)一樣，空調(diào)與通風(fēng)管網(wǎng)的阻包括局部阻力和沿程阻力。風(fēng)道系統(tǒng)中的某些局部構(gòu)件的形狀，如彎頭、三通等的形狀，與局部阻力系數(shù)有很大的相關(guān)關(guān)系。如果彎頭、三通等的形狀接近流線型，其產(chǎn)生的阻力相對較小；如果采用直角型或其他與流線不相吻合的角度，在較高的空氣流速條件下，會產(chǎn)生很大的阻力，有時阻力高達(dá)數(shù)百帕。因此，從建筑空調(diào)與通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計開始，就應(yīng)該特別關(guān)注局部阻力構(gòu)件對產(chǎn)生阻力的影響。1

風(fēng)道系統(tǒng)的積灰，不僅影響房間的空氣環(huán)境，而且會造成風(fēng)道表面粗糙度增加，進(jìn)而導(dǎo)致沿程阻力增加?？諝馓幚頇C(jī)組內(nèi)的表冷器、加熱器和空氣過濾器的積塵，是造成這些局部構(gòu)件阻力增加的主要原因，及時對這些局部構(gòu)件進(jìn)行清理和必要的維護(hù)，是防止這些局部構(gòu)件阻力增大的有效措施。1

流體管網(wǎng)系統(tǒng)水力不平衡造成的能耗在空調(diào)和供熱的管路系統(tǒng)中，根據(jù)所要輸送的流體流量，按照合理的流速選配管徑。流速的合理性指所產(chǎn)生的阻力合理、選配的管徑和由此確定的管材消耗量合理。所以，在管網(wǎng)系統(tǒng)的運行中，也應(yīng)該有合理的流體輸送能耗。管網(wǎng)系統(tǒng)一般由復(fù)雜的串聯(lián)管路和并聯(lián)管路組合而成，在管網(wǎng)系統(tǒng)施工結(jié)束后，有必要對管網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行水力平衡的調(diào)節(jié)。所謂水力平衡的調(diào)節(jié)，指按照負(fù)荷的需要確定流量，通過閥門調(diào)節(jié)對并聯(lián)管路的流量進(jìn)行分配。

在實際管網(wǎng)系統(tǒng)的運行中，往往忽略了水力平衡調(diào)節(jié)，或者水力平衡的調(diào)節(jié)工作不完善，由此造成水力失調(diào)。水力失調(diào)的后果是流體流量的分配不能滿足負(fù)荷要求，進(jìn)而使得空調(diào)房間或供熱房間的空氣熱工參數(shù)不能達(dá)到要求。實際工程中解決這一問題的較為普遍的做法是加大流量，以大流量的方式，掩蓋水力不平衡現(xiàn)象。1

總結(jié)由前述分析可知，理論上，流體管網(wǎng)系統(tǒng)或風(fēng)機(jī)的能耗是流量的三次方關(guān)系，因此，流體管網(wǎng)系統(tǒng)水力不平衡所造成的能耗是巨大的，通過管網(wǎng)系統(tǒng)的水力平衡調(diào)節(jié)，降低管網(wǎng)系統(tǒng)能耗的潛力也是巨大的。1