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摘要：从多方面分析了空调水系统中循环泵压入式与抽吸式布置的优缺点，认为在实际工程设计中，空调循环泵不应该一味地采用压入式布置，而应该综合各方面的因素后再确定循环泵的设置位置。
关键词：水泵压入式；水泵抽吸式；水温升；工作压力；初投资
引言：在实际工程设计工作中，关于空调循环泵是采用压入式还是抽吸式，设计师们各持己见。对此，笔者从多个方面着手，综合分析两者的优缺点，并提出个人的观点。
1、两种水泵布置形式的主要区别
1.1 系统主要设备的工作压力不同
水泵的设置位置不同，系统主要设备（冷水机组、循环水泵）的工作压力也随之不同。下面结合图1对设备的工作压力进行分析。图1中（1）、（2）分别为水泵压入式和抽吸式布置形式。
图1 空调水系统简图
所谓的“压入式”或“抽吸式”，是行业从业人员按照冷水机组与循环水泵的相对位置不同而约定俗成的称呼，实际上专业教材以及国家规范并没有对此进行界定和定义。循环水泵设置在冷水机组两器（蒸发器和冷凝器）的进水管上时，称为水泵“压入式”；当设置在冷水机组的出水管上时，则称为水泵“抽吸式”。当膨胀水箱安装高度相同，且定压点均设置在吸水口附近，冷水循环泵DB1、DB2的工作压力基本相同，均为（H2+Hb）。H2为膨胀水箱液面至定压点的高差（m）。Hb为冷水循环泵的扬程（mH2O）。即在空调冷水系统中，不管是压入式布置还是抽吸式布置，水泵本身的工作压力基本相同。而在开式空调冷却水系统中，不同布置形式，水泵的工作压力是不一样的。冷却水循环泵QB1的工作压力为（H1+Hq-ΔH1），循环泵QB2的工作压力为（H3+Hq-ΔH2）。H1、H3均为开式冷却塔集水盘液面至水泵吸水口的高差（m）。Hq为冷却水循环泵的扬程（mH2O）。ΔH1、ΔH2为冷却塔出水口B点至水泵吸水口A点的管路阻力（mH2O）。由图1可得出，ΔH2>ΔH1，且其差值约等于ΔPn，ΔPn为冷凝器的水压降（mH2O）。当H1>ΔH2时，可使H3=H1，此时可得泵QB1与QB2的工作压力之差约等于ΔPn，也就是说冷却水系统中，两种不同布置形式下的水泵工作压力不相同，但相差很小。
对于冷水机组蒸发器来说，压入式布置时的工作压力为（H2+Hb-H1o），抽吸式布置时工作压力为（H2+Hb-H2o）。H1o、H2o均为水泵出水口至蒸发器入口的管路阻力（mH2O），从图1可看出H2o>H1o，且其差值约等于（Hb-ΔPz）。ΔPz为蒸发器的水压降（mH2O）。假设冷水循环泵的扬程为35（mH2O），蒸发器水压降为8（mH2O），那么这两种水泵布置形式下，蒸发器的工作压力大约相差0.27MPa。故不难得出，压入式和抽吸式布置时蒸发器的工作压力相差很大。冷凝器与蒸发器的情况相似，压入式布置时冷凝器的工作压力要比抽吸式布置时的大，其差值约为冷却水泵的扬程。
1.2 影响开式空调水系统的设备选址、安装
在空调水系统的设计过程中，不仅需要考虑循环水泵的汽蚀问题，还需要保证所有管道
内均为正压运行。现以最常见的开式空调冷却水系统为例，进行分析比较。为了防止汽蚀，水泵进水口的有效汽蚀余量必须大于水泵的汽蚀余量。水泵的汽蚀余量可以从相应的产品样本中查到。有效汽蚀余量则是通过实际的管道系统布置计算得出，结合图1中（1）和（2）来说，有效汽蚀余量的计算如下：
NPSHa=（Pa/ρg）+H1-ΔH1-（Pv/ρg） （1）
NPSHa=（Pa/ρg）+H3-ΔH2-（Pv/ρg） （2）
式中 Pa为冷却塔集水盘周围的大气压，Pa；ρ为冷却水的密度，㎏/m³；g为重力加速度，N/㎏；Pv为水泵吸入的冷却水在设计温度下对应汽化压强，Pa。
而为了保证管道内均为正压，则必须满足H1>ΔH1，H3>ΔH2，即冷却塔集水盘液面至水泵吸入口的高差必须能克服相对应管路的总阻力。结合公式（1）和（2）可以得出，在保证管道内部为正压的前提下，水泵入口就不可能发生汽蚀。上文已分析出ΔH2>ΔH1，可以推出H3>H1。也就是说，水泵为压入式布置对倒灌高度的要求要比抽出式布置时的低一些。反映到工程实际中，压入式布置更有利于冷却塔、水泵的选址和安装。当实际中冷却塔集水盘液面至水泵吸入口的高差大于ΔH1但小于ΔH2时，如果依然要把水泵设计成抽吸式，要么把冷却塔安装在更高的位置，要么通过调整水泵的安装位置等措施减小ΔH2的数值。
1.3 影响水系统的供水温度
从能量传递的角度讲，水泵运行时会由机械能转为热能，导致管道内的水温有微小的升高。水温升的计算公式如下式：
Δts=Hs/（ρsCsηs） （3）
式中 Hs为水泵全压，kPa；ρs为水的密度，㎏/m³；Cs为水的比热容，可取4.19kJ/（kg.℃）；ηs为水泵的效率。水温升也可由下表1查询得出：
表1
对于空调冷、热水系统，水泵压入式布置时，在主机出水温度相同的情况下，空调末端的供水温度会比抽吸式布置时的要低。也就是说，在供冷工况下，水泵压入式布置时，空调末端的全冷量会比抽吸式布置时要大，而在供热工况下则刚好相反。在系统设备均相同的情况，水泵的布置形式对空调末端供水温度有着直接的影响，从而间接地影响能量的有效利用率。以扬程为350kPa，水泵效率为0.7为例，当冷水机组供水温度为7℃时，忽略管道沿程与外界的能量损失，压入式布置时空调末端的供水温度为7℃，而抽吸式布置时则为7.119℃。对于表冷器而言，当水流量相同的情况下，且布置在同样的环境下，进水温度降低，空调末端的除湿能力明显增强，处理显热能力也有小幅度增强。
在空调冷却水系统中，在冷却塔冷却出水温度相同的情况下，水泵的布置形式直接影响冷凝器的供水温度，从而影响冷水机组的制冷输出能力。
1.4 影响空调系统的初投资
在大多数情况下，水泵布置成压入式或抽吸式对整个空调系统的初投资是没有影响的。只有在少数情况下，不同的水泵布置形式会导致冷水机组的承压等级要求不同，从而导致设备的价格差异。比如：建筑高度在70米左右时，冷水机组布置在地下室，膨胀水箱布置在屋面，此时采用压入式的话，冷水循环泵以及冷水机组的工作压力接近或者超过1.0MPa。如若采用抽吸式布置，那么冷水机组的工作压力小于1.0MPa。冷水机组的承压等级不同，价格是不一样的。目前来讲，不同承压等级的机组市场价格差异不大，相邻压力等级的机组价格相差1%～2%。相对于整个空调系统投资来说，占比较小。
2、结语
在工程设计中，我们应综合各方面的影响因素去考虑空调循环水泵的设置位置。比如，从能量利用的角度出发，空调冷水系统采用压入式布置会好一些，而空调热水系统采用抽吸式会好一些。从工作压力的角度出发，压入式布置时，冷水机组的工作压力会更大一些，从长远的角度看，换热器发上穿孔泄露的可能性就更大一些。两种水泵布置形式都有各自的优缺点，在设计过程中，需要广大设计者结合实际情况权衡总体的利弊，使得整体的设计更加合理。
参考文献：
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[4]中国电子工程设计院.空气调节设计手册[M].第三版.中国建筑工业出版社，2017.
论文作者:彭天辉
论文发表刊物:《基层建设》2018年第10期
论文发表时间:2018/5/31
标签：水泵论文; 工作压力论文; 抽吸论文; 系统论文; 空调论文; 蒸发器论文; 冷却水论文; 《基层建设》2018年第10期论文;