流體通過風機和水泵等動力輸送裝置溫升問題探討

2021-03-29 00:05:24趙雷昌

建筑熱能通風空調 2021年2期

趙雷昌

中國航空規劃設計研究總院有限公司

風機、水泵等流體輸送設備是通風空調系統中使用最為廣泛的動力裝置[1]。空氣、水等流體在輸送時，即使不考慮機殼傳熱導致的冷（熱）量傳遞下，經過輸送裝置時也會有一定溫升。在輸送熱空氣、熱水等熱媒時，經過輸送裝置的溫升是正效應，可以忽略不計。在輸送冷空氣、冷水等冷媒時，經過輸送裝置的流體溫升，尤其是為恒溫恒濕空調或者較高換氣次數的潔凈空調服務時，冷媒經過輸送設備的溫升就不可忽略，需要納入該區域冷負荷，在冷源配置時進行考慮。

1 經過通風機的溫升

風機輸送空氣時，風機機組的輸入功率為Pi，根據能量守恒定律，轉化能量共分為三部分。第一部分為有效功Pe，使得設計體積流量的空氣克服沿程阻力和局部阻力，送入設計房間或區域內。第二部分為風機的能量損失，主要分為機械損失、容積損失以及流動損失，能量轉化路徑為機械能轉化為熱能。最后一部分為電動機轉化損失，能量轉化路徑為機械能轉化為熱能。電動機與風機之間的傳動損失忽略不計，第一部分與第二部分能量之和為風機的軸功率Ps，軸功率與最后一部分之和為風機機組的輸入功率，即電機的輸入功率

根據上述，假定風機風量L，全壓H，得出輸送風機軸功率、配置電機的輸入功率如下：

式中：p—通風機全壓，P a；L—輸送流體的體積流量，m3/ h；ρ— 空氣的密度，常溫下輸送的空氣取1.2 kg/m3；c a— 空氣比熱容，一般可取1.01 kJ/(kg·℃)；η1－通風機的全壓效率；η2－電動機效率；η－電動機安裝位置修正系數，當電動機在氣流內時為η＝1.0，當電動機在氣流外時，η＝η2。

在不考慮機殼傳熱導致的冷（熱）量損耗下，假定轉化的熱能被經過的流體全部吸收轉化為溫升。風機電動機在氣流外時，被空氣吸收的熱量為：

如風機電動機在氣流內時，被空氣吸收的熱量具體為：

單位時間內流體吸收的熱量為：

引入電機位置修正系數η，單位時間經過風機的空氣溫升為：

根據以上分析，計算出不同風壓時，空氣通過風機的溫升值，見表1：

表1 空氣通過通風機的溫升值（℃）

2 通過水泵的溫升

水泵輸送流體時，假定流經水泵的質量流量為G，揚程為H，得出輸送流體時水泵的軸功率、電機的輸入功率如下：

式中：H—水泵揚程，m ；G—輸送流體的質量流量，（kg/h；c w— 水的比熱容，一般取 4.2×103k J/(kg·℃)；η1－水泵效率；η2－電動機效率；η－電動機安裝位置修正系數，當電動機發熱量不需流體冷卻時η＝η2，當電動機發熱量需輸送流體冷卻時為η＝1.0。

根據上節分析，可以得出，冷水經過水泵的溫升情況為：

根據以上分析，計算出不同揚程時，冷水通過水泵的溫升值，見表 2：

表2 冷水通過水泵的溫升值（℃）

3 流體通過輸送管網的溫升

以上為經過風機或水泵的流體溫升，雖然最終而言，風機或水泵電動機的輸入能耗都轉化為輸送流體的溫升，但這是分布在整個輸送管網上。而經過輸送設備的溫升和整個輸送管網的溫升應進行區分，空氣經過風機或水通過水泵的溫升只是整體溫升的一部分。以冷凍水輸送而言，冷水泵電動機的輸入功率最終都轉化冷水的溫升，即“ 冷水泵的高電耗導致了管網的冷損失”[3]，需要冷水機組選型時作為附加因素考慮。因此在計算設備冷負荷時，需計入整個通風系統的空氣溫升。在選擇冷源時，需考慮冷媒在整個管網的溫升。熱媒流經動力裝置的溫升為正向效應，一般情況下可不予考慮。

經過通風管網空氣的溫升為：