空调\供热水系统泵的节能

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摘要：本文叙述了供热空调系统运行中存在水泵耗能量较大，运行效率较低等问题，分析了能耗大的原因，提出了应从设计、设备、调速方法和管理等诸多方面采取相应措施。降低能耗提高效率。

关键词：水泵 设计电功率 运行耗电量 大流量 变频调速 强化管理 节能运行

1、序言

根据全国第三次工业普查公布的统计数字，我国风机消耗压缩机类通用机械总装机容量为1.6亿kW，其中风机约为4900万kW，水泵约为1000万kW，年耗电3200亿kWh，占全国耗电总量约1/3，占工业用电量的40%，在国民经济中举足轻重，节能潜力很大。

为此，必须了解空调供热泵容量和能耗增大的原因，探讨泵节能的方法，并从设计、运行和设备上提出改进的措施。

2、空调供热泵电耗在的原因分析

2.1 设计泵功率大的原因

从泵轴功率可知，影响泵功率的主要因素是流量V(m3/min)，扬程H（m）和泵效率η(%)。

（1）设计热（冷）负荷偏高，造成热（冷）水流量偏大。从可知，设计热（冷）负荷Q和供回水温差Δt是计算流量的主要依据。

（2）扬程选择过高，造成选用泵偏大

供热系统设计时，二次网循环系统实际扬程一般约为150～300kPa，但水泵选型时，扬程值一般为400～600kPa，水泵电功率与扬程成正比关系，扬程偏高导致水泵电气容量增大。

空调系统的冷却泵和冷冻泵扬程选择过大也是一个非常普遍的问题。如果办公大楼，制冷量为355Rt，设计冷却水量为300t/h，扬程55m，但实测冷却水泵扬程约为20～25m，节流阀门消耗了34m，即冷却水泵的70%的能量消耗在阀门上。

（3）一些国产水泵属低效产品，新设计制造的泵或国外引进的泵，效率较高，一般效率提高10%～20%，电动机一般提高1%～5%。效率的提高往往是指其额定工作点的75%附近。但实际工况常常偏离高效率点，的以实际运行效率还是较低。

2.2 泵运行耗电量大的原因

从热（冷）水泵运行期耗电量可知，水泵轴功率和运行期延时小时数是影响泵运行耗电量大的主要原因，而泵的流量、扬程和运行效率又直接影响轴功率。

（1）大流量运行方式增大了泵的运行功率

（2）水泵运行在低效率区，增大了无效能耗

（3）定流量运行方式增大了水泵运行电耗

一般供热系统平均负荷率约为0.6～0.7。空调系统平均负荷率一般约为0.3～0.35，北京地区98%的时间负荷率均在70%以下。但水泵为恒速泵。为了适应负荷的变化，流量的调节依靠阀门来实现，采用这种方法，如果要求把流量调至额定流量一半，Q1=（1/2）QH，系统的能耗大致与额定状况下的能耗（QH）相同。

（4）并联运行方式增加了水泵运行电耗

"一机对一泵"的运行模式是供热空调水系统中一次泵普遍选用的运行模式。如图3所示，当相同特性的2台泵并联运行时，流量与扬程及耗电功率都增加了，变化的多少与管网的特性曲线有关，管网阻力越大时，流量、扬程增加的较少。

（5）空调供热水系统一般采用一级泵系统，节电效果不明显。

当用户负荷变化需水量减小时，部分冷冻水旁通，但这并不影响通过水泵的总水量，水泵扬程也保持不变，所以其水泵耗电功率不变。

二级泵系统由两个环路组成，一次环路定流量运行，二次环路变流量运行，节电效益非常明显。

3、 空调供热泵的节能

使空调供热泵能耗偏大的原因有设计造成的、运行形成的和泵本身等。因此，应从设计、运行和提高泵的性能等方面进

行。

3．1 严格按照水输送系数的要求确定水泵的型号

建设部1986年批准颁布的《民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）》中规定的控制指标为：设计选用的水泵水输送系统WTF应大于、等于设计计算条件下（供、回水设计温度为95/70℃）的理论水输送系数（WTF）th的0.6倍，即WTF≥0.6(WTF)th。

水输送系数的定义是：循环水泵单位电耗（1kWh）所能输送出的热媒供热量。

设计水输送系数：全日设计供热量：Nq：全日水泵输送热媒的设计耗电量。

3.2 采用先进的泵的性能调节方法

（1）传统的泵性能调节方法

例如，在改变叶轮外径时，可能出现的问题：

1）必须拆下叶轮，停泵时间较长；

2）叶轮可能出现重量不平衡，产生异常振动；

3）加工量大时，泵的效率下降，甚至产生噪声；

（2）当需要增加负荷时，则不能恢复到原来的性能。

设置减速机时，必须修改基础。

（3）变频器的应用

多年来已经研制出多种交流电动机调速装置，如定子调压调速、变极调速、滑差调速、电磁耦合器调速、串级调整、整流子电机调速和液力耦合器调速等。但上述调速方式仍存在调速范围窄等缺点。随着电力电子技术、微电子技术及控制理论的发展，作为交流调速中心的变频调速技术得到了显著的发展。这种调速方式具有节能，调速范围大（从1：00～1：1000），易于实现正、反转切换，起动电流小和结构简单、运行安全可靠的优点。

变频调速系统中交流电动机和变频调速装置的发展，随着技术水平的提高，当前国内外都在开展诸如变频调速专用异步电动机这类的高效运行电动机的研究，使电动机适应驱动装置的特点，因此电动机的功率密度可提高20%，功率因数可提高5个百分点，平均效率可提高3%。随着电力电子技术、计算机技术、控制技术的发展，变频器的功能、性能得到了很大的提高。根据其性能及控制方式可分为：通用型、多功能型、高性能型，其控制方式也依次为v/f控制、电压型PWM控制、矢量控制等。

（4）系统经济运行的管理。包括掌握与运行有关的工况因素，了解系统中机组管网是否经常处于经济运行状态；在泵机组和管网的有关部位安装流量、压力流量仪表，监视系统运行情况；建立运行日志和设备技术档案；建立系统运行操作规程、事故处理规程、用电考核制度、检测维修制度。

（5）系统经济运行、节能运行的技术措施

3.3 选用高效、可靠、耐用、维修量少的水泵

有许多资料表明投资少、能耗大是水泵输送系统的特点，因此，即使稍微增加一些水泵投资，也应通过选用高效、可靠、耐用的泵，降低运行电耗，提高运行效率。

同样，也有许多资料表明：水泵投资约占锅炉房供热系统总投资的4%，但在运行成本中，电费约为10%～15%。高效泵虽然价格稍贵些，但为了可靠、安全供热，为了降低运行成本，从投入产出比上看，也是非常合理的。

4、小结

本文介绍了供热空调系统运行中存在水泵耗能量较大，运行效率较低的问题：初步分析了能耗较大的原因；提出了要从设计、先进调速方法、管理、设备等各方面采取相应措施、降低能耗、提高效率。由于水泵节能牵涉到设计、施工、运行和生产厂家等各个方面只有大家都重视，才能达到预计的节能目标。虽然，作者了解的情况不多，分析问题也不够，但写这篇文章的目的，主要是引起大家的重视。

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