供暖節(jié)能管理的幾點思考論文

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供暖節(jié)能管理的幾點思考論文

　　摘要：本文敘述了供熱空調(diào)系統(tǒng)運行中存在水泵耗能量較大，運行效率較低等問題，分析了能耗大的原因，提出了應(yīng)從設(shè)計、設(shè)備、調(diào)速方法和管理等諸多方面采取相應(yīng)措施。降低能耗提高效率。

供暖節(jié)能管理的幾點思考論文

　　關(guān)鍵詞：水泵設(shè)計電功率運行耗電量大流量變頻調(diào)速強(qiáng)化管理節(jié)能運行

　　1序言

　　根據(jù)全國第三次工業(yè)普查公布的統(tǒng)計數(shù)字，我國風(fēng)機(jī)消耗壓縮機(jī)類通用機(jī)械總裝機(jī)容量為1.6億kW，其中風(fēng)機(jī)約為4900萬kW，水泵約為1000萬kW，年耗電3200億kWh，占全國耗電總量約1/3，占工業(yè)用電量的40%，在國民經(jīng)濟(jì)中舉足輕重，節(jié)能潛力很大。

　　北京合理用能評估中心在《北京地區(qū)公用建筑空調(diào)調(diào)查報告》中指出，1999年，北京市空調(diào)制冷的裝機(jī)容量約為200×104Rt夏季空調(diào)及制冷用電量約占全市總用電量的15%～20%。其中冷凍水泵用電量約占電制冷機(jī)用電量的8%～12%，冷卻水泵用電量約為12%～15%。預(yù)計北京市公用建筑每年增加空調(diào)制冷能力約50×104Rt，增加制冷空調(diào)電功率約40×104kW，其中泵電功率約5×104～6×104kW。上述數(shù)據(jù)表明水泵裝機(jī)容量及年耗電量很大，與一些相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)比較，差距較大，因此，節(jié)能潛力很大。

　　根據(jù)"三北"地區(qū)29個大、中城市鍋爐供暖期實際能耗調(diào)查：單方實耗標(biāo)準(zhǔn)煤礦，最高64.9kg/m2，最低19kg/m2;單方實耗電，最高5.6kWh/m2，最低2.4kWh/m2；單方實耗水最高0.34t/m2,最低0.07t/m2。表1是北京市供熱電耗指標(biāo)。說明供熱系統(tǒng)電耗較大，節(jié)電潛力很大。

　　電耗指標(biāo)[kWh/(m2·a)]

　　類別最低較低較高最高

　　分散鍋爐房2.13～3.53.6～46

　　集中鍋爐房3.74～4.54.6～57

　　《民用建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，供熱系統(tǒng)中循環(huán)水泵的電功耗一般應(yīng)控制在單位建筑面積0.35～0.45W/m2的范圍內(nèi)，實際上約為0.5～0.6W/m2,甚至高達(dá)0.6～0.9W/m2。

　　以上數(shù)據(jù)表明，供熱空調(diào)泵系統(tǒng)存在設(shè)計電功率容量偏大，運行耗電量較高的問題，而泵的電耗在空調(diào)供熱系統(tǒng)能耗中占的比重也較大，設(shè)計泵電功率容量大要求增大發(fā)電容量，增大峰谷差；運行耗電量大意味著發(fā)電煤耗的增大和污染物排放量的增大；容量增大使初投資加大，運行電耗增大使耗電費增多，兩者都提高了空調(diào)供熱運行成本，加大了熱（冷）費用和用戶的負(fù)擔(dān)。為此，必須了解空調(diào)供熱泵容量和能耗增大的原因，探討泵節(jié)能的方法，并從設(shè)計、運行和設(shè)備上提出改進(jìn)的措施。

　　2空調(diào)供熱泵電耗在的原因分析

　　2．1設(shè)計泵功率大的原因

　　從泵軸功率可知，影響泵功率的主要因素是流量V(m3/min)，揚程H（m）和泵效率η(%)。

　�。�1）設(shè)計熱（冷）負(fù)荷偏高，造成熱（冷）水流量偏大。從可知，設(shè)計熱（冷）負(fù)荷Q和供回水溫差Δt是計算流量的主要依據(jù)。

　　"三北"地區(qū)各城市，在以往的供熱設(shè)計中，設(shè)計熱指標(biāo)值均較高。如沈陽市計熱指標(biāo)選用的平均值為88W/m2[76kcal/(m2·h)]，而實測值約為52～58W/m2[45～50kcal/(m2·h)]；北京過去一般取70～81W/m2[60～70kcal/(m2·h)]，而實測值約為46～58W/m2[40～50kcal/(m2·h)]等。熱負(fù)荷基數(shù)偏大，熱水流量增大水泵選用偏大，增大了泵初投

　　資，降低了泵運行效率，加大了運行成本，浪費了電能。

　　北京市賓館類建筑設(shè)計單位面積冷負(fù)荷指標(biāo)為90～130W/m2，而實測值約為50～80W/m2，制冷機(jī)配置容量過大，不僅增加了冷卻水泵和冷凍水泵的流量（見表2）和電氣導(dǎo)設(shè)備安裝容量和造價，而且也會造成泵電氣設(shè)備的閑置和系統(tǒng)的低效運行。

　　消耗設(shè)計流量與實際需要流量

　　賓館空調(diào)面積

　�。ㄈfm2）單位建筑面積設(shè)計冷凍水流量

　　[kg/(m2·h)]單位建筑面積實際冷凍水流量

　　[kg/(m2·h)]實際/設(shè)計

　�。�%）

　　13.3221568

　　26.0241250

　　38.717953

　　43.5211152

　　(2)揚程選擇過高，造成選用泵偏大

　　供熱系統(tǒng)設(shè)計時，二次網(wǎng)循環(huán)系統(tǒng)實際揚程一般約為150～300kPa，但水泵選型時，揚程值一般為400～600kPa，水泵電功率與揚程成正比關(guān)系，揚程偏高導(dǎo)致水泵電氣容量增大。

　　空調(diào)系統(tǒng)的冷卻泵和冷凍泵揚程選擇過大也是一個非常普遍的問題。如果辦公大樓，制冷量為355Rt，設(shè)計冷卻水量為300t/h，揚程55m，但實測冷卻水泵揚程約為20～25m，節(jié)流閥門消耗了34m，即冷卻水泵的70%的能量消耗在閥門上。

　�。�3）一些國產(chǎn)水泵屬低效產(chǎn)品，新設(shè)計制造的泵或國外引進(jìn)的泵，效率較高，一般效率提高10%～20%，電動機(jī)一般提高1%～5%。效率的提高往往是指其額定工作點的75%附近。但實際工況常常偏離高效率點，的以實際運行效率還是較低。

　　2．2泵運行耗電量大的原因

　　從熱（冷）水泵運行期耗電量可知，水泵軸功率和運行期延時小時數(shù)是影響泵運行耗電量大的主要原因，而泵的流量、揚程和運行效率又直接影響軸功率。

　�。�1）大流量運行方式增大了泵的運行功率

　　為了解決熱網(wǎng)水平失調(diào)帶來的用戶冷熱不均的問題，許多供熱系統(tǒng)采用了"大流量、小溫差"的運行方式。如住宅間接供暖的二次循環(huán)水泵或直接供暖的一次水循環(huán)水泵流量，單位建筑供暖面積約為2～3kg/h，實際運行達(dá)到3～5kg/h，流量大，加大了泵的設(shè)計電功率容量；流量大，增加了泵的運行功率，降低了供、回水溫差，溫差從25℃降至5～10℃。住宅間接供暖的一次水循環(huán)水泵流量，單位建筑供暖面積約為1.3kg/h，實際為2～3kg/h。流量大使供、回水溫差從設(shè)計值45℃降至于15～20℃，增加了泵的運行功率。

　　由于熱（冷）水流量與水泵軸功率成三次方關(guān)系，流量的增加，將帶來耗電量的增大。例如，一般建筑面積3.0萬m2供熱系統(tǒng)循環(huán)水泵的電功率約為15～30kW之間，若系統(tǒng)循環(huán)水量提高1.4倍，則消耗電功率提高2.74倍，達(dá)41～82kW。

　�。�2）水泵運行在低效率區(qū)，增大了無效能耗

　　泵的工作點指的是運行時水泵的流量和揚程，它是由泵的性能曲線和水系統(tǒng)管網(wǎng)特性曲線兩方面因素確定的點。

　　目前，泵運行時的流量和揚程比要求的大得多，消耗的功率也比預(yù)想的大得多。如圖1所示，水泵工作點（Q2、H2）大于設(shè)計水量Q1、設(shè)計揚程H1，圖中（Q1、H1）點是"理想狀態(tài)"，水泵處于低效運行區(qū)，增大了無效運行范圍。

　�。�3）定流量運行方式增大了水泵運行電耗

　　一般供熱系統(tǒng)平均負(fù)荷率約為0.6～0.7�？照{(diào)系統(tǒng)平均負(fù)荷率一般約為0.3～0.35，北京地區(qū)98%的時間負(fù)荷率均在70%以下。但水泵為恒速泵。為了適應(yīng)負(fù)荷的變化，流量的調(diào)節(jié)依靠閥門來實現(xiàn)，采用這種方法，如果要求把流量調(diào)至額定流量一半，Q1=（1/2）QH，系統(tǒng)的能耗大致與額定狀況下的能耗（QH）相同。

　　圖2表示通過調(diào)節(jié)供水側(cè)閥門開度的方法調(diào)節(jié)水量。從圖中可知，通過水量的調(diào)節(jié)減少了泵所耗功率，但，由于增加了泵的運行壓力，又產(chǎn)生了新的無用運行范圍。

　�。�4）并聯(lián)運行方式增加了水泵運行電耗

　　"一機(jī)對一泵"的運行模式是供熱空調(diào)水系統(tǒng)中一次泵普遍選用的運行模式。如圖3所示，當(dāng)相同特性的2臺泵并聯(lián)運行時，流量與揚程及耗電功率都增加了，變化的多少與管網(wǎng)的特性曲線有關(guān)，管網(wǎng)阻力越大時，流量、揚程增加的較少。

　　（5）空調(diào)供熱水系統(tǒng)一般采用一級泵系統(tǒng)，節(jié)電效果不明顯。

　　空調(diào)供熱水系統(tǒng)的冷（熱）源要求定流量運行，末端設(shè)備要求變流量運行。一級泵系統(tǒng)的特點是利用一根旁通管來保持冷（熱）源側(cè)定流量，而讓用戶處于變流量運行，當(dāng)用戶負(fù)荷變化需水量減小時，部分冷凍水旁通，但這并不影響通過水泵的總水量，水泵揚程也保持不變，所以其水泵耗電功率不變。

　　二級泵系統(tǒng)由兩個環(huán)路組成，一次環(huán)路定流量運行，二次環(huán)路變流量運行，節(jié)電效益非常明顯。

　　國內(nèi)電動機(jī)拖動系統(tǒng)運行效率低，先進(jìn)技術(shù)推廣應(yīng)用面窗，遠(yuǎn)不如國外經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家。特別是國內(nèi)的泵類系統(tǒng)中老產(chǎn)品、低效產(chǎn)品尚占50%以上，系統(tǒng)的平均運行效率約為40%～50%。

　　3空調(diào)供熱泵的節(jié)能

　　使空調(diào)供熱泵能耗偏大的原因有設(shè)計造成的、運行形成的和泵本身等。因此，應(yīng)從設(shè)計、運行和提高泵的性能等方面進(jìn)行。

　　3．1嚴(yán)格按照水輸送系數(shù)的要求確定水泵的型號

　　建設(shè)部1986年批準(zhǔn)頒布的《民用建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)（采暖居住建筑部分）》中規(guī)定的控制指標(biāo)為：設(shè)計選用的水泵水輸送系統(tǒng)WTF應(yīng)大于、等于設(shè)計計算條件下（供、回水設(shè)計溫度為95/70℃）的理論水輸送系數(shù)（WTF）th的0.6倍，即WTF≥0.6(WTF)th。

　　水輸送系數(shù)的定義是：循環(huán)水泵單位電耗（1kWh）所能輸送出的熱媒供熱量。

　　設(shè)計水輸送系數(shù)：全日設(shè)計供熱量：Nq：全日水泵輸送熱媒的設(shè)計耗電量。

　　設(shè)計條件下的理論水輸送系數(shù)（WTF）th見表3。

　　0.6(WTF)th表3∑L(m)2004006008001000120014001600

　　0.6(WTF)th274240229209200195189179

　　∑L(m)1800200022002400260028003000

　　0.6(WTF)th169161153146140134129

　　按上述標(biāo)準(zhǔn)，一個約9.0萬m2供熱系統(tǒng)的循環(huán)水泵的軸功率不得超過32kW。

　　3．2采用先進(jìn)的泵的性能調(diào)節(jié)方法

　�。�1）傳統(tǒng)的泵性能調(diào)節(jié)方法

　　以往，采用改變?nèi)~輪外徑或采用減速機(jī)改變轉(zhuǎn)速等方法來改變泵的性能，表4為泵性能改變的情況。

　　葉輪外徑轉(zhuǎn)速水量揚程軸功率

　　性能DNQHP

　　葉輪外徑加工D′NQ×(D′/D)2H×(D′/D)2P×(D′/D)4

　　調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速DN′Q×(N′/N)2H×(N′/N)2P×(N′/N)3

　　理論上泵的性能調(diào)節(jié)是非常簡單的，但，實際上尚存在許多問題，例如，在改變?nèi)~輪外徑時，可能出現(xiàn)的問題：

　　1）必須拆下葉輪，停泵時間較長；

　　2）葉輪可能出現(xiàn)重量不平衡，產(chǎn)生異常振動；

　　3）加工量大時，泵的效率下降，甚至產(chǎn)生噪聲；

　�。�2）當(dāng)需要增加負(fù)荷時，則不能恢復(fù)到原來的性能。

　　設(shè)置減速機(jī)時，必須修改基礎(chǔ)。

　　（3）變頻器的應(yīng)用

　　多年來已經(jīng)研制出多種交流電動機(jī)調(diào)速裝置，如定子調(diào)壓調(diào)速、變極調(diào)速、滑差調(diào)速、電磁耦合器調(diào)速、串級調(diào)整、整流子電機(jī)調(diào)速和液力耦合器調(diào)速等。但上述調(diào)速方式仍存在調(diào)速范圍窄等缺點。隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)及控制理論的發(fā)展，作為交流調(diào)速中心的變頻調(diào)速技術(shù)得到了顯著的發(fā)展。這種調(diào)速方式具有節(jié)能，調(diào)速范圍大（從1：00～1：1000），易于實現(xiàn)正、反轉(zhuǎn)切換，起動電流小和結(jié)構(gòu)簡單、運行安全可靠的優(yōu)點。

　　我國變頻調(diào)速裝置的市場售價是800～1500元/kW，大致是被控制調(diào)速的電動機(jī)自身價格的8～12倍，投資回收期短，一般為1～2年。

　　變頻調(diào)速系統(tǒng)中交流電動機(jī)和變頻調(diào)速裝置的發(fā)展，隨著技術(shù)水平的提高，當(dāng)前國內(nèi)外都在開展諸如變頻調(diào)速專用異步電動機(jī)這類的高效運行電動機(jī)的研究，使電動機(jī)適應(yīng)驅(qū)動裝置的特點，因此電動機(jī)的功率密度可提高20%，功率因數(shù)可提高5個百分點，平均效率可提高3%。隨著電力電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)的發(fā)展，變頻器的功能、性能得到了很大的提高。根據(jù)其性能及控制方式可分為：通用型、多功能型、高性能型，其控制方式也依次為v/f控制、電壓型PWM控制、矢量控制等。

　　圖4表示的是泵的運行時間較長、出力較大的循環(huán)泵的性能，泵出口口徑100mm，4極單吸離心泵，軸功率15kW，運行時間24h×355日，配管阻力約為揚程的50%。采用變頻調(diào)速運行方式后，計算節(jié)電量約為47%。實際運行時的節(jié)電量也能達(dá)到35%。

　　流量（L/min）

　　表示設(shè)計流量的百分比轉(zhuǎn)速比軸功率

　　（kW）耗電量

　　（kWh/年）節(jié)約電量

　　(kWh/年）

　　現(xiàn)狀流量現(xiàn)狀閥門開度（全開）1850(1.23)1.013.51150000

　　設(shè)計流量運行點1500(1.00)0.817.26130053700

　　改變流量時-10%1350(0.9)0.735.24430070700

　　-20%1200(0.8)0.653.73150083500

　　-30%1050(0.7)0.572.52130093700

　　3.3強(qiáng)化管理，實施泵系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運行和節(jié)能運行

　�。�1）管理標(biāo)準(zhǔn)：中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)《泵類系統(tǒng)電能平衡的測試與計算法》（GB/T13468）�！豆I(yè)用離心泵、混流泵、軸流泵與旋渦泵系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運行》（GB/T13469-92）。

　�。�2）測試系統(tǒng)

　�。�3）測試項目與內(nèi)容：包括泵系統(tǒng)輸入電能和有功功率；電動機(jī)輸出能量、功率和運行效率；機(jī)械傳動機(jī)械和調(diào)速裝置的能量損耗和傳動效率；泵輸入能量和功率；泵輸出的能量、有效功率和運行功率；機(jī)組運行效率、電能利用率；系統(tǒng)管網(wǎng)的能量損耗和效率；泵系統(tǒng)運行效率、電能利用率。

　�。�4）系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運行和節(jié)能運行的技術(shù)要求：包括系統(tǒng)的機(jī)組設(shè)備必須達(dá)到選型優(yōu)化、匹配合理；交流電動機(jī)的選型必須符合GB12497的要求；泵的選型要求；管網(wǎng)設(shè)置要求和系統(tǒng)運行要求等。

　�。�5）系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運行的判別與評價

　　系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運行判別與評價①

　　比較內(nèi)容對現(xiàn)有機(jī)組設(shè)備的判別指標(biāo)

　　對現(xiàn)有機(jī)組設(shè)備的差別指標(biāo)對管網(wǎng)的判別指標(biāo)

　　對系統(tǒng)運行的判別指標(biāo)

　　現(xiàn)有機(jī)組額定效率÷節(jié)能型產(chǎn)品機(jī)組額定效率×100現(xiàn)有機(jī)組實測電有利用率÷現(xiàn)有機(jī)組額定電能利用率×100管網(wǎng)電能利用率÷管網(wǎng)額定電能利用率×100實際單位電耗÷電耗定額×100

　　優(yōu)良>90>85>80>100

　　合格≥80～90≥70～85≥70～80=100

　　不合格<80<70<70>100

　　①摘自《供熱節(jié)能國家標(biāo)準(zhǔn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)匯編》

　�。�6）系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運行的管理。包括掌握與運行有關(guān)的工況因素，了解系統(tǒng)中機(jī)組管網(wǎng)是否經(jīng)常處于經(jīng)濟(jì)運行狀態(tài)；在泵機(jī)組和管網(wǎng)的有關(guān)部位安裝流量、壓力流量儀表，監(jiān)視系統(tǒng)運行情況；建立運行日志和設(shè)備技術(shù)檔案；建立系統(tǒng)運行操作規(guī)程、事故處理規(guī)程、用電考核制度、檢測維修制度。

　�。�7）系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運行、節(jié)能運行的技術(shù)措施

　　3．4選用高效、可靠、耐用、維修量少的水泵

　　有許多資料表明：水泵投資占公用建筑空調(diào)系統(tǒng)總投資的0.5%～1%，水泵電功率約為空調(diào)總電功率的15%～20%（約為5～6W/m2）而冷凍水泵的耗電量為空調(diào)系統(tǒng)總能耗的8%～12%，冷卻水泵的耗電量約為12～15%。投資少、能耗大是水泵輸送系統(tǒng)的特點，因此，即使稍微增加一些水泵投資，也應(yīng)通過選用高效、可靠、耐用的泵，降低運行電耗，提高運行效率。

　　同樣，也有許多資料表明：水泵投資約占鍋爐房供熱系統(tǒng)總投資的4%，但在運行成本中，電費約為10%～15%。高效泵雖然價格稍貴些，但為了可靠、安全供熱，為了降低運行成本，從投入產(chǎn)出比上看，也是非常合理的。

　　4小結(jié)

　　本文介紹了供熱空調(diào)系統(tǒng)運行中存在水泵耗能量較大，運行效率較低的問題：初步分析了能耗較大的原因；提出了要從設(shè)計、先進(jìn)調(diào)速方法、管理、設(shè)備等各方面采取相應(yīng)措施、降低能耗、提高效率。由于水泵節(jié)能牽涉到設(shè)計、施工、運行和生產(chǎn)廠家等各個方面只有大家都重視，才能達(dá)到預(yù)計的節(jié)能目標(biāo)。雖然，作者了解的情況不多，分析問題也不夠，但寫這篇文章的目的，主要是引起大家的重視。

　　參考文獻(xiàn)

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　　7國家經(jīng)貿(mào)委節(jié)能信息傳播中心，交流電動機(jī)變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)指南，2001

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