小區集中供熱系統循環(huán)水泵電耗實(shí)測分析

暖通空調HV&AC 2008 年第38卷第1期●123●運行管理小區集中供熱系統循環(huán)水泵電耗實(shí)測分析清華大學(xué)劉蘭斌*付林江億摘要對6個(gè)小區集中供熱 系統的17臺循環(huán)水泵的電耗、實(shí)際運行效率、循環(huán)流量進(jìn)行了實(shí)測,分析了造成小區集中供熱系統輸配能耗較高的原因,結合實(shí)例計算了各種能耗損失的大小和所占比例,給出了小區集中供熱系統實(shí)際需求耗電量指標。關(guān)鍵詞集中供熱循環(huán)水泵輸配系統水泵電耗Electrical power consumption analysis of circulating pumpsin central heating systems for residential quartersBy Liu Lanbin★, FuLin ond jiang YiAbstract Tests the power consumption, efficiency and flow rate of seventeen circulating pumps in sixcentral heating systems, analyses the causes for higher power consumption, calculates all kinds of energy lossand their proportions with an example, and gives the actual power required of the central heating system.Keywords central heating, circulating pump, distribution system, clectrical power consumption ofwater pump★Tsinghua University, Beiing, China0引言用超聲波流量計測出水泵的實(shí)際流量G,用水供熱系統循環(huán)水泵的節能潛力很大,尤其是小泵 進(jìn)出口壓力表測出水泵的實(shí)際揚程H;用電功區集中供熱系統的循環(huán)水泵，由于選型不合理,實(shí)率計測 出水泵的實(shí)際功率W。由于電動(dòng)機的機械際工作點(diǎn)偏離了水泵高效區,實(shí)際循環(huán)流量也偏傳動(dòng)損失相比水泵的其他損失很小，可以忽略，從大,導致了供熱系統的輸配系統能耗普遍偏高。同而可根據式(1)求出水泵的實(shí)際運行效率η和實(shí)際時(shí)也由于缺乏輸配系統耗電的合理定額，未能引起運行工況點(diǎn)。運行管理人員的注意,導致輸配系統耗電水平參差η=0.002 722 X 100%(1)W不齊。筆者于2005- 2006 年供暖季對6個(gè)小區鍋爐.2 測試結果房的17臺水泵進(jìn)行了能耗測試,總結出目前我國測試發(fā)現，由于水泵選型不合理,造成了水泵小區集中供熱系統中循環(huán)水泵普遍存在的一些問(wèn)性能與管路實(shí)際阻力特性不匹配的情況，多數水泵題,希望能夠引起設計人員和運行管理人員的重實(shí)際工況點(diǎn)偏離了設計點(diǎn),水泵效率普遍偏低。表視,從而能夠在設計階段合理設計,在運行階段對電耗較高的既有輸配系統有針對性地進(jìn)行改造。中國煤化工:研究生1小區 集中供熱系統循環(huán)水泵的現狀及存在的問(wèn)MHCNMHG匙E- mail: 1lb04@mails. tsinghua. edu. cn收稿日期:2006- 12-121.1 測試方法修回日期:2007-04-09●124●運行管理暖通空調HV&AC 2008 年第38卷第1期1給出了實(shí)測的6個(gè)小區鍋爐房的循環(huán)水泵測試最大溫差很小,多為8 C左右,表明系統循環(huán)流量結果。測試中還發(fā)現各試點(diǎn)供熱系統輸送介質(zhì)的普遍過(guò)大。表1循環(huán)水泵實(shí)測參數匯總額定參數實(shí)際參數備注流量/(m2/h)_揚程/m效率/%最大供回水溫差/C流量/(m2/h) 揚程/m效率%區111903487.851)2722鍋爐間歇運行2#7. 852657小區23$320338(8.803558實(shí)測為并聯(lián)效率4327:358小區35#1007.75173(63.5實(shí)測為并聯(lián)效率67. 753C63.5小區4低區7#1258. 58170. 1513.533.58.5815.538.5小區4高區925.131.8 .510#257. 642255. 2小區5-次泵11#502029.654. 4小區5二次泵高區12#9.9162. 52:48.9小區5二次泵低區13#7.351074049. 6小區614#7. 1015#16078. 10307016#32(7312. 5027535517#280_221)鍋爐間歇運行,7.85 C為鍋爐運行期間的溫度,最冷天全天鍋爐供回水平均溫差為4.0 C ,如采用低溫連續運行方式，流量可大幅度降低。1.3小區集中供熱系統循環(huán)水泵存在的問(wèn)題只占水泵額定揚程的50%左右,水泵工況點(diǎn)嚴重1.3.1 水泵選型過(guò)大偏離。因此即使不減小管網(wǎng)循環(huán)流量,僅改變水泵實(shí)測發(fā)現，供熱系統中循環(huán)水泵選型普遍過(guò)實(shí)際工況點(diǎn),提高水泵效率至75%,則小區1可節大,由此帶來(lái)以下三個(gè)問(wèn)題。電18%,小區4低區可節電39%,小區5高、低區1)水泵效率大幅度降低二次泵可節電25%,可見(jiàn)提高水泵實(shí)際運行效率由于循環(huán)水泵額定揚程遠大于實(shí)際所需,水泵可有效減少輸配系統能耗。工作點(diǎn)從圖1中高效點(diǎn)A偏離至B,直接導致水2)實(shí)際流量遠大于設計流量泵效率大幅度降低，即由額定高效點(diǎn)n降為ηp,設備選型過(guò)大,不僅使水泵效率偏離高效點(diǎn)，使得水泵長(cháng)期在低效率點(diǎn)工作。而且使實(shí)際流量遠遠大于設計流量,直接引起泵耗增加。如圖2所示，系統設計流量為Gs,在實(shí)際管網(wǎng)特性曲線(xiàn)b上,能達到設計流量GA,C為水泵0.6的理想工作點(diǎn),水泵能耗大小用矩形GCDO的面b。15數積表示(不考慮水泵效率的影響) ,但由于水泵選型?偏大，導致其實(shí)際工作點(diǎn)為B,流量變?yōu)镚r,水泵050100150200250300350400能耗大小用矩形FBEO的面積表示，圖中的陰影流量/ue/h)圍1揚程偏大時(shí)的水泵工作點(diǎn)分析n。小區1主循環(huán)水泵、小區4低區循環(huán)水泵以及小區5高、低區二次泵等都由于水泵額定揚程太中國煤化工大,導致實(shí)際運行效率較低。小區1主循環(huán)水泵額YHCN MH G300 30400定效率為80%,而實(shí)測僅為57%;小區4低區循環(huán)流量/(=/h)水泵的實(shí)測效率僅為33. 5%和38. 5%,實(shí)際揚程圖2流量偏大時(shí)的水泵工作點(diǎn)分析暖通空調HV&AC 2008 年第38卷第1期運行管理●125，面積即為水泵選型偏大引起流量偏大帶來(lái)的多余小，雖然這種情況較少,但仍存在。水泵選型過(guò)小，能耗。水泵工作點(diǎn)發(fā)生偏離,如圖4所示,由設計點(diǎn)A偏以小區1為例,泵設計流量為350m3/h,而實(shí).離至實(shí)際工作點(diǎn)B,這帶來(lái)兩個(gè)問(wèn)題:一是循環(huán)流測流量達到544m2/h,流量增加引起的泵能耗是量減小，可能會(huì )影響供熱質(zhì)量;二是水泵的效率由實(shí)際所需泵能耗的3.67倍。若將系統流量由現在額定高效點(diǎn)nA降為nηB。的544 m'/h降為350 m3 /h,則揚程可降為11 m,0.8同時(shí)能使水泵工作在高效點(diǎn)(平均效率75%)。一0.7|b個(gè)供暖季可減少電耗154 284 kWh,占目前泵能B_10.5蠡耗的79. 3%。3)關(guān)小水泵出口閥門(mén)水泵選型嚴重偏大，以致在管網(wǎng)特性曲線(xiàn)b100200 300400流量//上,工作點(diǎn)B偏離過(guò)大,為防止流量太大導致電動(dòng)機電流超標或減少因流量大而造成的泵能耗損失，圄4水泵選型偏小時(shí)的工作點(diǎn)分析通過(guò)關(guān)小水泵出口閥門(mén)將管網(wǎng)特性曲線(xiàn)由b變?yōu)闇y試中發(fā)現小區5一次泵選型偏小,其額定流a ,減小循環(huán)流量,水泵工作點(diǎn)由B變?yōu)锳,使大量量和揚程分別為50 m? /h, 20 m,而實(shí)際流量?jì)H為電能浪費在水泵出口閥門(mén)上,其大小用圖3中矩形29.6 m2 /h,揚程達25 m,水泵工作點(diǎn)偏離,水泵效FACG的面積表示。率僅為54. 4%。70.91.3.3變頻泵 和定速泵并聯(lián)運行40.8實(shí)際工程中,常有工程技術(shù)人員采用一拖二的70水泵變頻調節方式,即兩臺水泵中一臺變頻(變轉速)運行,另外一臺工頻(定轉速)運行。在分析這種調節方式的節能效果時(shí),往往只簡(jiǎn)單地考慮水泵5010150200250300350400流量減小對能耗減少有利的一面,而忽視這種連接流量//h)方式可能降低水泵效率的不利一面。團3關(guān)小水泵出 口閥門(mén)時(shí)的水泵工作點(diǎn)分析如圖5所示，曲線(xiàn)a為額定轉速下單臺水泵的在測試中發(fā)現,小區6各支路供暖水泵出口管特性曲線(xiàn)， 曲線(xiàn)b為額定轉速下2臺水泵的并聯(lián)特道閥門(mén)的開(kāi)度都在50%左右。泵出口閥門(mén)消耗的性曲線(xiàn), 假設系統流量為G時(shí),點(diǎn)A為單臺泵的實(shí)壓降最大達0.19 MPa,占水泵揚程的53% ,最小際工況點(diǎn),水泵處于最高效率點(diǎn) n,當流量需要減也達到了0. 06 MPa,如表2所示。這是由于供暖小到Gr時(shí),若采用一-拖二的變頻調節方式,則變頻泵額定揚程偏大,如果不關(guān)小閥門(mén),會(huì )導致循環(huán)泵泵的實(shí)際工況點(diǎn)變?yōu)锽,定速泵的實(shí)際工況點(diǎn)變?yōu)榱髁考眲≡黾?甚至造成電動(dòng)機過(guò)載。C,由等效率曲線(xiàn)可知,變頻泵效率由η變?yōu)閜,定表2小區6南區供暖水泵出口閥門(mén)消耗的壓差D.8泵出口閥門(mén)消耗的壓差/MPa1.6。5(14#水泵出口0.05400.5米15#水泵出口0.13樂(lè )3016#水泵出口0.1917#水泵出口.0.06100 200300400500 600另外,小區供熱系統還存在由于設計不合理，流量/(-/) .支路阻力差異較大、不得不增加大量閥門(mén)等阻力件中國煤化工物&本曲線(xiàn)進(jìn)行平衡的缺點(diǎn),也使得輸配系統效率偏低。MH. C NMH G轉性曲線(xiàn)1.3.2水泵選型偏小”拖二情況下水泵井聯(lián)特性曲線(xiàn)水泵選型不合理的另一個(gè)方面是水泵選型偏圈5變頻泵和定速泵并聯(lián)運行時(shí)的工作點(diǎn)分析●126●運行管理暖通空調HV&AC 2008 年第38卷第1期速泵效率由n變?yōu)閚: ,2臺水泵均偏離高效點(diǎn)。A,B為相似工況點(diǎn)，效率相同，均在高效點(diǎn)η下由于采用- 拖二的變頻調節方式會(huì )使水泵效工作,同時(shí)水泵流量變化幅度-致,有利于水泵穩率降低,因此當流量需要變化時(shí),不宜采用這種方定工作,并可以在任何流量范圍內高效工作,因此式,而是應對2臺水泵同時(shí)進(jìn)行變頻調節,如圖6水泵并聯(lián)運行,采用變頻調節時(shí)應對每臺水泵均進(jìn)所示,當流量由G減小到G2時(shí)，單臺水泵的工況行變頻,保證水泵在高效點(diǎn)工作。點(diǎn)由A變?yōu)锽 ,從水泵等效率曲線(xiàn)可以看到，由于同理，當采用不同類(lèi)型的大小泵并聯(lián)運行時(shí)，也很容易造成水泵不能同時(shí)處于高效點(diǎn)工作的狀]0.8況。0.61.4輸配系統的實(shí)際需求電耗6b10.2綜上所述,水泵耗電偏大主要有以下兩個(gè)方面。4的原因:一是系統流量偏大,從供回水溫差普遍偏100200300400500 600流量/w/h)小可以看出;二是系統效率較低,包括水泵選型不合理導致的水泵實(shí)際運行效率偏低、管路設計不合2臺水泵同時(shí)變速時(shí)單泵特性曲線(xiàn)管網(wǎng)特性曲線(xiàn)理或其他原因導致的大量閥門(mén)等阻力件的使用。水泵在額定轉速下效率曲線(xiàn)，扣除以上浪費的電能，可以得到各個(gè)試點(diǎn)需求的耗2臺水泵網(wǎng)時(shí)變速時(shí)井聯(lián)特性曲線(xiàn)--水泵等效率曲線(xiàn)電量。圈6 2臺變頻泵并聯(lián)運行時(shí)的工作點(diǎn)分析水泵軸功率計算式為(- AHy)G-C')N-N' =: GH _ G'H'_ (GH_ GH )+ GAHyGON,+ONv+ANc7η7η7η(2)式中N ---系統實(shí)際耗電功率,kW;表3各個(gè)試點(diǎn)循環(huán)水泵的 單位面積電耗N'---系統實(shí)際需求耗電功率,kW;kWh/m2輸配系統系統低效率引起的電損失 多余流量2引起 需求耗電量G --供熱 系統當前的實(shí)際流量,m'/h;實(shí)際耗電量ANvD的電損失NGcH-- 水泵提供的實(shí)際揚程,m;小區11. 9810. 3681.1410.473η--水泵實(shí)際運行效率;小區2 L.4700.2520.7380.480區31.3010.1210.8620.318- 供熱系統的需求流量, m2 /h;2. 6570.8860.7401.031H'-- 供熱系統的需求揚程,m;小區5 3.2010.8981. 2561.047小區61. 880.041_0.350 .0.398 .1.092”一-水泵可達到的運行效率,取70%;1) 此處只考慮水泵出口閥門(mén)的電損失:OHv-閥門(mén)等 阻力件消耗的實(shí)際揚程,m;2)以供回水溫差為12 C時(shí)的流量為需求流量。ON,--水泵效率偏低引起的多余功耗,,kW;遲的ONv- -不合 理的設計導致的閥門(mén)等阻力件s 50t690t引起的多余功耗,kW;ONe--流量偏大引起的多余功耗,kW。小區1小區2小區3區4小區5小區6根據式(2)可以分別計算出水泵效率偏低導致口需求耗電量■ 系統低效率引起的電損失的多余功耗ON,,不合理多余閥門(mén)消耗的功耗s多余流量引起的電損失ONv以及流量偏大引起的多余功耗oNc.從實(shí)際圈7循環(huán)水泵電耗分布比例耗電中扣除這些損失,就可以得到各個(gè)試點(diǎn)整個(gè)供暖季[中國煤化工5 kWh/m2 ,對于暖季的循環(huán)水泵的需求耗電量,見(jiàn)表3,循環(huán)水泵設有:MYHCN M H G,單個(gè)供暖季的輸電耗分布比例見(jiàn)圖7。配水泵電耗為1.0~1.1kWh/m2。因此如果能夠從上述結果可以看到,對于直供系統,單個(gè)供(下轉第48頁(yè))●48●專(zhuān)業(yè)論壇暖通空調HV&AC 2008 年第38卷第1期Fs = {溫室氣體排放fsI,而否定評價(jià)本身，避免在空調系統方案選擇時(shí),僅城市美觀(guān)fs2 ,噪聲振動(dòng)fs})由幾個(gè)項目領(lǐng)導拍板了事。根據評分表,對Fs中每一個(gè)因素進(jìn)行評價(jià)，4.3建立一套科學(xué)的評價(jià)體系是解決問(wèn)題的正確可得fs的評價(jià)為D,,D;為一個(gè)三維向量,則得評選擇,并且該體系應是開(kāi)放性的，如可增加影響因價(jià)矩陣:素,設用戶(hù)權重等。由于影響空調系統選擇的因素S=(D、D2... D,)(14)多且復雜，系統評價(jià)是一項較為復雜的工程,因此，對以上各因素取權重,可得權重模糊集B,則本文分析得也不一定全面準確,僅作拋磚引玉之得空調系統性能的評價(jià)向量:用，以期能推動(dòng)空調系統方案的科學(xué)評價(jià)與選擇。Fs =B.S(15)參考文獻:3.6系統方案的一 .級評價(jià)[1] KatarAna H. Environmental impact assessment using綜合評價(jià)向量F~Fs,可得空調系統- - 級評a weighting method for alternative air conditioningsystems [J]. Building and Environment, 2004, 39(10):1133- 1140R=(F] F2 F3 F、F;)T(16) [2] Shams H, Nelson R M, Maxwel G M. Development采用Dephi法,確定各因素的權重。得權重模of knowledge-based system for the selection ofHVAC systems types for small building-part 1:糊集D,而用戶(hù)如果有自已的側重,可對此進(jìn)行修knowledge acquisition[G]// ASHRAE Trans, 1994,正。最后可得到評價(jià)結果向量F:100(1F= D.R( 17) [3] Chiou Hua-Kai, Tzeng Gwo Hshiung, Cheng DingChou. Evaluating sustainable fishing development根據向量F各值的大小，即可對各方案進(jìn)行strategies using fuzzy MCDM approach[J]. The評價(jià),并得出最優(yōu)方案。International of Management Science, 2005, 33(3):4結論223- 2344.1空調系統方 案的選擇是空調設計工作的非常[4]劉普寅,吳孟達模糊理論及其應用[M].長(cháng)沙:國防科技大學(xué)出版社,1998重要的一個(gè)環(huán)節，是方向性的問(wèn)題。只有方向正5]洪麗娟,劉傳 聚.空調冷負荷時(shí)間頻數及其應用[J]確，系統方案才可能是最優(yōu)的。同時(shí),空調系統方制冷與空調,2004,4(6) :63-65案的選擇不僅僅關(guān)系到建設單位的經(jīng)濟效益,還關(guān)[6]中國建筑科學(xué)研究院 ,中國建筑業(yè)協(xié)會(huì )建筑節能專(zhuān)業(yè)委員會(huì )GB50189-2005公共建筑節能設計標準系著(zhù)我國經(jīng)濟、社會(huì )的可持續發(fā)展戰略的實(shí)施。因[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2005此,空調系統的評價(jià)與選擇意義重大。[7]李兆堅，江億.暖通空調設計方案美觀(guān)性評價(jià)分析[J].暖通空調,2006 ,36(4):34- 374.2本文詳細分析了 影響空調系統評價(jià)的各種因[8]趙加寧 ,羅志文.暖通空調設計方案綜合評價(jià)決策進(jìn)素,并根據其各自的性質(zhì)和對評價(jià)影響的大小進(jìn)行展與展望[J].潔凈與空調技術(shù),2005, 12(3):12-16了分類(lèi),并采用模糊評價(jià)的方法對之進(jìn)行處理。本[9]王平利,胥海倫. 基于多元評價(jià)函數的空調冷熱源方案優(yōu)選分析[J].制冷與空調,2002,2(3):16-18文的目的是想通過(guò)探討,引起人們對系統方案評價(jià)[10]王永林.空調工程設計方案的可拓學(xué)評價(jià)[J].暖通空與選擇的重視,不能僅因為評價(jià)方法的主觀(guān)性太強調,2005,35(9):47- 49(上接第126頁(yè))題:一是輸配系統效率偏低;二是系統循環(huán)流量普有效提高水泵的實(shí)際運行效率，撤消多余閥門(mén),減遍偏大。以上兩個(gè)問(wèn)題是造成目前小區集中供熱小流量,從而徹底消除由于輸配系統效率偏低以及輸配系統能耗較高的主要原因。流量偏大帶來(lái)的多余電耗,大幅度降低供熱輸配系2.2通過(guò)對實(shí)測結果的分析可知, 單個(gè)供暖季,直統的電耗。供系統在0. 3~0.5 kWh/m2之間,間供系統在2結論1. 0~1.1 kWh/m2之間。直供系統的實(shí)際泵能耗2.1目前小區供熱系統中循環(huán)水泵 型號偏離實(shí)際在1.中國煤化工系統在2.6~3.2需求的現象較普遍。通過(guò)對6個(gè)小區17臺水泵的kWh0HCNMH力較大。實(shí)際測試，發(fā)現目前的小區集中供熱系統中,由于循環(huán)水泵型號與實(shí)際需求的偏差,導致以下兩類(lèi)問(wèn)[1]中央國家機關(guān)鍋爐采暖 系統節能分析報告[R],2006