供熱空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能措施

韓玉榮

（吉林鋼鐵有限責(zé)任公司，吉林 吉林 132104）

1 供熱空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能的意義

根據(jù)全國(guó)第三次工業(yè)普查公布的統(tǒng)計(jì)數(shù)字，我國(guó)風(fēng)機(jī)消耗壓縮機(jī)類(lèi)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(wàn)kw，水泵約為1000萬(wàn)kw，年耗電3200億kwh，占全國(guó)耗電總量約1/3，占工業(yè)用電量的40%，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中舉足輕重，根據(jù)“三北”地區(qū)29個(gè)大、中城市鍋爐供暖期實(shí)際能耗調(diào)查：?jiǎn)畏綄?shí)耗標(biāo)準(zhǔn)煤礦，最高64.9kg/m2，最低19kg/m2;單方實(shí)耗電，最高5.6kwh/m2，最低2.4kwh/m2；單方實(shí)耗水最高0.34t/m2,最低0.07t/m2。是供熱電耗指標(biāo)。說(shuō)明供熱系統(tǒng)電耗較大，供熱空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能具有重大意義。

2 空調(diào)供熱泵電耗在的原因分析

2.1 設(shè)計(jì)熱（冷）負(fù)荷Q和供回水溫差Δt是計(jì)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(jì)中，設(shè)計(jì)熱指標(biāo)值均較高。如沈陽(yáng)市計(jì)熱指標(biāo)選用的平均值為88W/m2[76kcal/(m2oh)]，而實(shí)測(cè)值約為 52～58W/m2[45～50kcal/(m2oh)]；北京過(guò)去一般取 70～81W/m2[60～70kcal/(m2oh)]，而實(shí)測(cè)值約為46～58 W/m2[40～50kcal/(m2oh)]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(yùn)行效率，加大了運(yùn)行成本，浪費(fèi)了電能。

2.2 揚(yáng)程選擇過(guò)高，造成選用泵偏大

供熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，二次網(wǎng)循環(huán)系統(tǒng)實(shí)際揚(yáng)程一般約為150～300kPa，但水泵選型時(shí)，揚(yáng)程值一般為400～600kPa，水泵電功率與揚(yáng)程成正比關(guān)系，揚(yáng)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(yáng)程選擇過(guò)大也是一個(gè)非常普遍的問(wèn)題。如果辦公大樓，制冷量為355Rt，設(shè)計(jì)冷卻水量為300t/h，揚(yáng)程55m，但實(shí)測(cè)冷卻水泵揚(yáng)程約為20～25m，節(jié)流閥門(mén)消耗了34m，即冷卻水泵的70%的能量消耗在閥門(mén)上。

2.3 一些國(guó)產(chǎn)水泵屬低效產(chǎn)品，新設(shè)計(jì)制造的泵或國(guó)外引進(jìn)的泵，效率較高，一般效率提高10%～20%，電動(dòng)機(jī)一般提高1%～5%。效率的提高往往是指其額定工作點(diǎn)的75%附近。但實(shí)際工況常常偏離高效率點(diǎn)，的以實(shí)際運(yùn)行效率還是較低。

2.4 泵運(yùn)行耗電量大的原因

2.4.1 大流量運(yùn)行方式增大了泵的運(yùn)行功率

為了解決熱網(wǎng)水平失調(diào)帶來(lái)的用戶冷熱不均的問(wèn)題，許多供熱系統(tǒng)采用了“大流量、小溫差”的運(yùn)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(shí)際運(yùn)行達(dá)到3～5kg/h，流量大，加大了泵的設(shè)計(jì)電功率容量；流量大，增加了泵的運(yùn)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(shí)際為2～3kg/h。流量大使供、回水溫差從設(shè)計(jì)值45℃降至于15～20℃，增加了泵的運(yùn)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(lái)耗電量的增大。例如，一般建筑面積3.0萬(wàn)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。

2.4.2 水泵運(yùn)行在低效率區(qū)，增大了無(wú)效能耗

泵的工作點(diǎn)指的是運(yùn)行時(shí)水泵的流量和揚(yáng)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(diǎn)。目前，泵運(yùn)行時(shí)的流量和揚(yáng)程比要求的大得多，消耗的功率也比預(yù)想的大得多。水泵工作點(diǎn)大于設(shè)計(jì)水量、設(shè)計(jì)揚(yáng)程點(diǎn)是“理想狀態(tài)”，水泵處于低效運(yùn)行區(qū)，增大了無(wú)效運(yùn)行范圍。

2.4.3 定流量運(yùn)行方式增大了水泵運(yùn)行電耗

一般供熱系統(tǒng)平均負(fù)荷率約為0.6～0.7。空調(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(shí)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(mén)來(lái)實(shí)現(xiàn)，采用這種方法，如果要求把流量調(diào)至額定流量一半，系統(tǒng)的能耗大致與額定狀況下的能耗相同。

2.4.4 并聯(lián)運(yùn)行方式增加了水泵運(yùn)行電耗

“一機(jī)對(duì)一泵”的運(yùn)行模式是供熱空調(diào)水系統(tǒng)中一次泵普遍選用的運(yùn)行模式。當(dāng)相同特性的2臺(tái)泵并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，流量與揚(yáng)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(shí)，流量、揚(yáng)程增加的較少。

2.4.5 空調(diào)供熱水系統(tǒng)一般采用一級(jí)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(yùn)行，末端設(shè)備要求變流量運(yùn)行。一級(jí)泵系統(tǒng)的特點(diǎn)是利用一根旁通管來(lái)保持冷（熱）源側(cè)定流量，而讓用戶處于變流量運(yùn)行，當(dāng)用戶負(fù)荷變化需水量減小時(shí)，部分冷凍水旁通，但這并不影響通過(guò)水泵的總水量，水泵揚(yáng)程也保持不變，所以其水泵耗電功率不變。

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(jì)造成的、運(yùn)行形成的和泵本身等。因此，應(yīng)從設(shè)計(jì)、運(yùn)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(hào)

建設(shè)部1986年批準(zhǔn)頒布的《民用建筑節(jié)能設(shè)計(jì)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(jì)選用的水泵水輸送系統(tǒng)WTF應(yīng)大于、等于設(shè)計(jì)計(jì)算條件下（供、回水設(shè)計(jì)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。

3.2 采用先進(jìn)的泵的性能調(diào)節(jié)方法

3.2.1 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(lái)改變泵的性能，為泵性能改變的情況。理論上泵的性能調(diào)節(jié)是非常簡(jiǎn)單的，但，實(shí)際上尚存在許多問(wèn)題，例如，在改變?nèi)~輪外徑時(shí)，可能出現(xiàn)的問(wèn)題：必須拆下葉輪，停泵時(shí)間較長(zhǎng)；葉輪可能出現(xiàn)重量不平衡，產(chǎn)生異常振動(dòng)；加工量大時(shí)，泵效率下降，甚至產(chǎn)生噪聲。

3.2.2 當(dāng)需要增加負(fù)荷時(shí)，則不能恢復(fù)到原來(lái)的性能。設(shè)置減速機(jī)時(shí)，必須修改基礎(chǔ)。

3.2.3 變頻器的應(yīng)用

多年來(lái)已經(jīng)研制出多種交流電動(dòng)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(jí)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(diǎn)。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(shí)現(xiàn)正、反轉(zhuǎn)切換，起動(dòng)電流小和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行安全可靠的優(yōu)點(diǎn)。

4 強(qiáng)化管理，實(shí)施泵系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和節(jié)能運(yùn)行

管理標(biāo)準(zhǔn)：中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《泵類(lèi)系統(tǒng)電能平衡的測(cè)試與計(jì)算法》（GB/T 13468）?！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(yùn)行》（GB/T 13469-92）。測(cè)試項(xiàng)目與內(nèi)容：包括泵系統(tǒng)輸入電能和有功功率；電動(dòng)機(jī)輸出能量、功率和運(yùn)行效率；機(jī)械傳動(dòng)機(jī)械和調(diào)速裝置的能量損耗和傳動(dòng)效率；泵輸入能量和功率；泵輸出的能量、有效功率和運(yùn)行功率；機(jī)組運(yùn)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(yùn)行效率、電能利用率。系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和節(jié)能運(yùn)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(dòng)機(jī)的選型必須符合GB 12497的要求；泵的選型要求；管網(wǎng)設(shè)置要求和系統(tǒng)運(yùn)行要求等。

系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的判別與評(píng)價(jià)：系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的管理。包括掌握與運(yùn)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(yùn)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?jī)x表，監(jiān)視系統(tǒng)運(yùn)行情況；建立運(yùn)行日志和設(shè)備技術(shù)檔案；建立系統(tǒng)運(yùn)行操作規(guī)程、事故處理規(guī)程、用電考核制度、檢測(cè)維修制度。

系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、節(jié)能運(yùn)行的技術(shù)措施：本文介紹了供熱空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行中存在水泵耗能量較大，運(yùn)行效率較低的問(wèn)題：初步分析了能耗較大的原因；提出了要從設(shè)計(jì)、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(jì)、施工、運(yùn)行和生產(chǎn)廠家等各個(gè)方面只有大家都重視，才能達(dá)到預(yù)計(jì)的節(jié)能目標(biāo)。

[1]北京合理用能評(píng)估中心，北京地區(qū)公用建筑空調(diào)調(diào)查報(bào)告，2001.

[2]中國(guó)建筑學(xué)會(huì)暖通空調(diào)專(zhuān)業(yè)委員會(huì)，全國(guó)暖通空調(diào)制冷2000年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集.

[3]建設(shè)部城市建設(shè)研究院，城市供熱節(jié)能?chē)?guó)家標(biāo)準(zhǔn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)匯編，1999.