供熱空調系統的節能措施

韓玉榮

（吉林鋼鐵有限責任公司，吉林 吉林 132104）

1 供熱空調系統節能的意義

根據全國第三次工業普查公布的統計數字，我國風機消耗壓縮機類通用機械總裝機容量為1.6億kw，其中風機約為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，占工業用電量的40%，在國民經濟中舉足輕重，根據“三北”地區29個大、中城市鍋爐供暖期實際能耗調查：單方實耗標準煤礦，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。是供熱電耗指標。說明供熱系統電耗較大，供熱空調系統節能具有重大意義。

2 空調供熱泵電耗在的原因分析

2.1 設計熱（冷）負荷Q和供回水溫差Δt是計算流量的主要依據。

“三北”地區各城市，在以往的供熱設計中，設計熱指標值均較高。如沈陽市計熱指標選用的平均值為88W/m2[76kcal/(m2oh)]，而實測值約為 52～58W/m2[45～50kcal/(m2oh)]；北京過去一般取 70～81W/m2[60～70kcal/(m2oh)]，而實測值約為46～58 W/m2[40～50kcal/(m2oh)]等。熱負荷基數偏大，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。

2.2 揚程選擇過高，造成選用泵偏大

供熱系統設計時，二次網循環系統實際揚程一般約為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系，揚程偏高導致水泵電氣容量增大。空調系統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，節流閥門消耗了34m，即冷卻水泵的70%的能量消耗在閥門上。

2.3 一些國產水泵屬低效產品，新設計制造的泵或國外引進的泵，效率較高，一般效率提高10%～20%，電動機一般提高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。

2.4 泵運行耗電量大的原因

2.4.1 大流量運行方式增大了泵的運行功率

為了解決熱網水平失調帶來的用戶冷熱不均的問題，許多供熱系統采用了“大流量、小溫差”的運行方式。如住宅間接供暖的二次循環水泵或直接供暖的一次水循環水泵流量，單位建筑供暖面積約為2～3kg/h，實際運行達到3～5kg/h，流量大，加大了泵的設計電功率容量；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供熱系統循環水泵的電功率約為15～30kw之間，若系統循環水量提高1.4倍，則消耗電功率提高2.74倍，達41～82kw。

2.4.2 水泵運行在低效率區，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管網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，消耗的功率也比預想的大得多。水泵工作點大于設計水量、設計揚程點是“理想狀態”，水泵處于低效運行區，增大了無效運行范圍。

2.4.3 定流量運行方式增大了水泵運行電耗

一般供熱系統平均負荷率約為0.6～0.7。空調系統平均負荷率一般約為0.3～0.35，北京地區98%的時間負荷率均在70%以下。但水泵為恒速泵。為了適應負荷的變化，流量的調節依靠閥門來實現，采用這種方法，如果要求把流量調至額定流量一半，系統的能耗大致與額定狀況下的能耗相同。

2.4.4 并聯運行方式增加了水泵運行電耗

“一機對一泵”的運行模式是供熱空調水系統中一次泵普遍選用的運行模式。當相同特性的2臺泵并聯運行時，流量與揚程及耗電功率都增加了，變化的多少與管網的特性曲線有關，管網阻力越大時，流量、揚程增加的較少。

2.4.5 空調供熱水系統一般采用一級泵系統，節電效果不明顯。

空調供熱水系統的冷（熱）源要求定流量運行，末端設備要求變流量運行。一級泵系統的特點是利用一根旁通管來保持冷（熱）源側定流量，而讓用戶處于變流量運行，當用戶負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。

3 空調供熱泵的節能

使空調供熱泵能耗偏大的原因有設計造成的、運行形成的和泵本身等。因此，應從設計、運行和提高泵的性能等方面進行。

3.1 嚴格按照水輸送系數的要求確定水泵的型號

建設部1986年批準頒布的《民用建筑節能設計標準（采暖居住建筑部分）》中規定的控制指標為：設計選用的水泵水輸送系統WTF應大于、等于設計計算條件下（供、回水設計溫度為95/70℃）的理論水輸送系數（WTF）th的0.6倍，即 WTF≥0.6(WTF)th。

水輸送系數的定義是：循環水泵單位電耗（1kwh）所能輸送出的熱媒供熱量。

3.2 采用先進的泵的性能調節方法

3.2.1 傳統的泵性能調節方法

以往，采用改變葉輪外徑或采用減速機改變轉速等方法來改變泵的性能，為泵性能改變的情況。理論上泵的性能調節是非常簡單的，但，實際上尚存在許多問題，例如，在改變葉輪外徑時，可能出現的問題：必須拆下葉輪，停泵時間較長；葉輪可能出現重量不平衡，產生異常振動；加工量大時，泵效率下降，甚至產生噪聲。

3.2.2 當需要增加負荷時，則不能恢復到原來的性能。設置減速機時，必須修改基礎。

3.2.3 變頻器的應用

多年來已經研制出多種交流電動機調速裝置，如定子調壓調速、變極調速、滑差調速、電磁耦合器調速、串級調整、整流子電機調速和液力耦合器調速等。但上述調速方式仍存在調速范圍窄等缺點。隨著電力電子技術、微電子技術及控制理論的發展，作為交流調速中心的變頻調速技術得到了顯著的發展。這種調速方式具有節能，調速范圍大（從 1：00～1：1000），易于實現正、反轉切換，起動電流小和結構簡單、運行安全可靠的優點。

4 強化管理，實施泵系統的經濟運行和節能運行

管理標準：中華人民共和國國家標準《泵類系統電能平衡的測試與計算法》（GB/T 13468）。《工業用離心泵、混流泵、軸流泵與旋渦泵系統經濟運行》（GB/T 13469-92）。測試項目與內容：包括泵系統輸入電能和有功功率；電動機輸出能量、功率和運行效率；機械傳動機械和調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；機組運行效率、電能利用率；系統管網的能量損耗和效率；泵系統運行效率、電能利用率。系統經濟運行和節能運行的技術要求：包括系統的機組設備必須達到選型優化、匹配合理；交流電動機的選型必須符合GB 12497的要求；泵的選型要求；管網設置要求和系統運行要求等。

系統經濟運行的判別與評價：系統經濟運行的管理。包括掌握與運行有關的工況因素，了解系統中機組管網是否經常處于經濟運行狀態；在泵機組和管網的有關部位安裝流量、壓力流量儀表，監視系統運行情況；建立運行日志和設備技術檔案；建立系統運行操作規程、事故處理規程、用電考核制度、檢測維修制度。

系統經濟運行、節能運行的技術措施：本文介紹了供熱空調系統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；提出了要從設計、先進調速方法、管理、設備等各方面采取相應措施、降低能耗、提高效率。由于水泵節能牽涉到設計、施工、運行和生產廠家等各個方面只有大家都重視，才能達到預計的節能目標。

[1]北京合理用能評估中心，北京地區公用建筑空調調查報告，2001.

[2]中國建筑學會暖通空調專業委員會，全國暖通空調制冷2000年學術年會論文集.

[3]建設部城市建設研究院，城市供熱節能國家標準行業標準匯編，1999.