小區供熱系統運行節能技術的應用分析

尹貽亭 李銳

（北京建筑工程學院環境與能源工程學院 100044）

小區供熱系統運行節能技術的應用分析

尹貽亭 李銳

（北京建筑工程學院環境與能源工程學院 100044）

目前，由于在小區供熱系統運行中存在循環運行效率低、鍋爐控制不科學等問題，使鍋爐房的供熱量與用戶的需熱量不一致，造成不能滿足用戶對舒適性的要求和能源的極大浪費。通過工程應用表明，采用循環水泵變頻技術，提高了設備的運行效率，使系統得到合理的運行，起到明顯的節能效果。

供熱系統；水泵變頻；節能運行

1.前言

隨著我國經濟的持續快速發展，能源的消耗也在不斷地增加，節約能源和最大限度的利用能源是我國能源政策面臨的重大問題之一。建筑能耗在全國能源消耗中占有相當大的比例，而供熱系統的能耗是其中的主要方面之一。建筑能耗中有40%左右的能耗是冬季供熱能耗[1]。供熱系統節能包括熱源、供熱管網和熱用戶多個環節，目前，在我國的供熱系統中，區域鍋爐房和分散鍋爐房仍占有相當大的比例。然而，由于鍋爐的運行不能很好地適應室外氣候的變化、鍋爐排煙溫度較高、循環水泵運行效率低、鍋爐房控制系統不科學等問題的存在，使鍋爐房提供的熱量大大超過了用戶的需求，造成極大的浪費；對鍋爐房進行節能改造和合理地運用新技術是實現按需供熱、節約能源的關鍵，有利于促進節能減排。

本文分析某實際小區供熱系統水泵運行存在的問題和采取的節能改造技術，運行節能技術的應用效果。

2.供熱系統概況和存在的問題

該小區供熱系統鍋爐房的燃料種類為天然氣。用于冬季供熱的鍋爐有2臺型號為THW192/80，容量為9.1MW，1臺型號為18032/18，容量為8.4MW，共3臺（2用1備）。鍋爐房供熱面積為338373.03m2，其中居民供熱面積為299432.62m2，學校、辦公等公共建筑面積38940.41m2。供暖系統為直供系統，設計供、回水溫度為95℃/70℃，改造前系統主循環泵共5臺，4用1備，流量300m3/h，揚程60mH2O，額定功率90 kW，轉速1460 r/min。

小區供熱系統存在的問題是循環水泵運行效率低。其原因是，在鍋爐房設計過程中，由于在選擇循環水泵時，選擇水泵的流量和揚程遠超過實際運行時的參數。目前，大部分供熱系統采取單純的質調節，而且水泵不能實現變頻調速，當室外溫度變化時，水泵不能自行改變運行狀態，使水泵不能按有效的性能曲線運行，降低了水泵的運行效率，浪費了大量的電能，使運行費用增加。

3. 水泵節能改造技術應用

3.1 循環水泵變頻技術

在供熱系統中，循環水泵的控制和調節運行對管網的水力工況起著決定性的作用。目前在很多供熱系統中，水泵容量普遍偏大，導致系統的循環流量和水泵的壓頭過大，往往是“大馬拉小車”，使水泵耗電量偏大，造成能源的浪費。

循環水泵的軸功率是與水泵流量和揚程的乘積成正比的，且水泵的流量、揚程和軸功率均與水泵的轉速存在一定的比例關系[2]：

由此可以看出，水泵的軸功率與流量的立方成正比，水泵的揚程與流量的平方成正比。從理論上分析，當水泵的流量降低10%時，電機的轉速降低10%，相應地水泵的電耗將降低27.1%，當水泵的流量降低20%時，水泵的電耗將降低48.8%。所以，在保證供熱質量的前提下，有效地降低循環水泵的流量，能起到節約能耗的顯著效益。

如圖1所示，當采用變頻循環水泵后，水泵由初始的運行工作狀態點A按要求使供水流量從Q1減小到Q2。在供熱系統運行過程中，只是降低水泵的轉速，并保持管網的阻力特性曲線不變，同時不調節供水閥門的開度，此時水泵的軸功率與揚程H和流量Q的乘積成正比。從圖1中可以明顯看出BH2OQ2的面積比CH3OQ2的面積要大，體現了變頻水泵起到的節能作用。當改變水泵的揚程時，調整水泵的運行頻率，不調節供熱系統的調節閥，保持管網的阻力特性曲線不變；同樣，可以得出水泵運行功率下降的結論。

循環水泵變頻技術是在水泵的電機加變頻調速裝置，自動調節水泵電機的轉速，達到控制流量的目的。采用變頻調速技術后,提高了電機的功率因數,減少了無功功率消耗，在滿足用戶熱負荷的前提下,降低水泵的轉速,即降低了水泵的耗電量，盡可能多地節約了能源，具有明顯的節能效果。

3.2 水泵節能改造及實際效果分析

將小區供熱系統的兩臺90kW循環泵拆除，新更換一臺SB-ZL 300-250-360A型循環變頻水泵，該水泵額定流量為1000m3/h、揚程為33mH2O、額定功率為115kW，轉速1480r/min，其余3臺循環水泵作為備用。

在供熱期間內多次測試了循環水泵在穩定的電壓、溫度和壓力下運行的輸入有功功率。水泵改造前后工頻運行工況下的三次測量數據如表1所示。根據測試的結果，可以得出，節能改造前水泵的輸入功率為180kW, 電耗30kWh；節能改造后水泵的平均輸入功率為110.1kW,平均電耗18.34kWh。進一步，可以計算得到節省電能38.84%。分析，從理論上闡述了采用水泵變頻技術可以有效地降低供熱系統的運行能耗。

（3）對某小區的供熱系統進行了節能改造，并進行了運行狀況的測試。依據測試數據進行了節能效果分析，可以看到提高了水泵的運行效率，節省了電量，節能效果顯著。

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水泵節能改造后的運行結果表明，經過水泵變頻節能改造后，節省了因水泵運行消耗的電量，起到了明顯的節能效果。

4. 結論

（1）冬季供熱系統能耗在建筑能耗中所占比例大，因此應重視供熱系統的節能技術應用。

（2）本文對小區供熱系統存在的問題和運行效率低的形成原因進行了

[1]清華大學建筑節能研究中心.中國建筑節能年度發展研究報告（2008）.北京: 中國建筑工業出版社.2008年3月

[2]伍小亭, 蘆巖.循環水泵變頻調速運行實例研究.暖通空調[J].2006年第36卷第8期

[3]Fisher，Vanden，Karen，Jefferson，et al.What is driving China’s decline in energy intensity.Resource and Energy Economics[J]，2004，26（1）: 77-97.

[4]王瓊, 蔡覺先.氣候補償器的調節性能分析.山西建筑[J].2008年12月第34期第34卷

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.03.012