二次供水設(shè)備節(jié)能措施

陳英華

國(guó)內(nèi)大中型水廠泵站的能耗指標(biāo)，一般可達(dá)0.40kw·h/m3MPa左右，通常二次供水泵站 （二供設(shè)備）能耗指標(biāo)是水廠泵站能耗指標(biāo)的兩倍以上。

兩者能耗差異巨大的主要原因如下：

其中輕載低效運(yùn)行是二供設(shè)備高能耗的最主要原因，是長(zhǎng)期未能解決的突出問題，運(yùn)行工況的復(fù)雜性還導(dǎo)致目前各類二供設(shè)備產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)均無能耗指標(biāo)要求，這與當(dāng)前節(jié)能減排的迫切需求太不相稱。

如何解決中小流量低效運(yùn)行問題，以往人們主要考慮多泵并聯(lián)代替1、2臺(tái)大泵，但由于并聯(lián)泵臺(tái)數(shù)多了以后，降低了配泵本身的額定流量，其額定工況效率也會(huì)比大泵降低，因此還是難以解決高能耗問題，本文從系統(tǒng)應(yīng)用考慮，提出一些新的節(jié)能技術(shù)措施，以供參考。

一、標(biāo)準(zhǔn)二供設(shè)備能耗簡(jiǎn)要估算

通常二供設(shè)備 （標(biāo)準(zhǔn)二供設(shè)備）能耗相對(duì)值的簡(jiǎn)要估算基于下述考慮：

（1）各類二次增壓供水一般為全流量變化型，大流量時(shí)間短，小流量時(shí)間長(zhǎng)，設(shè)大、中、小流量供水分別占一天總供水量的1/3。

（2）二供設(shè)備配套水泵變工況運(yùn)行，大、中、小流量工況，配泵效率典型值分別為70%、55%、35%。電機(jī)效率分別為87%、86%、79%。

（3）所計(jì)算的能耗相對(duì)值是指設(shè)備實(shí)際能耗W2與假想的額定工況能耗 （理想值）W1的比值。W2/W1=（We2/η2） /（We1/η1）， 兩種工況供水量相同時(shí)， 有效能耗We1=We2， W2/W1=η1/η2(We1、η1是額定工況的有效能耗與總效率；We2、η2是實(shí)際工況的有效能耗與總效率)。標(biāo)準(zhǔn)二供設(shè)備能耗相對(duì)值估算如下表：

考慮設(shè)計(jì)流量可能冗余過大或入住率低，再考慮夜間零微流量因素，實(shí)際工程中標(biāo)準(zhǔn)二供設(shè)備能耗值往往更高。

例：假設(shè)由于二次供水設(shè)計(jì)流量過大或入住率低，導(dǎo)致實(shí)際工程中大、中、小變流量供水，分別占總供水量的0、50%、50%。則能耗相對(duì)值估算結(jié)果為：實(shí)際運(yùn)行總能耗3.49，與假想的額定工況運(yùn)行總能耗2.0相比，多耗能74.5%。是水廠泵站能耗（約1.46）的2.39倍。

二、節(jié)能新技術(shù) （方案1）

1、技術(shù)原理

該技術(shù)方案原理如圖1所示，設(shè)備中配置一個(gè)氣壓罐 （看作中間水箱），小流量工況采用兩級(jí)增壓供水：先由主泵做前級(jí)增壓，其目的是給中間水箱補(bǔ)水并獲得中間壓力；再以中間水箱為水源由輔泵做后級(jí)增壓，其目的是滿足設(shè)備出口供水壓力及水量需求。

本方案中由于前級(jí)增壓的運(yùn)行工況不受出口小流量限制，可以自動(dòng)變壓、變流量、沿水泵額定效率線運(yùn)行 （圖2），因此可以大幅提高前級(jí)泵運(yùn)行效率。

2、能耗相對(duì)值估算

仿照前述能耗估算方法，采用方案1的二供設(shè)備，僅考慮小流量做兩級(jí)增壓，設(shè)前級(jí)泵增壓70%，后級(jí)泵增壓30%，輔泵效率按35%其電機(jī)效率按79%考慮，則其能耗相對(duì)值估算如下：

小流量供水比重越大，采用本技術(shù)的二供設(shè)備節(jié)能效果越好。若中流量工況也作兩級(jí)增壓運(yùn)行，按上述方法估算比標(biāo)準(zhǔn)二供設(shè)備節(jié)能30%左右，或者采用特制高效能輔泵也可獲得30%左右節(jié)能效果。

實(shí)際工程中設(shè)計(jì)流量可能冗余過大，或入住率低，再考慮夜間零微流量因素，采用本技術(shù)方案的二供設(shè)備，可能節(jié)能效果比估算值更高。

例：假設(shè)由于二次供水設(shè)計(jì)流量過大及入住率低，導(dǎo)致實(shí)際工程中大、中、小變流量供水分別占總供水量的0、50%、50%。則能耗相對(duì)值估算結(jié)果為：實(shí)際運(yùn)行總能耗2.65，與假想的額定工況運(yùn)行總能耗2.0（理想值）相比，多耗能32.5%。但與標(biāo)準(zhǔn)二供設(shè)備能耗3.49相比，可節(jié)能31.7%。

3、技術(shù)經(jīng)濟(jì)性

本技術(shù)方案中的氣壓罐可以作為多功能罐使用，通過控制程序可以很容易實(shí)現(xiàn)分時(shí)復(fù)用、一罐三用：

（1）零流量時(shí)：作為二供設(shè)備出口氣壓罐，用于停機(jī)保壓。

（2）小流量時(shí)：作為中間氣壓水箱，用于小流量節(jié)能運(yùn)行。

（3）大流量時(shí)：作為疊壓供水補(bǔ)償罐，用于防止過度抽吸。

對(duì)間歇型供水流量場(chǎng)合，氣壓罐本來就是設(shè)備中不可缺少的，本技術(shù)方案擴(kuò)展了氣壓罐用途，具有良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性。

圖1 節(jié)能方案一：1用1備+節(jié)能輔泵

圖2 水泵變壓變流量運(yùn)行示意圖

表1

三、節(jié)能新技術(shù) （方案2）

1、技術(shù)原理

該技術(shù)方案原理如圖3所示，高、低區(qū)二供設(shè)備的出口串接一臺(tái)增壓輔泵，其揚(yáng)程取高、低區(qū)供水壓力之差。串聯(lián)輔泵的意義在于把本來獨(dú)立的兩個(gè)分區(qū)關(guān)聯(lián)起來，這種關(guān)聯(lián)使得流量合并與分解成為可能。

其節(jié)能原理在于：各分區(qū)中、小流量供水時(shí)，只需啟動(dòng)一臺(tái)低區(qū)主泵 （高區(qū)主泵不用運(yùn)行），該泵可稱為公用泵，在滿足低區(qū)供水的同時(shí)，兼作高區(qū)的前級(jí)增壓 （高區(qū)壓力由輔泵再次增壓滿足），該泵流量擴(kuò)展為高低兩區(qū)流量之和，對(duì)各分區(qū)而言的中、小流量，對(duì)該泵來說已成為大、中流量，因此該泵效率大幅提高。

圖3 方案2原理示意圖

圖4 標(biāo)準(zhǔn)二供設(shè)備示意圖

表2

與采用兩臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)二供設(shè)備 （圖4）相比，可以說本技術(shù)方案節(jié)能原理在于：采用一臺(tái)公用的高效泵代替了兩臺(tái)獨(dú)立低效泵，從而有效避免或減少了二供設(shè)備的輕載低效工況，其節(jié)能效果是顯而易見的。

2、能耗相對(duì)值估算

該技術(shù)方案特別適用于豎向多分區(qū)的高層建筑供水系統(tǒng)，以豎向兩分區(qū)為例，仍按各分區(qū)考慮大、中、小流量分段，并假設(shè)高低區(qū)流量變化同步，仿照前述方法，能耗相對(duì)值估算如下：

各分區(qū)中、小流量供水量越大，采用本技術(shù)的二供設(shè)備節(jié)能效果越好。考慮實(shí)際工程中設(shè)計(jì)流量可能冗余過大，或考慮入住率低，采用本技術(shù)方案的二供設(shè)備，可能節(jié)能效果比估算值更高。

例：假設(shè)由于二次供水設(shè)計(jì)流量過大及入住率低，導(dǎo)致實(shí)際工程中高、低區(qū)始終處于中小流量供水工況，大、中、小流量分別占總供水量的0、50%、50%。則能耗相對(duì)值估算結(jié)果為：實(shí)際運(yùn)行總能耗2.29，比理想設(shè)備 （總能耗2.0）多耗能14.5%，但與兩臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)二供設(shè)備總能耗3.49相比，可節(jié)能52%。

3、技術(shù)經(jīng)濟(jì)性

采用本技術(shù)方案的設(shè)備具有良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性：

（1）輔泵故障停機(jī)時(shí)，方案2設(shè)備變?yōu)楦叩蛥^(qū)兩臺(tái)相互獨(dú)立的設(shè)備，只是不能節(jié)能運(yùn)行了，不影響高低區(qū)供水的持續(xù)性。

（2）方案2改變了設(shè)備配置思路，低區(qū)備用泵可兼做高區(qū)備用泵，可省去一臺(tái)高區(qū)主泵，節(jié)省了成本、減少了占地面積，并不太影響可靠性。

（3）方案2改變了設(shè)備配置思路還體現(xiàn)在氣壓罐配置上，從各分區(qū)考慮不宜取消的氣壓罐，從總流量總戶數(shù)考慮，實(shí)際工程常常可考慮取消氣壓罐，節(jié)省成本、減少占地面積。

4、設(shè)備配置

本技術(shù)方案將高層建筑二次供水系統(tǒng)的總流量與各分區(qū)流量關(guān)聯(lián)起來，因此實(shí)際工程中設(shè)備配置非常靈活，需統(tǒng)籌考慮高低區(qū)流量分配與設(shè)備參數(shù)配置的有機(jī)結(jié)合，需考慮最節(jié)能與最經(jīng)濟(jì)原則的協(xié)調(diào)，還需考慮與之相配的運(yùn)行調(diào)度規(guī)則及其易實(shí)現(xiàn)性。從技術(shù)經(jīng)濟(jì)性考慮，應(yīng)特別注意節(jié)能原則、公用泵、備用泵原則，可遵循如下思路：

（1）各分區(qū)配泵一般考慮1用1備、2用1備，泵效率較高；且考慮所有主泵流量相同，便于配套維修；還便于任一低區(qū)泵兼作兩區(qū)公用泵、備用泵，節(jié)省一臺(tái)高區(qū)主泵。常用配套方案如下：

（2）串聯(lián)輔泵的流量可做兩種選擇：一是單純考慮節(jié)能，可按高區(qū)主泵流量的50%左右配泵；二是節(jié)能的同時(shí)還考慮節(jié)省一臺(tái)高區(qū)主泵，需按高區(qū)主泵流量配輔泵。

（3）高、低區(qū)主泵流量相同但過大時(shí)，或高、低區(qū)主泵流量不同且低區(qū)主泵流量過大時(shí)，可考慮增設(shè)較小流量的公用輔泵2（見圖5）；以確保本方案提升中小流量運(yùn)行效率的節(jié)能意義。輔泵2參數(shù)的考慮因素仍然是節(jié)能原則、公用泵、備用泵原則。

（4）高低區(qū)合并總流量80m3/h以上或總戶數(shù)大于1000時(shí)可以考慮不配氣壓罐，以節(jié)省成本。

（5）考慮特小流量節(jié)能運(yùn)行，考慮零微流量停機(jī)保壓功能時(shí)，可將方案1與方案2節(jié)能技術(shù)復(fù)合應(yīng)用。

（6）對(duì)高、中、低三分區(qū)，設(shè)備配置考慮更為靈活，仍可遵循上述思路。

5、運(yùn)行調(diào)度

例：對(duì)圖5所示的雙出口雙壓力供水設(shè)備，用4位數(shù)字表示泵的運(yùn)行：4位數(shù)字順序分別代表：低區(qū)泵、1#輔泵、2#輔泵、高區(qū)泵，數(shù)字取1表示運(yùn)行，0表示停止。設(shè)備配置與運(yùn)行調(diào)度規(guī)則見表3。

四、小結(jié)

本文從系統(tǒng)節(jié)能考慮，通過分解或人為制造不同工況時(shí)二供設(shè)備內(nèi)部的流量分配關(guān)系，巧妙配置并利用人們不常使用的串聯(lián)泵，提出了一些新的節(jié)能技術(shù)措施，除了前述的方案1、方案2，還可以有方案3，就是將前兩方案復(fù)合起來，它們?cè)趯?shí)際應(yīng)用中各有特點(diǎn)，小結(jié)如下：

表3 設(shè)備配置與運(yùn)行調(diào)度舉例

圖5 雙出口雙壓力供水設(shè)備示意圖

二次供水由于工況復(fù)雜，設(shè)備規(guī)格系列眾多，一直難以建立設(shè)備的能效分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)有的各類二供設(shè)備產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)也均無能耗指標(biāo)要求。而現(xiàn)實(shí)情況，從泵、閥、罐、管路、電機(jī)、系統(tǒng)配置、運(yùn)行調(diào)度等各方面考慮，有很多節(jié)能技術(shù)措施可以用于二供設(shè)備，如果能早日建立能效分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，鼓勵(lì)采用推廣各種節(jié)能技術(shù)，對(duì)解決二供設(shè)備高能耗問題具有重要意義，對(duì)目前大力提倡的節(jié)能減排、低碳社會(huì)具有重要意義。

本文針對(duì)二供設(shè)備，一方面提出一些節(jié)能措施，另一方面也是希望對(duì)建立節(jié)能產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和試驗(yàn)方法作些探討，文中對(duì)能耗的分析估算粗糙且設(shè)置條件可能與實(shí)際不符，由此產(chǎn)生的錯(cuò)誤、不當(dāng)之處，歡迎批評(píng)指正、交流探討。