小区集中供热系统循环水泵电耗实测分析

暖通空调HV&AC 2008 年第38卷第1期●123●运行管理小区集中供热系统循环水泵电耗实测分析清华大学刘兰斌*付林江亿摘要对6个小区集中供热 系统的17台循环水泵的电耗、实际运行效率、循环流量进行了实测,分析了造成小区集中供热系统输配能耗较高的原因,结合实例计算了各种能耗损失的大小和所占比例,给出了小区集中供热系统实际需求耗电量指标。关键词集中供热循环水泵输配系统水泵电耗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引言用超声波流量计测出水泵的实际流量G,用水供热系统循环水泵的节能潜力很大,尤其是小泵 进出口压力表测出水泵的实际扬程H;用电功区集中供热系统的循环水泵，由于选型不合理,实率计测 出水泵的实际功率W。由于电动机的机械际工作点偏离了水泵高效区,实际循环流量也偏传动损失相比水泵的其他损失很小，可以忽略，从大,导致了供热系统的输配系统能耗普遍偏高。同而可根据式(1)求出水泵的实际运行效率η和实际时也由于缺乏输配系统耗电的合理定额，未能引起运行工况点。运行管理人员的注意,导致输配系统耗电水平参差η=0.002 722 X 100%(1)W不齐。笔者于2005- 2006 年供暖季对6个小区锅炉.2 测试结果房的17台水泵进行了能耗测试,总结出目前我国测试发现，由于水泵选型不合理,造成了水泵小区集中供热系统中循环水泵普遍存在的一些问性能与管路实际阻力特性不匹配的情况，多数水泵题,希望能够引起设计人员和运行管理人员的重实际工况点偏离了设计点,水泵效率普遍偏低。表视,从而能够在设计阶段合理设计,在运行阶段对电耗较高的既有输配系统有针对性地进行改造。中国煤化工:研究生1小区 集中供热系统循环水泵的现状及存在的问MHCNMHG匙E- mail: 1lb04@mails. tsinghua. edu. cn收稿日期:2006- 12-121.1 测试方法修回日期:2007-04-09●124●运行管理暖通空调HV&AC 2008 年第38卷第1期1给出了实测的6个小区锅炉房的循环水泵测试最大温差很小,多为8 C左右,表明系统循环流量结果。测试中还发现各试点供热系统输送介质的普遍过大。表1循环水泵实测参数汇总额定参数实际参数备注流量/(m2/h)_扬程/m效率/%最大供回水温差/C流量/(m2/h) 扬程/m效率%区111903487.851)2722锅炉间歇运行2#7. 852657小区23$320338(8.803558实测为并联效率4327:358小区35#1007.75173(63.5实测为并联效率67. 753C63.5小区4低区7#1258. 58170. 1513.533.58.5815.538.5小区4高区925.131.8 .510#257. 642255. 2小区5-次泵11#502029.654. 4小区5二次泵高区12#9.9162. 52:48.9小区5二次泵低区13#7.351074049. 6小区614#7. 1015#16078. 10307016#32(7312. 5027535517#280_221)锅炉间歇运行,7.85 C为锅炉运行期间的温度,最冷天全天锅炉供回水平均温差为4.0 C ,如采用低温连续运行方式，流量可大幅度降低。1.3小区集中供热系统循环水泵存在的问题只占水泵额定扬程的50%左右,水泵工况点严重1.3.1 水泵选型过大偏离。因此即使不减小管网循环流量,仅改变水泵实测发现，供热系统中循环水泵选型普遍过实际工况点,提高水泵效率至75%,则小区1可节大,由此带来以下三个问题。电18%,小区4低区可节电39%,小区5高、低区1)水泵效率大幅度降低二次泵可节电25%,可见提高水泵实际运行效率由于循环水泵额定扬程远大于实际所需,水泵可有效减少输配系统能耗。工作点从图1中高效点A偏离至B,直接导致水2)实际流量远大于设计流量泵效率大幅度降低，即由额定高效点n降为ηp,设备选型过大,不仅使水泵效率偏离高效点，使得水泵长期在低效率点工作。而且使实际流量远远大于设计流量,直接引起泵耗增加。如图2所示，系统设计流量为Gs,在实际管网特性曲线b上,能达到设计流量GA,C为水泵0.6的理想工作点,水泵能耗大小用矩形GCDO的面b。15数积表示(不考虑水泵效率的影响) ,但由于水泵选型?偏大，导致其实际工作点为B,流量变为Gr,水泵050100150200250300350400能耗大小用矩形FBEO的面积表示，图中的阴影流量/ue/h)围1扬程偏大时的水泵工作点分析n。小区1主循环水泵、小区4低区循环水泵以及小区5高、低区二次泵等都由于水泵额定扬程太中国煤化工大,导致实际运行效率较低。小区1主循环水泵额YHCN MH G300 30400定效率为80%,而实测仅为57%;小区4低区循环流量/(=/h)水泵的实测效率仅为33. 5%和38. 5%,实际扬程图2流量偏大时的水泵工作点分析暖通空调HV&AC 2008 年第38卷第1期运行管理●125，面积即为水泵选型偏大引起流量偏大带来的多余小，虽然这种情况较少,但仍存在。水泵选型过小，能耗。水泵工作点发生偏离,如图4所示,由设计点A偏以小区1为例,泵设计流量为350m3/h,而实.离至实际工作点B,这带来两个问题:一是循环流测流量达到544m2/h,流量增加引起的泵能耗是量减小，可能会影响供热质量;二是水泵的效率由实际所需泵能耗的3.67倍。若将系统流量由现在额定高效点nA降为nηB。的544 m'/h降为350 m3 /h,则扬程可降为11 m,0.8同时能使水泵工作在高效点(平均效率75%)。一0.7|b个供暖季可减少电耗154 284 kWh,占目前泵能B_10.5蠡耗的79. 3%。3)关小水泵出口阀门水泵选型严重偏大，以致在管网特性曲线b100200 300400流量//上,工作点B偏离过大,为防止流量太大导致电动机电流超标或减少因流量大而造成的泵能耗损失，圄4水泵选型偏小时的工作点分析通过关小水泵出口阀门将管网特性曲线由b变为测试中发现小区5一次泵选型偏小,其额定流a ,减小循环流量,水泵工作点由B变为A,使大量量和扬程分别为50 m? /h, 20 m,而实际流量仅为电能浪费在水泵出口阀门上,其大小用图3中矩形29.6 m2 /h,扬程达25 m,水泵工作点偏离,水泵效FACG的面积表示。率仅为54. 4%。70.91.3.3变频泵 和定速泵并联运行40.8实际工程中,常有工程技术人员采用一拖二的70水泵变频调节方式,即两台水泵中一台变频(变转速)运行,另外一台工频(定转速)运行。在分析这种调节方式的节能效果时,往往只简单地考虑水泵5010150200250300350400流量减小对能耗减少有利的一面,而忽视这种连接流量//h)方式可能降低水泵效率的不利一面。團3关小水泵出 口阀门时的水泵工作点分析如图5所示，曲线a为额定转速下单台水泵的在测试中发现,小区6各支路供暖水泵出口管特性曲线， 曲线b为额定转速下2台水泵的并联特道阀门的开度都在50%左右。泵出口阀门消耗的性曲线, 假设系统流量为G时,点A为单台泵的实压降最大达0.19 MPa,占水泵扬程的53% ,最小际工况点,水泵处于最高效率点 n,当流量需要减也达到了0. 06 MPa,如表2所示。这是由于供暖小到Gr时,若采用一-拖二的变频调节方式,则变频泵额定扬程偏大,如果不关小阀门,会导致循环泵泵的实际工况点变为B,定速泵的实际工况点变为流量急剧增加,甚至造成电动机过载。C,由等效率曲线可知,变频泵效率由η变为p,定表2小区6南区供暖水泵出口阀门消耗的压差D.8泵出口阀门消耗的压差/MPa1.6。5(14#水泵出口0.05400.5米15#水泵出口0.13乐3016#水泵出口0.1917#水泵出口.0.06100 200300400500 600另外,小区供热系统还存在由于设计不合理，流量/(-/) .支路阻力差异较大、不得不增加大量阀门等阻力件中国煤化工物&本曲线进行平衡的缺点,也使得输配系统效率偏低。MH. C NMH G转性曲线1.3.2水泵选型偏小”拖二情况下水泵井联特性曲线水泵选型不合理的另一个方面是水泵选型偏圈5变频泵和定速泵并联运行时的工作点分析●126●运行管理暖通空调HV&AC 2008 年第38卷第1期速泵效率由n变为n: ,2台水泵均偏离高效点。A,B为相似工况点，效率相同，均在高效点η下由于采用- 拖二的变频调节方式会使水泵效工作,同时水泵流量变化幅度-致,有利于水泵稳率降低,因此当流量需要变化时,不宜采用这种方定工作,并可以在任何流量范围内高效工作,因此式,而是应对2台水泵同时进行变频调节,如图6水泵并联运行,采用变频调节时应对每台水泵均进所示,当流量由G减小到G2时，单台水泵的工况行变频,保证水泵在高效点工作。点由A变为B ,从水泵等效率曲线可以看到，由于同理，当采用不同类型的大小泵并联运行时，也很容易造成水泵不能同时处于高效点工作的状]0.8况。0.61.4输配系统的实际需求电耗6b10.2综上所述,水泵耗电偏大主要有以下两个方面。4的原因:一是系统流量偏大,从供回水温差普遍偏100200300400500 600流量/w/h)小可以看出;二是系统效率较低,包括水泵选型不合理导致的水泵实际运行效率偏低、管路设计不合2台水泵同时变速时单泵特性曲线管网特性曲线理或其他原因导致的大量阀门等阻力件的使用。水泵在额定转速下效率曲线，扣除以上浪费的电能，可以得到各个试点需求的耗2台水泵网时变速时井联特性曲线--水泵等效率曲线电量。圈6 2台变频泵并联运行时的工作点分析水泵轴功率计算式为(- AHy)G-C')N-N' =: GH _ G'H'_ (GH_ GH )+ GAHyGON,+ONv+ANc7η7η7η(2)式中N ---系统实际耗电功率,kW;表3各个试点循环水泵的 单位面积电耗N'---系统实际需求耗电功率,kW;kWh/m2输配系统系统低效率引起的电损失 多余流量2引起 需求耗电量G --供热 系统当前的实际流量,m'/h;实际耗电量ANvD的电损失NGcH-- 水泵提供的实际扬程,m;小区11. 9810. 3681.1410.473η--水泵实际运行效率;小区2 L.4700.2520.7380.480区31.3010.1210.8620.318- 供热系统的需求流量, m2 /h;2. 6570.8860.7401.031H'-- 供热系统的需求扬程,m;小区5 3.2010.8981. 2561.047小区61. 880.041_0.350 .0.398 .1.092”一-水泵可达到的运行效率,取70%;1) 此处只考虑水泵出口阀门的电损失:OHv-阀门等 阻力件消耗的实际扬程,m;2)以供回水温差为12 C时的流量为需求流量。ON,--水泵效率偏低引起的多余功耗,,kW;迟的ONv- -不合 理的设计导致的阀门等阻力件s 50t690t引起的多余功耗,kW;ONe--流量偏大引起的多余功耗,kW。小区1小区2小区3区4小区5小区6根据式(2)可以分别计算出水泵效率偏低导致口需求耗电量■ 系统低效率引起的电损失的多余功耗ON,,不合理多余阀门消耗的功耗s多余流量引起的电损失ONv以及流量偏大引起的多余功耗oNc.从实际圈7循环水泵电耗分布比例耗电中扣除这些损失,就可以得到各个试点整个供暖季[中国煤化工5 kWh/m2 ,对于暖季的循环水泵的需求耗电量,见表3,循环水泵设有:MYHCN M H G,单个供暖季的输电耗分布比例见图7。配水泵电耗为1.0~1.1kWh/m2。因此如果能够从上述结果可以看到,对于直供系统,单个供(下转第48页)●48●专业论坛暖通空调HV&AC 2008 年第38卷第1期Fs = {温室气体排放fsI,而否定评价本身，避免在空调系统方案选择时,仅城市美观fs2 ,噪声振动fs})由几个项目领导拍板了事。根据评分表,对Fs中每一个因素进行评价，4.3建立一套科学的评价体系是解决问题的正确可得fs的评价为D,,D;为一个三维向量,则得评选择,并且该体系应是开放性的，如可增加影响因价矩阵:素,设用户权重等。由于影响空调系统选择的因素S=(D、D2... D,)(14)多且复杂，系统评价是一项较为复杂的工程,因此，对以上各因素取权重,可得权重模糊集B,则本文分析得也不一定全面准确,仅作抛砖引玉之得空调系统性能的评价向量:用，以期能推动空调系统方案的科学评价与选择。Fs =B.S(15)参考文献:3.6系统方案的一 .级评价[1] KatarAna H. Environmental impact assessment using综合评价向量F~Fs,可得空调系统- - 级评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,确定各因素的权重。得权重模of knowledge-based system for the selection ofHVAC systems types for small building-part 1:糊集D,而用户如果有自已的侧重,可对此进行修knowledge acquisition[G]// ASHRAE Trans, 1994,正。最后可得到评价结果向量F:100(1F= D.R( 17) [3] Chiou Hua-Kai, Tzeng Gwo Hshiung, Cheng DingChou. Evaluating sustainable fishing development根据向量F各值的大小，即可对各方案进行strategies using fuzzy MCDM approach[J]. The评价,并得出最优方案。International of Management Science, 2005, 33(3):4结论223- 2344.1空调系统方 案的选择是空调设计工作的非常[4]刘普寅,吴孟达模糊理论及其应用[M].长沙:国防科技大学出版社,1998重要的一个环节，是方向性的问题。只有方向正5]洪丽娟,刘传 聚.空调冷负荷时间频数及其应用[J]确，系统方案才可能是最优的。同时,空调系统方制冷与空调,2004,4(6) :63-65案的选择不仅仅关系到建设单位的经济效益,还关[6]中国建筑科学研究院 ,中国建筑业协会建筑节能专业委员会GB50189-2005公共建筑节能设计标准系着我国经济、社会的可持续发展战略的实施。因[S].北京:中国建筑工业出版社,2005此,空调系统的评价与选择意义重大。[7]李兆坚，江亿.暖通空调设计方案美观性评价分析[J].暖通空调,2006 ,36(4):34- 374.2本文详细分析了 影响空调系统评价的各种因[8]赵加宁 ,罗志文.暖通空调设计方案综合评价决策进素,并根据其各自的性质和对评价影响的大小进行展与展望[J].洁净与空调技术,2005, 12(3):12-16了分类,并采用模糊评价的方法对之进行处理。本[9]王平利,胥海伦. 基于多元评价函数的空调冷热源方案优选分析[J].制冷与空调,2002,2(3):16-18文的目的是想通过探讨,引起人们对系统方案评价[10]王永林.空调工程设计方案的可拓学评价[J].暖通空与选择的重视,不能仅因为评价方法的主观性太强调,2005,35(9):47- 49(上接第126页)题:一是输配系统效率偏低;二是系统循环流量普有效提高水泵的实际运行效率，撤消多余阀门,减遍偏大。以上两个问题是造成目前小区集中供热小流量,从而彻底消除由于输配系统效率偏低以及输配系统能耗较高的主要原因。流量偏大带来的多余电耗,大幅度降低供热输配系2.2通过对实测结果的分析可知, 单个供暖季,直统的电耗。供系统在0. 3~0.5 kWh/m2之间,间供系统在2结论1. 0~1.1 kWh/m2之间。直供系统的实际泵能耗2.1目前小区供热系统中循环水泵 型号偏离实际在1.中国煤化工系统在2.6~3.2需求的现象较普遍。通过对6个小区17台水泵的kWh0HCNMH力较大。实际测试，发现目前的小区集中供热系统中,由于循环水泵型号与实际需求的偏差,导致以下两类问[1]中央国家机关锅炉采暖 系统节能分析报告[R],2006