對(duì)《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中ER的應(yīng)用體會(huì)

趙岐華

（遼寧建筑職業(yè)學(xué)院，遼寧 遼陽(yáng) 111000）

對(duì)于節(jié)能，首先要明確的是節(jié)能應(yīng)該成為設(shè)計(jì)人員在日常工作當(dāng)中一種自發(fā)的行為和理念；其次，對(duì)于工程設(shè)計(jì)項(xiàng)目來說，需要有相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范來作為支撐。

如果能有正確的節(jié)能思想意識(shí)和正確的利用節(jié)能相關(guān)的技術(shù)措施和手段，就能取得較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。長(zhǎng)久以來，人們往往單純從經(jīng)濟(jì)效益的角度來衡量節(jié)能技術(shù)手段和裝置的利用與否，一旦節(jié)能技術(shù)手段和裝置的投資回收年限稍微長(zhǎng)一些，就認(rèn)為不值得采用該節(jié)能技術(shù)手段和裝置。而當(dāng)前人們思考技術(shù)問題的出發(fā)點(diǎn)已經(jīng)提高到了保護(hù)資源、節(jié)約資源、保護(hù)地球環(huán)境這個(gè)新的高度上了，不僅僅是追求經(jīng)濟(jì)效益，更看重其社會(huì)效益，即節(jié)能效益和環(huán)境效益，而節(jié)約能耗就是意味著保護(hù)環(huán)境，保護(hù)人類的生存和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展，這是目前人類面臨的最重要的問題。在考慮經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，更重要的是必須先考慮節(jié)能效益和環(huán)境效益。

空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)冷（熱）水系統(tǒng)的循環(huán)水泵能耗在整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)總能能耗中占有相當(dāng)大的比例，因此，研究空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)冷（熱）水系統(tǒng)的循環(huán)水泵能耗在當(dāng)今能源緊張和強(qiáng)調(diào)保護(hù)人類生存環(huán)境的今天具有偉大的現(xiàn)實(shí)意義和深遠(yuǎn)的歷史意義。

空調(diào)冷（熱）水系統(tǒng)循環(huán)水泵的耗電輸冷（熱）比反映了空調(diào)水系統(tǒng)中循環(huán)水泵的耗電和建筑物冷（熱）負(fù)荷之間的關(guān)系，對(duì)此數(shù)值進(jìn)行限定是為了保證水泵的選擇在合理的范圍內(nèi)，降低水泵能耗，保護(hù)資源和人類賴以生存的環(huán)境。

在《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50189—2005）（以下簡(jiǎn)稱為“標(biāo)準(zhǔn)”）中對(duì)于ER的定義和計(jì)算公式為：

ER 是空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)冷（熱）水系統(tǒng)的輸送能效比，應(yīng)按下式計(jì)算：

式中H——水泵的設(shè)計(jì)揚(yáng)程(m)；

ΔT——供回水溫差（℃）；

η——水泵在設(shè)計(jì)工作點(diǎn)的效率（%）。

按照《離心清水泵能效限定值及節(jié)能評(píng)價(jià)值》（GB 19762——2007）中術(shù)語(yǔ)和定義里的規(guī)定，泵效率為泵輸出功率和軸功率之比的百分?jǐn)?shù)。所以公式1-1 里的η值的意義就是在設(shè)計(jì)工作點(diǎn)泵輸出功率和軸功率之比的百分?jǐn)?shù)。

筆者認(rèn)為，ER 的真正意義就是空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)冷熱水系統(tǒng)在設(shè)計(jì)工況點(diǎn)其循環(huán)水泵配用電機(jī)的輸入或消耗功率與系統(tǒng)輸送的冷（熱量）之比，即輸送單位冷（熱）量所消耗的電功率。所以，

式中 N輸入——水泵在設(shè)計(jì)工況點(diǎn)配用電機(jī)的輸入或消耗功率（kW）；

Q——空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)冷（熱）負(fù)荷（kW）；

N——水泵在設(shè)計(jì)工況點(diǎn)的軸功率（kW）；

ηm——傳動(dòng)部分效率（%）；

ηd——電機(jī)效率（%）。而

式中 L——水泵的設(shè)計(jì)流量(kg/s)；

η1——水泵在設(shè)計(jì)工作點(diǎn)的效率（%）。

把公式1-3和公式1-4代入公式1-2得

所以，根據(jù)公式1-1 和公式1-5 可以得出，只有在

即η的真正意義是水泵在設(shè)計(jì)工況點(diǎn)的總效率，即考慮了水泵本身的效率、傳動(dòng)部分效率和配用電機(jī)效率三部分因素在內(nèi)的總效率的時(shí)候，公式1-1和公式1-5才相等。

因此，規(guī)范里把η定義為水泵在設(shè)計(jì)工作點(diǎn)的效率，是不正確的，應(yīng)該定義為“水泵在設(shè)計(jì)工況點(diǎn)的總效率”，即考慮了水泵本身的效率、傳動(dòng)部分效率和配用電機(jī)效率三部分因素的總效率，或定義為“包含水泵、電機(jī)及傳動(dòng)部分在內(nèi)的總效率”。因?yàn)棣莔≤1，而ηd＜1，所以如果按照規(guī)范里η的定義，那么計(jì)算出來的ER是偏小的，是不符合實(shí)際的。

那么，如何確定η1、ηm、ηd呢？

η1是水泵自身在設(shè)計(jì)工作點(diǎn)的效率（%），不包括傳動(dòng)部分和電機(jī)的效率，η1是表示水泵輸入的軸功率N被流體利用的程度，即有用功率和軸功率之比，它是評(píng)價(jià)水泵性能好壞的一項(xiàng)重要指標(biāo)，其數(shù)值越大，說明水泵的能量利用率越高。其數(shù)值通常有實(shí)驗(yàn)確定，一般為0.5～0.8，通常計(jì)算時(shí)取0.7，這個(gè)數(shù)值在水泵樣本里都有，計(jì)算時(shí)可以直接查取。其數(shù)值主要是在計(jì)算水泵軸功率時(shí)使用。

ηm是表示水泵和電機(jī)之間傳動(dòng)部分的效率，其數(shù)值與傳動(dòng)方式有關(guān)，具體可以查表1確定。

表1 通風(fēng)機(jī)傳動(dòng)效率

而ηd是水泵配用電機(jī)效率，其意義是電機(jī)的輸入功率和輸出功率之比，其數(shù)值的大小和電機(jī)的規(guī)格、型號(hào)有關(guān)，也和電機(jī)的負(fù)載率有關(guān)系，通常由實(shí)驗(yàn)獲得，這個(gè)數(shù)值在電機(jī)的樣本里的電動(dòng)機(jī)工作特性曲線可以查到，但是現(xiàn)在水泵樣本里并沒有這個(gè)曲線，建議在水泵樣本里增加水泵配用電動(dòng)機(jī)工作特性曲線這個(gè)內(nèi)容，便于設(shè)計(jì)者使用計(jì)算。

另外也可以簡(jiǎn)單套用規(guī)范里計(jì)算 的公式里的相關(guān)數(shù)值來計(jì)算ER，因?yàn)镋HR和ER的意義是完全相同的，即都表示循環(huán)水泵在系統(tǒng)設(shè)計(jì)工況點(diǎn)輸送單位能量所消耗的電能。所不同的是適用場(chǎng)所不同，EHR 適用于集中熱水采暖系統(tǒng)，而ER 適用于空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)冷熱水系統(tǒng)。所以

式中 η2——考慮電機(jī)和傳動(dòng)部分的效率（%）。η2=ηmηd，當(dāng)采用直連方式時(shí)，η2=0.85；當(dāng)采用聯(lián)軸器連接方式時(shí)，η2=0.83。其余各項(xiàng)意義同前。這樣，就避免了去查電動(dòng)機(jī)工作特性曲線，直接套用數(shù)據(jù)計(jì)算。方便實(shí)用。

這里可以利用表1 和公式1-7 里的η2值，簡(jiǎn)單的校核一下水泵配用電機(jī)的效率值ηd，即按照電機(jī)直聯(lián)方式，

按照聯(lián)軸器連接方式，

兩者計(jì)算結(jié)果近似相同，即在同一空氣調(diào)節(jié)冷（熱）水管道系統(tǒng)里，只要電機(jī)型號(hào)和規(guī)格相同，在連接方式不同時(shí)，電機(jī)效率，略有不同，幾乎相等。這是符合實(shí)際的。

因此，規(guī)范里相應(yīng)的 限定值也要據(jù)此作相應(yīng)的調(diào)整，舉例如下：

在規(guī)范的條文說明里寫到：“考慮到冷水泵的揚(yáng)程一般不超過36m，其效率在在70%以上，供回水溫差為5℃，計(jì)算出冷水的ER=0.00241?！保溆?jì)算過程是：

按照筆者的上述分析，這個(gè)計(jì)算是錯(cuò)誤的。

其正確的計(jì)算應(yīng)該是（采用公式1-7 計(jì)算）：

如果采用電機(jī)直聯(lián)，

如果采用的聯(lián)軸器連接，

這里需要指出的是，上述計(jì)算結(jié)果是在水泵揚(yáng)程為36m的條件下計(jì)算得到的，但是在目前實(shí)際工程當(dāng)中，由于水系統(tǒng)的作用半徑變化較大，也就是說水系統(tǒng)循環(huán)系統(tǒng)的阻力可能會(huì)很大，會(huì)超過36m，如果用一個(gè)規(guī)定的水泵揚(yáng)程（標(biāo)準(zhǔn)里的限定值是36m）來計(jì)算，并不能完全反映現(xiàn)實(shí)工程的實(shí)際情況，也會(huì)給實(shí)際工程設(shè)計(jì)帶來一些困難。因此需要根據(jù)工程實(shí)際情況，具體問題具體分析，計(jì)算出符合實(shí)際工程的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)冷（熱）水系統(tǒng)的輸送能效比。

［1］中華人民共和國(guó)建設(shè)部，中華人民共和國(guó)質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.（GB50189—2005）《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》［S］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2005.

［2］陸耀慶.《實(shí)用供熱空調(diào)設(shè)計(jì)手冊(cè)》（第二版）［M］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2007.

［3］李慶武，劉紫林.《電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)》［M］.武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2009.

［4］劉鶴年.《流體力學(xué)》（第二版）［M］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2004.

［5］中華人民共和國(guó)質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).（GB 19762—2007）《離心清水泵能效限定值及節(jié)能評(píng)價(jià)值》［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2007.

［6］趙榮義，范存養(yǎng)，薛殿華，等.《空氣調(diào)節(jié)》（第四版）［M］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2009.