北京市某小區(qū)二次供水泵站節(jié)能改造

姚雅明 解力偉 徐世剛 姚泊生 張艷彬

（北京金易奧科技發(fā)展有限公司，北京 101102）

推薦性的二次供水設(shè)備的能效標準有不少，令出多門，對節(jié)能指標的定義和對節(jié)能指標的測試方法千差萬別，十分混亂，由于目前用戶不對實際運行能效進行現(xiàn)場驗收考核，這類標準中的節(jié)能指標多數(shù)成了擺設(shè)，淪為一些廠家以參編標準為榮的宣傳條目。對此調(diào)查數(shù)據(jù)表明，這些標準對我國二次供水設(shè)備提高實際運行能效幾乎沒有發(fā)揮多少作用。

目前，由于沒有強制性的二次供水泵站運行能效標準，二次供水設(shè)備打開按鈕能正常運行即可，而不對實際運行能效進行驗收考核，這也導(dǎo)致了我國大量的二次供水泵站實際運行能效很低。

一、二次供水設(shè)備運行能效低的三大主要問題

我們對北京市一百多個二次供水泵站進行實際運行能效調(diào)查，設(shè)備幾乎涵蓋所有的知名品牌，平均電能浪費50%以上，可以說，幾乎沒有一個知名品牌可以保證讓其生產(chǎn)的二次供水設(shè)備全部運行在可實現(xiàn)的高能效，理論上缺方向、技術(shù)上缺手段、運行能效缺強制驗收標準，是目前二次供水設(shè)備實際運行能效低的三大主要問題。

二次供水設(shè)備存在巨大電能浪費，成為國家“雙碳”節(jié)能減排戰(zhàn)略的一塊洼地。

二、對北京市某小區(qū)二次供水泵站節(jié)能改造實現(xiàn)節(jié)電72.9%

受小區(qū)入住率、用水習(xí)慣和季節(jié)變化等影響，二次供水泵站的供水量變化很大，除了滿足所有用戶在高峰期的最大用水量，還要兼顧用夜間低谷時的最小需水量，這對居民小區(qū)使用的二次供水泵站的運行能效設(shè)計和設(shè)備選型構(gòu)成了挑戰(zhàn)。

北京市某居民小區(qū)，用“四路泵站能效測試儀”進行數(shù)據(jù)采集分析后，發(fā)現(xiàn)兩個泵站都有70%以上的電能浪費。測試和分析二次供水泵站節(jié)電潛力的四路泵站能效測試儀，如圖1所示。

圖1 四路泵站能效測試儀

由于這個小區(qū)的物業(yè)公司對測算出的節(jié)電比例有疑慮，對兩個泵站的節(jié)電比例如此之高，覺得不可思議，并且這兩套二次供水設(shè)備都是知名品牌，既有變頻恒壓也配了氣壓罐，所以，物業(yè)公司認為先改造一個并運行一段時間，對節(jié)電效果確信無疑后，再對另一個泵站進行節(jié)能改造，這樣穩(wěn)妥。

2021年3 月，北京金易奧科技發(fā)展有限公司與該居民小區(qū)的物業(yè)公司商定，先對高區(qū)的二次供水泵站進行節(jié)能改造，高區(qū)的住戶少，影響小，待驗證節(jié)電效果后，再對中區(qū)的二次供水泵站進行節(jié)能改造，項目采用合同能源管理模式，由北京金易奧科技發(fā)展有限公司投入技術(shù)、資金和設(shè)備，用4S全變頻能效預(yù)知設(shè)備對二次供水泵站進行節(jié)能改造，用節(jié)約下來的電費返還節(jié)能投資。

泵站節(jié)能控制原理，理論上依托《城鎮(zhèn)供水》雜志“姚博士談泵站節(jié)能”欄目主講人姚福來博士用數(shù)學(xué)方法證明的“泵站能效預(yù)知”最優(yōu)理論：姚定理1和姚定理2，由于數(shù)學(xué)方法的嚴謹性，解決了眾說紛紜的爭論，正確且唯一，技術(shù)上使用北京京金易奧科技發(fā)展有限公司的若干項發(fā)明專利。

2021年11月24 日完成節(jié)能改造，改造前噸水電耗0.521kWh/m3，圖3為中區(qū)泵站改造前的現(xiàn)場，改造后泵站的噸水電耗為0.141kWh/ m3，圖4為中區(qū)泵站改造后的現(xiàn)場，節(jié)電比例72.9%，每年可節(jié)約電量55391度電（kWh）。目前，已完成對該居民小區(qū)中區(qū)和高區(qū)二次供水泵站的全部節(jié)能改造，高區(qū)的二次供水設(shè)備早在2021年3月19號就已完成。

圖3 北京某小區(qū)中區(qū)二次供水泵站改造前現(xiàn)場

圖4 北京某小區(qū)中區(qū)二次供水泵站改造后現(xiàn)場

三、二次供水泵站的能效達標和能效等級

居民小區(qū)二次供水自身的特點是高低峰流量變化很大，對100多個二次供水設(shè)備的運行能效分析后發(fā)現(xiàn)，二次供水泵站的運行能效達標值和能效等級劃分要兼顧現(xiàn)在的實際狀況，不能定的太高，否則就很難有達標的泵站，定的太低，又起不到提高我國二次供水實際運行能效的目的。

在討論二次供水設(shè)備的達標值和能效等級值之前，我們先定義幾個概念。以下為姚福來博士起草的“二次供水泵站的能效達標和能效等級標準”的部分內(nèi)容。

3.1 泵站額定能效ηJe

泵站所用水泵中最高的額定效率為ηBe，拖動水泵的電動機中最高的額定效率為ηDe，拖動電動機的調(diào)速器中最高的額定效率為ηTe，近似認為水泵和電動機的連軸器效率為1，則泵站額定能效ηJe定義如下：

3.2 同規(guī)模泵站額定效率ηJz

同規(guī)模水泵節(jié)能評價值ηBep，同規(guī)模電動機1級能效值ηDe1，同規(guī)模調(diào)速器節(jié)能評價值ηTep，近似認為水泵和電動機的連軸器效率為1，則同規(guī)模泵站額定效率ηJz定義如下：

3.3 泵站運行能效η

泵站運行能效η，等于被輸送液體從泵站進口到泵站出口獲得的能量與泵站輸入能量的比值，單位為%，泵站運行能效為實測值，泵站運行能效η的計算方法見《城鎮(zhèn)供水》2022年第一期14~16頁。

3.4 水泵額定流量Qr

水泵銘牌上標明的額定流量Qr，單位為立方米/小時（m3/h）。

3.5 水泵額定揚程Hr

水泵銘牌上標明的額定揚程Hr，單位為米（m）。

3.6 二次供水泵站的運行能效達標和能效等級

對于實際運行的二次供水泵站，流量不限，泵站的運行效率等級分為5級，0.7~0.9ηJz為長期目標，為了兼顧目前運行能效普遍偏低的實際情況，泵站運行能效等級分為“達標+5級”為近期目標，如表1。

表1 實際運行泵站能效等級

表1中，實際運行泵站的運行能效等級分為5個等級，其中1級運行能效最高，根據(jù)實測數(shù)據(jù)確定泵站的運行能效等級。例如，η≥0.85ηJz，則泵站運行能效為1級。

3.7 泵站運行能效等級評定說明

一個輸送清水的二次供水泵站，有3臺相同的雙吸水泵，水泵的額定揚程Hr＝12m，單臺水泵的額定流量Qr＝800m3/h，水泵額定效率78.9%，水泵額定轉(zhuǎn)速ne=1470r/min，電動機功率45kW，電動機額定效率93.1%，變頻器的額定效率95%，泵站運行揚程H＝9.6m，測得某時間段的泵站運行效率η＝66%，評測該泵站在該時間段內(nèi)的運行能效等級。

計算該泵站的額定效率ηJe＝0.789*0.931*0.95*100%=69.78%

計算水泵的比轉(zhuǎn)速ns：

根據(jù)Qr和ns在GB 19762-2007標準中查出同規(guī)模水泵的節(jié)能評價值ηBep=83.9%；根據(jù)電動機功率45kW和轉(zhuǎn)速1470r/min（4極），在GB 18613-2012標準中查出同規(guī)模電動機的節(jié)能評價值為95.6%；根據(jù)功率查得同規(guī)模變頻器節(jié)能評價值98%；計算同規(guī)模泵站額定能效ηJz：

ηJz＝ max(0.839,0.789)*max(0.956,0.931)*max(0.98,0.95)*100%=78.6%。

該泵站的配水電耗：

泵站運行效率 η ＝ 66% = 0.8397ηJZ，該泵站運行能效等級為2級。

如果按泵站自身的額定能效ηJe評價，η=0.946ηJe，說明該泵站運行控制很好，有達到1級運行能效的潛力，但是因為所選的水泵、電動機和變頻器的額定能效低于同規(guī)模設(shè)備的節(jié)能評價值，該泵站只能評為2級能效。

四、結(jié)論

北京市居民小區(qū)和公共建筑二次供水泵站的電能浪費嚴重，全國的情況普遍如此。理論上缺方向、技術(shù)上缺手段、運行能效缺強制標準，是目前二次供水設(shè)備實際運行能效低的三大主要問題。對二次供水泵站進行節(jié)能測算和節(jié)能改造勢在必行，第一步是做好基礎(chǔ)工作，先進行節(jié)能測算，摸清家底，知道哪里有電能浪費，第二步，決定是否進行節(jié)能改造。

姚福來博士用數(shù)學(xué)方法證明的“泵站能效預(yù)知”最優(yōu)理論：姚定理1和姚定理2，由于數(shù)學(xué)方法的嚴謹性，解決了眾說紛紜的爭論，正確且唯一。針對目前二次供水設(shè)備標準中，能效標準不盡合理和不盡科學(xué)的問題，本文第三節(jié)給出了姚福來博士起草的“二次供水泵站的能效達標和能效等級標準”中的部分內(nèi)容。