尹貽亭 李銳

（北京建筑工程學(xué)院環(huán)境與能源工程學(xué)院 100044）

小區(qū)供熱系統(tǒng)運(yùn)行節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用分析

尹貽亭 李銳

（北京建筑工程學(xué)院環(huán)境與能源工程學(xué)院 100044）

目前，由于在小區(qū)供熱系統(tǒng)運(yùn)行中存在循環(huán)運(yùn)行效率低、鍋爐控制不科學(xué)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(fèi)。通過工程應(yīng)用表明，采用循環(huán)水泵變頻技術(shù)，提高了設(shè)備的運(yùn)行效率，使系統(tǒng)得到合理的運(yùn)行，起到明顯的節(jié)能效果。

供熱系統(tǒng)；水泵變頻；節(jié)能運(yùn)行

1.前言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展，能源的消耗也在不斷地增加，節(jié)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(dāng)大的比例，而供熱系統(tǒng)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(tǒng)節(jié)能包括熱源、供熱管網(wǎng)和熱用戶多個(gè)環(huán)節(jié)，目前，在我國的供熱系統(tǒng)中，區(qū)域鍋爐房和分散鍋爐房仍占有相當(dāng)大的比例。然而，由于鍋爐的運(yùn)行不能很好地適應(yīng)室外氣候的變化、鍋爐排煙溫度較高、循環(huán)水泵運(yùn)行效率低、鍋爐房控制系統(tǒng)不科學(xué)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(fèi)；對鍋爐房進(jìn)行節(jié)能改造和合理地運(yùn)用新技術(shù)是實(shí)現(xiàn)按需供熱、節(jié)約能源的關(guān)鍵，有利于促進(jìn)節(jié)能減排。

本文分析某實(shí)際小區(qū)供熱系統(tǒng)水泵運(yùn)行存在的問題和采取的節(jié)能改造技術(shù)，運(yùn)行節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用效果。

2.供熱系統(tǒng)概況和存在的問題

該小區(qū)供熱系統(tǒng)鍋爐房的燃料種類為天然氣。用于冬季供熱的鍋爐有2臺(tái)型號(hào)為THW192/80，容量為9.1MW，1臺(tái)型號(hào)為18032/18，容量為8.4MW，共3臺(tái)（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(xué)校、辦公等公共建筑面積38940.41m2。供暖系統(tǒng)為直供系統(tǒng)，設(shè)計(jì)供、回水溫度為95℃/70℃，改造前系統(tǒng)主循環(huán)泵共5臺(tái)，4用1備，流量300m3/h，揚(yáng)程60mH2O，額定功率90 kW，轉(zhuǎn)速1460 r/min。

小區(qū)供熱系統(tǒng)存在的問題是循環(huán)水泵運(yùn)行效率低。其原因是，在鍋爐房設(shè)計(jì)過程中，由于在選擇循環(huán)水泵時(shí)，選擇水泵的流量和揚(yáng)程遠(yuǎn)超過實(shí)際運(yùn)行時(shí)的參數(shù)。目前，大部分供熱系統(tǒng)采取單純的質(zhì)調(diào)節(jié)，而且水泵不能實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速，當(dāng)室外溫度變化時(shí)，水泵不能自行改變運(yùn)行狀態(tài)，使水泵不能按有效的性能曲線運(yùn)行，降低了水泵的運(yùn)行效率，浪費(fèi)了大量的電能，使運(yùn)行費(fèi)用增加。

3. 水泵節(jié)能改造技術(shù)應(yīng)用

3.1 循環(huán)水泵變頻技術(shù)

在供熱系統(tǒng)中，循環(huán)水泵的控制和調(diào)節(jié)運(yùn)行對管網(wǎng)的水力工況起著決定性的作用。目前在很多供熱系統(tǒng)中，水泵容量普遍偏大，導(dǎo)致系統(tǒng)的循環(huán)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(fèi)。

循環(huán)水泵的軸功率是與水泵流量和揚(yáng)程的乘積成正比的，且水泵的流量、揚(yáng)程和軸功率均與水泵的轉(zhuǎn)速存在一定的比例關(guān)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(yáng)程與流量的平方成正比。從理論上分析，當(dāng)水泵的流量降低10%時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速降低10%，相應(yīng)地水泵的電耗將降低27.1%，當(dāng)水泵的流量降低20%時(shí)，水泵的電耗將降低48.8%。所以，在保證供熱質(zhì)量的前提下，有效地降低循環(huán)水泵的流量，能起到節(jié)約能耗的顯著效益。

如圖1所示，當(dāng)采用變頻循環(huán)水泵后，水泵由初始的運(yùn)行工作狀態(tài)點(diǎn)A按要求使供水流量從Q1減小到Q2。在供熱系統(tǒng)運(yùn)行過程中，只是降低水泵的轉(zhuǎn)速，并保持管網(wǎng)的阻力特性曲線不變，同時(shí)不調(diào)節(jié)供水閥門的開度，此時(shí)水泵的軸功率與揚(yáng)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(xiàn)了變頻水泵起到的節(jié)能作用。當(dāng)改變水泵的揚(yáng)程時(shí)，調(diào)整水泵的運(yùn)行頻率，不調(diào)節(jié)供熱系統(tǒng)的調(diào)節(jié)閥，保持管網(wǎng)的阻力特性曲線不變；同樣，可以得出水泵運(yùn)行功率下降的結(jié)論。

循環(huán)水泵變頻技術(shù)是在水泵的電機(jī)加變頻調(diào)速裝置，自動(dòng)調(diào)節(jié)水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，達(dá)到控制流量的目的。采用變頻調(diào)速技術(shù)后,提高了電機(jī)的功率因數(shù),減少了無功功率消耗，在滿足用戶熱負(fù)荷的前提下,降低水泵的轉(zhuǎn)速,即降低了水泵的耗電量，盡可能多地節(jié)約了能源，具有明顯的節(jié)能效果。

3.2 水泵節(jié)能改造及實(shí)際效果分析

將小區(qū)供熱系統(tǒng)的兩臺(tái)90kW循環(huán)泵拆除，新更換一臺(tái)SB-ZL 300-250-360A型循環(huán)變頻水泵，該水泵額定流量為1000m3/h、揚(yáng)程為33mH2O、額定功率為115kW，轉(zhuǎn)速1480r/min，其余3臺(tái)循環(huán)水泵作為備用。

在供熱期間內(nèi)多次測試了循環(huán)水泵在穩(wěn)定的電壓、溫度和壓力下運(yùn)行的輸入有功功率。水泵改造前后工頻運(yùn)行工況下的三次測量數(shù)據(jù)如表1所示。根據(jù)測試的結(jié)果，可以得出，節(jié)能改造前水泵的輸入功率為180kW, 電耗30kWh；節(jié)能改造后水泵的平均輸入功率為110.1kW,平均電耗18.34kWh。進(jìn)一步，可以計(jì)算得到節(jié)省電能38.84%。分析，從理論上闡述了采用水泵變頻技術(shù)可以有效地降低供熱系統(tǒng)的運(yùn)行能耗。

（3）對某小區(qū)的供熱系統(tǒng)進(jìn)行了節(jié)能改造，并進(jìn)行了運(yùn)行狀況的測試。依據(jù)測試數(shù)據(jù)進(jìn)行了節(jié)能效果分析，可以看到提高了水泵的運(yùn)行效率，節(jié)省了電量，節(jié)能效果顯著。

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水泵節(jié)能改造后的運(yùn)行結(jié)果表明，經(jīng)過水泵變頻節(jié)能改造后，節(jié)省了因水泵運(yùn)行消耗的電量，起到了明顯的節(jié)能效果。

4. 結(jié)論

（1）冬季供熱系統(tǒng)能耗在建筑能耗中所占比例大，因此應(yīng)重視供熱系統(tǒng)的節(jié)能技術(shù)應(yīng)用。

（2）本文對小區(qū)供熱系統(tǒng)存在的問題和運(yùn)行效率低的形成原因進(jìn)行了

[1]清華大學(xué)建筑節(jié)能研究中心.中國建筑節(jié)能年度發(fā)展研究報(bào)告（2008）.北京: 中國建筑工業(yè)出版社.2008年3月

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10.3969/j.issn.1001-8972.2011.03.012