姚泊生 徐世剛 姚雅明 解力偉 張艷彬 孫同斌

（北京金易奧科技發(fā)展有限公司，北京 101102）

習近平主席2020年9月22日在聯(lián)合國大會上向世界莊嚴承諾“中國將提高國家自主貢獻力度，采取更加有利的政策和措施，二氧化碳排放力爭2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)炭中和”，中國面臨的節(jié)能任務(wù)艱巨。

建筑能耗約占全國總能耗的33%，建筑節(jié)能是實現(xiàn)國家節(jié)能戰(zhàn)略的重要領(lǐng)域。二次供水泵站在居民小區(qū)和公共建筑中大量存在，用于把水輸送到高層建筑上去。根據(jù)水泵行業(yè)知名廠家格蘭富的統(tǒng)計，水泵壽命周期成本中，水泵的能耗成本占85%，采購成本僅占5%，所以泵站的節(jié)能運行至關(guān)重要。

圖1 水泵壽命周期成本

一、北京地區(qū)二次供水泵站普遍存在大量的電能浪費

居民的入住率、用水習慣和季節(jié)性變化對二次供水泵站的供水量影響很大，既要滿足高峰時所有用戶的最大需水量，還要兼顧用水低谷時的最小需水量，這對二次供水泵站的設(shè)計和設(shè)備選型構(gòu)成很大的挑戰(zhàn)。

疫情期間，由于出京困難，我們對北京地區(qū)居民小區(qū)和公共建筑的近百個二次供水泵站進行了一項運行能效調(diào)查。目前，二次供水幾乎都采用了變頻恒壓運行方式，水泵、電機和變頻器等主要設(shè)備也多為國內(nèi)外知名品牌，穩(wěn)流罐和氣壓罐的使用也比較普遍，智慧水務(wù)也有不少應(yīng)用。

以這些隨機挑選的小區(qū)和建筑為例，我們對二次供水泵站的數(shù)據(jù)進行采集和分析，發(fā)現(xiàn)這些泵站的平均節(jié)電潛力為57%！也就是說，按照這個比例，北京地區(qū)的二次供水泵站，有一半以上的電能是被白白浪費掉的！?。?/p>

測試和分析二次供水泵站節(jié)電潛力的泵站能效測試儀如圖2所示。

圖2 泵站能效測試儀

居民小區(qū)的白天和夜間供水量差異大是普遍現(xiàn)象，這是由居民用水特點決定的，在泵站出口增加隔膜罐（氣壓罐）可以解決夜間小流量供水，在泵站進口增加用穩(wěn)流罐（無負壓罐）可以利用自來水的來水壓力，配置了氣壓罐和穩(wěn)流罐的恒壓變頻二次供水泵站，電能浪費依然嚴重，這是一個應(yīng)該引起大家關(guān)注的問題。

對于居民小區(qū)和建筑中的二次供水泵站，以下幾個問題是二次供水統(tǒng)建統(tǒng)管部門或物業(yè)公司所關(guān)心的：

1、已有的恒壓變頻二次供水泵站，還有多大節(jié)電潛力？

2、如何保證新購的二次供水設(shè)備是最高效運行的節(jié)能設(shè)備？

3、二次供水泵站的最低運行電耗是多少？如何實現(xiàn)？

二、對某二次供水泵站節(jié)能改造實現(xiàn)節(jié)電76.7%

以北京市某居民小區(qū)為例，中區(qū)和高區(qū)二次供水泵站都用的是知名品牌的恒壓變頻供水設(shè)備，用泵站能效測試儀進行數(shù)據(jù)采集分析后，發(fā)現(xiàn)兩個泵站都有很大的電能浪費。

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)物業(yè)公司商定，先對高區(qū)二次供水泵站進行節(jié)能改造，投資方式為合同能源管理模式，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)備對高區(qū)二次供水泵站進行節(jié)能改造，用節(jié)約下來的電費返還金易奧公司的節(jié)能投資。

泵站節(jié)能控制原理用《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證明的泵站能效預(yù)知理論：姚定理1和姚定理2，技術(shù)支撐為北京金易奧科技發(fā)展有限公司的6項發(fā)明專利。

該居民小區(qū)高區(qū)二次供水泵站，改造前噸水電耗1.584kWh/m3，節(jié)能改造后泵站的噸水電耗為0.369kWh/ m3，節(jié)電比例76.7%，每年可節(jié)約電量48023度電（kWh）。圖3為高區(qū)泵站改造前的現(xiàn)場，圖4為高區(qū)泵站改造后的現(xiàn)場。目前，對該居民小區(qū)中區(qū)二次供水泵站的節(jié)能改造正在進行之中，按節(jié)能測算也有70%以上的節(jié)電比例。

圖3 高區(qū)二次供水泵站改造前

圖4 高區(qū)二次供水泵站改造后

三、泵站運行能效的計算方法

泵站的作用可以等效為圖5，把總重量為mg的液體從液位高度為H1的池子打到液位高度為H2的池子，泵站消耗的總能量為W，H1和H2以泵站內(nèi)的地面為共同基準。

圖5 泵站能量轉(zhuǎn)換等效圖

泵站運行能效的計算范圍：從泵站的液體流入口到液體流出口。

（2）式中，質(zhì)量m、運行揚程H和總能量W采用國際單位，分別為kg、m和J。如果泵站流量為Q，m3/h，泵站輸送液體的密度為γ，kg/m3，泵站的總功率P，kW，則泵站運行能效ηA為

如果泵站進口和出口連結(jié)的是液體流入總管和液體流出總管，如圖6，假設(shè)流入總管直徑d1，m，流出總管直徑d2，m。

圖6 泵站進口和出口連結(jié)的是總管

根據(jù)泵站流量Q，計算流入總管中的液體流速v1，m/s。

計算出流出總管中的液體流速v2，m/s。

測量流入總管的液體壓力p1，Pa，壓力表高度h1，m，h1以泵站內(nèi)的地面為基準，流入總管中的液體流速v1，計算出等效的H1。

測量流出總管的液體壓力p2，Pa，壓力表高度h2，m，h2以泵站內(nèi)的地面為基準，流出總管中的液體流速v2，計算出等效的H2。

泵站的運行揚程H＝H2－H1。計算泵站運行能效為

四、結(jié)論

北京市居民小區(qū)和公共建筑中的二次供水泵站，電能浪費嚴重，全國的情況恐怕也好不到那里去，在國家大力推進“雙碳節(jié)能”戰(zhàn)略的今天，這是一件令人痛心的事，對二次供水泵站進行節(jié)能測算和節(jié)能改造勢在必行，這應(yīng)引起二次供水所涉部門的重視，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，然后決定是否進行節(jié)能改造和由誰投資進行節(jié)能改造。

目前，我們正在同一些央企、國企、上市物業(yè)公司及部分統(tǒng)建統(tǒng)管的供水公司進行合作，開展二次供水節(jié)能測算和節(jié)能改造工作。

二次供水設(shè)備的能效標準不盡合理不盡科學(xué)，一些二次供水設(shè)備廠家和供水公司也在與我們合作，起草科學(xué)合理的二次供水泵站能效標準，歡迎大家一起參與，為提高我國二次供水泵站的運行能效做出貢獻。