供热空调系统的节能措施

韩玉荣

（吉林钢铁有限责任公司，吉林 吉林 132104）

1 供热空调系统节能的意义

根据全国第三次工业普查公布的统计数字，我国风机消耗压缩机类通用机械总装机容量为1.6亿kw，其中风机约为4900万kw，水泵约为1000万kw，年耗电3200亿kwh，占全国耗电总量约1/3，占工业用电量的40%，在国民经济中举足轻重，根据“三北”地区29个大、中城市锅炉供暖期实际能耗调查：单方实耗标准煤矿，最高64.9kg/m2，最低19kg/m2;单方实耗电，最高5.6kwh/m2，最低2.4kwh/m2；单方实耗水最高0.34t/m2,最低0.07t/m2。是供热电耗指标。说明供热系统电耗较大，供热空调系统节能具有重大意义。

2 空调供热泵电耗在的原因分析

2.1 设计热（冷）负荷Q和供回水温差Δt是计算流量的主要依据。

“三北”地区各城市，在以往的供热设计中，设计热指标值均较高。如沈阳市计热指标选用的平均值为88W/m2[76kcal/(m2oh)]，而实测值约为 52～58W/m2[45～50kcal/(m2oh)]；北京过去一般取 70～81W/m2[60～70kcal/(m2oh)]，而实测值约为46～58 W/m2[40～50kcal/(m2oh)]等。热负荷基数偏大，热水流量增大水泵选用偏大，增大了泵初投资，降低了泵运行效率，加大了运行成本，浪费了电能。

2.2 扬程选择过高，造成选用泵偏大

供热系统设计时，二次网循环系统实际扬程一般约为150～300kPa，但水泵选型时，扬程值一般为400～600kPa，水泵电功率与扬程成正比关系，扬程偏高导致水泵电气容量增大。空调系统的冷却泵和冷冻泵扬程选择过大也是一个非常普遍的问题。如果办公大楼，制冷量为355Rt，设计冷却水量为300t/h，扬程55m，但实测冷却水泵扬程约为20～25m，节流阀门消耗了34m，即冷却水泵的70%的能量消耗在阀门上。

2.3 一些国产水泵属低效产品，新设计制造的泵或国外引进的泵，效率较高，一般效率提高10%～20%，电动机一般提高1%～5%。效率的提高往往是指其额定工作点的75%附近。但实际工况常常偏离高效率点，的以实际运行效率还是较低。

2.4 泵运行耗电量大的原因

2.4.1 大流量运行方式增大了泵的运行功率

为了解决热网水平失调带来的用户冷热不均的问题，许多供热系统采用了“大流量、小温差”的运行方式。如住宅间接供暖的二次循环水泵或直接供暖的一次水循环水泵流量，单位建筑供暖面积约为2～3kg/h，实际运行达到3～5kg/h，流量大，加大了泵的设计电功率容量；流量大，增加了泵的运行功率，降低了供、回水温差，温差从25℃降至5～10℃。住宅间接供暖的一次水循环水泵流量，单位建筑供暖面积约为1.3kg/h，实际为2～3kg/h。流量大使供、回水温差从设计值45℃降至于15～20℃，增加了泵的运行功率。

由于热（冷）水流量与水泵轴功率成三次方关系，流量的增加，将带来耗电量的增大。例如，一般建筑面积3.0万m2供热系统循环水泵的电功率约为15～30kw之间，若系统循环水量提高1.4倍，则消耗电功率提高2.74倍，达41～82kw。

2.4.2 水泵运行在低效率区，增大了无效能耗

泵的工作点指的是运行时水泵的流量和扬程，它是由泵的性能曲线和水系统管网特性曲线两方面因素确定的点。目前，泵运行时的流量和扬程比要求的大得多，消耗的功率也比预想的大得多。水泵工作点大于设计水量、设计扬程点是“理想状态”，水泵处于低效运行区，增大了无效运行范围。

2.4.3 定流量运行方式增大了水泵运行电耗

一般供热系统平均负荷率约为0.6～0.7。空调系统平均负荷率一般约为0.3～0.35，北京地区98%的时间负荷率均在70%以下。但水泵为恒速泵。为了适应负荷的变化，流量的调节依靠阀门来实现，采用这种方法，如果要求把流量调至额定流量一半，系统的能耗大致与额定状况下的能耗相同。

2.4.4 并联运行方式增加了水泵运行电耗

“一机对一泵”的运行模式是供热空调水系统中一次泵普遍选用的运行模式。当相同特性的2台泵并联运行时，流量与扬程及耗电功率都增加了，变化的多少与管网的特性曲线有关，管网阻力越大时，流量、扬程增加的较少。

2.4.5 空调供热水系统一般采用一级泵系统，节电效果不明显。

空调供热水系统的冷（热）源要求定流量运行，末端设备要求变流量运行。一级泵系统的特点是利用一根旁通管来保持冷（热）源侧定流量，而让用户处于变流量运行，当用户负荷变化需水量减小时，部分冷冻水旁通，但这并不影响通过水泵的总水量，水泵扬程也保持不变，所以其水泵耗电功率不变。

3 空调供热泵的节能

使空调供热泵能耗偏大的原因有设计造成的、运行形成的和泵本身等。因此，应从设计、运行和提高泵的性能等方面进行。

3.1 严格按照水输送系数的要求确定水泵的型号

建设部1986年批准颁布的《民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）》中规定的控制指标为：设计选用的水泵水输送系统WTF应大于、等于设计计算条件下（供、回水设计温度为95/70℃）的理论水输送系数（WTF）th的0.6倍，即 WTF≥0.6(WTF)th。

水输送系数的定义是：循环水泵单位电耗（1kwh）所能输送出的热媒供热量。

3.2 采用先进的泵的性能调节方法

3.2.1 传统的泵性能调节方法

以往，采用改变叶轮外径或采用减速机改变转速等方法来改变泵的性能，为泵性能改变的情况。理论上泵的性能调节是非常简单的，但，实际上尚存在许多问题，例如，在改变叶轮外径时，可能出现的问题：必须拆下叶轮，停泵时间较长；叶轮可能出现重量不平衡，产生异常振动；加工量大时，泵效率下降，甚至产生噪声。

3.2.2 当需要增加负荷时，则不能恢复到原来的性能。设置减速机时，必须修改基础。

3.2.3 变频器的应用

多年来已经研制出多种交流电动机调速装置，如定子调压调速、变极调速、滑差调速、电磁耦合器调速、串级调整、整流子电机调速和液力耦合器调速等。但上述调速方式仍存在调速范围窄等缺点。随着电力电子技术、微电子技术及控制理论的发展，作为交流调速中心的变频调速技术得到了显著的发展。这种调速方式具有节能，调速范围大（从 1：00～1：1000），易于实现正、反转切换，起动电流小和结构简单、运行安全可靠的优点。

4 强化管理，实施泵系统的经济运行和节能运行

管理标准：中华人民共和国国家标准《泵类系统电能平衡的测试与计算法》（GB/T 13468）。《工业用离心泵、混流泵、轴流泵与旋涡泵系统经济运行》（GB/T 13469-92）。测试项目与内容：包括泵系统输入电能和有功功率；电动机输出能量、功率和运行效率；机械传动机械和调速装置的能量损耗和传动效率；泵输入能量和功率；泵输出的能量、有效功率和运行功率；机组运行效率、电能利用率；系统管网的能量损耗和效率；泵系统运行效率、电能利用率。系统经济运行和节能运行的技术要求：包括系统的机组设备必须达到选型优化、匹配合理；交流电动机的选型必须符合GB 12497的要求；泵的选型要求；管网设置要求和系统运行要求等。

系统经济运行的判别与评价：系统经济运行的管理。包括掌握与运行有关的工况因素，了解系统中机组管网是否经常处于经济运行状态；在泵机组和管网的有关部位安装流量、压力流量仪表，监视系统运行情况；建立运行日志和设备技术档案；建立系统运行操作规程、事故处理规程、用电考核制度、检测维修制度。

系统经济运行、节能运行的技术措施：本文介绍了供热空调系统运行中存在水泵耗能量较大，运行效率较低的问题：初步分析了能耗较大的原因；提出了要从设计、先进调速方法、管理、设备等各方面采取相应措施、降低能耗、提高效率。由于水泵节能牵涉到设计、施工、运行和生产厂家等各个方面只有大家都重视，才能达到预计的节能目标。

[1]北京合理用能评估中心，北京地区公用建筑空调调查报告，2001.

[2]中国建筑学会暖通空调专业委员会，全国暖通空调制冷2000年学术年会论文集.

[3]建设部城市建设研究院，城市供热节能国家标准行业标准汇编，1999.