小区供热系统运行节能技术的应用分析

尹贻亭 李锐

（北京建筑工程学院环境与能源工程学院 100044）

小区供热系统运行节能技术的应用分析

尹贻亭 李锐

（北京建筑工程学院环境与能源工程学院 100044）

目前，由于在小区供热系统运行中存在循环运行效率低、锅炉控制不科学等问题，使锅炉房的供热量与用户的需热量不一致，造成不能满足用户对舒适性的要求和能源的极大浪费。通过工程应用表明，采用循环水泵变频技术，提高了设备的运行效率，使系统得到合理的运行，起到明显的节能效果。

供热系统；水泵变频；节能运行

1.前言

随着我国经济的持续快速发展，能源的消耗也在不断地增加，节约能源和最大限度的利用能源是我国能源政策面临的重大问题之一。建筑能耗在全国能源消耗中占有相当大的比例，而供热系统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热能耗[1]。供热系统节能包括热源、供热管网和热用户多个环节，目前，在我国的供热系统中，区域锅炉房和分散锅炉房仍占有相当大的比例。然而，由于锅炉的运行不能很好地适应室外气候的变化、锅炉排烟温度较高、循环水泵运行效率低、锅炉房控制系统不科学等问题的存在，使锅炉房提供的热量大大超过了用户的需求，造成极大的浪费；对锅炉房进行节能改造和合理地运用新技术是实现按需供热、节约能源的关键，有利于促进节能减排。

本文分析某实际小区供热系统水泵运行存在的问题和采取的节能改造技术，运行节能技术的应用效果。

2.供热系统概况和存在的问题

该小区供热系统锅炉房的燃料种类为天然气。用于冬季供热的锅炉有2台型号为THW192/80，容量为9.1MW，1台型号为18032/18，容量为8.4MW，共3台（2用1备）。锅炉房供热面积为338373.03m2，其中居民供热面积为299432.62m2，学校、办公等公共建筑面积38940.41m2。供暖系统为直供系统，设计供、回水温度为95℃/70℃，改造前系统主循环泵共5台，4用1备，流量300m3/h，扬程60mH2O，额定功率90 kW，转速1460 r/min。

小区供热系统存在的问题是循环水泵运行效率低。其原因是，在锅炉房设计过程中，由于在选择循环水泵时，选择水泵的流量和扬程远超过实际运行时的参数。目前，大部分供热系统采取单纯的质调节，而且水泵不能实现变频调速，当室外温度变化时，水泵不能自行改变运行状态，使水泵不能按有效的性能曲线运行，降低了水泵的运行效率，浪费了大量的电能，使运行费用增加。

3. 水泵节能改造技术应用

3.1 循环水泵变频技术

在供热系统中，循环水泵的控制和调节运行对管网的水力工况起着决定性的作用。目前在很多供热系统中，水泵容量普遍偏大，导致系统的循环流量和水泵的压头过大，往往是“大马拉小车”，使水泵耗电量偏大，造成能源的浪费。

循环水泵的轴功率是与水泵流量和扬程的乘积成正比的，且水泵的流量、扬程和轴功率均与水泵的转速存在一定的比例关系[2]：

由此可以看出，水泵的轴功率与流量的立方成正比，水泵的扬程与流量的平方成正比。从理论上分析，当水泵的流量降低10%时，电机的转速降低10%，相应地水泵的电耗将降低27.1%，当水泵的流量降低20%时，水泵的电耗将降低48.8%。所以，在保证供热质量的前提下，有效地降低循环水泵的流量，能起到节约能耗的显著效益。

如图1所示，当采用变频循环水泵后，水泵由初始的运行工作状态点A按要求使供水流量从Q1减小到Q2。在供热系统运行过程中，只是降低水泵的转速，并保持管网的阻力特性曲线不变，同时不调节供水阀门的开度，此时水泵的轴功率与扬程H和流量Q的乘积成正比。从图1中可以明显看出BH2OQ2的面积比CH3OQ2的面积要大，体现了变频水泵起到的节能作用。当改变水泵的扬程时，调整水泵的运行频率，不调节供热系统的调节阀，保持管网的阻力特性曲线不变；同样，可以得出水泵运行功率下降的结论。

循环水泵变频技术是在水泵的电机加变频调速装置，自动调节水泵电机的转速，达到控制流量的目的。采用变频调速技术后,提高了电机的功率因数,减少了无功功率消耗，在满足用户热负荷的前提下,降低水泵的转速,即降低了水泵的耗电量，尽可能多地节约了能源，具有明显的节能效果。

3.2 水泵节能改造及实际效果分析

将小区供热系统的两台90kW循环泵拆除，新更换一台SB-ZL 300-250-360A型循环变频水泵，该水泵额定流量为1000m3/h、扬程为33mH2O、额定功率为115kW，转速1480r/min，其余3台循环水泵作为备用。

在供热期间内多次测试了循环水泵在稳定的电压、温度和压力下运行的输入有功功率。水泵改造前后工频运行工况下的三次测量数据如表1所示。根据测试的结果，可以得出，节能改造前水泵的输入功率为180kW, 电耗30kWh；节能改造后水泵的平均输入功率为110.1kW,平均电耗18.34kWh。进一步，可以计算得到节省电能38.84%。分析，从理论上阐述了采用水泵变频技术可以有效地降低供热系统的运行能耗。

（3）对某小区的供热系统进行了节能改造，并进行了运行状况的测试。依据测试数据进行了节能效果分析，可以看到提高了水泵的运行效率，节省了电量，节能效果显著。

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水泵节能改造后的运行结果表明，经过水泵变频节能改造后，节省了因水泵运行消耗的电量，起到了明显的节能效果。

4. 结论

（1）冬季供热系统能耗在建筑能耗中所占比例大，因此应重视供热系统的节能技术应用。

（2）本文对小区供热系统存在的问题和运行效率低的形成原因进行了

[1]清华大学建筑节能研究中心.中国建筑节能年度发展研究报告（2008）.北京: 中国建筑工业出版社.2008年3月

[2]伍小亭, 芦岩.循环水泵变频调速运行实例研究.暖通空调[J].2006年第36卷第8期

[3]Fisher，Vanden，Karen，Jefferson，et al.What is driving China’s decline in energy intensity.Resource and Energy Economics[J]，2004，26（1）: 77-97.

[4]王琼, 蔡觉先.气候补偿器的调节性能分析.山西建筑[J].2008年12月第34期第34卷

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.03.012