建筑循环水系统的节能分析与对策

第24卷第18期中国给水排水vo.24No.18008年9月CHINA WATER WASTEWATERsep.2008节能减排pee点建筑环水系统的节能分析与对策赵世明,高峰(中国建筑设计研究院,北京100044)摘要:建筑循环水系统相对于生活供水系统具有如下特点:管网水头损失占水泵扬程的比重大,水泵扬程配置误差产生的无效能耗大。无效能耗是以下两个方面的叠加:工况点远离高效区的低效率运行和水泵无效流量增加使运行功率增加。相应节能措施为:准确计算水头损失,不搬用供水系统估值经验;通过叶轮切削或增设局部阻力配件来减小设计扬程和水泵颕定扬程间的误差。关键词:循环水系统;建筑;节能中图分类号:TU991文献标识码:C文章编号:1000-4602(2008)18-0097-03Energy Conservation Analysis and Countermeasures of WaterRecycle Systems in buildingsZHAO Shi-ming, GAO FengChina Architecture Design and Research Group, Beying 100044, China)Abstract: Compared with water supply system, the water recycle systems in buildings have followconsumption is caused by excessive pump head. The idle energy consumption is composed of 2 partsPump efficiency is lowered because of operating mode point apart from high efficiency section, and theoperation power increases because of idle flow rate increasing. Measures for energy conservation are fol-lowing: Head loss should be accurately calculated, and the estimation experience of water supply systemshould not be copied indiscriminately; Pump impellers should be cut or local resistance part should be in-serted in pipeline in order to minimize error between pump head and pipeline headKey words: water recycle system; building; energy conservation建筑循环水系统主要有水循环净化处理系统能耗占全年总电耗的2/3以上。集中生活热水循(如游泳池水循环处理系统、水景循环水处理系环系统的能耗差异可使热水的价格有翻倍的变化统)、空调冷却水循环系统、集中生活热水供应循环1水循环系统的耗能特点系统。空调冷却水需要降温和水质稳定处理、循环1.1管网水头损失占水泵扬程的比重大利用能耗主要用于循环水泵的运行。游泳馆中的般而言水循环系统需要的水泵扬程小,且扬能耗主要用于采暖空调、通风、照明、池水加热、水处程中的主要部分是管网水头损失;而供水系统需要理循环水泵的运行等,其中游泳池水处理循环泵的的水泵扬程大,扬程中较大的比例是扬水几何高差基金项目:建设部研究课题(06-K5-41)第24卷第18期中国给水排水www.watergasheat.com管网水头损失所占比例相对较小。比如一个典型游对于供水系统,由于系统的流量有用户的控泳池循环泵的扬程为130kPa,包括20kPa几何高制,增加量较小,运行工况点B基本上处于实际需差、20kPa自由水头、90kPa管道水头损失则水头要点A的上方[见图1(a)]2。对于循环系统则损失占扬程的比例为69.2%;一个典型的供水系运行工况点B处于实际需要点A的右上方[见图1统,水泵扬程为500kPa,包括300kPa几何高差、(b)]。100kPa自由水头、100kPa管网水头损失,则水头损图1显示,循环系统水泵扬程选值偏大会使水失占扬程的比例仅为20%。如水头损失的计算出泵的运行流量显著增加。根据水泵轴功率曲线,轴现误差则对循环泵扬程的影响将比供水泵扬程的功率随流量而增加,因此运行流量增加会使运行功影响大得多。如上述管道损失估算存在40kPa的率比设计值大。误差则供水泵的扬程误差率为40/500=8%,而循系统运行工况点的偏离产生了水泵的无效能环泵的扬程误差率为40/130=30.8%。耗。在同样的扬程误差值条件下,循环系统的无效现在的工程设计周期比以往大减,管网水头损能耗比供水系统的无效能耗显著偏大失的计算成为目前工程设计中的薄弱环节,往往是首先,在相同的设计流量下,循环系统的无效能先按照经验估算出图后补计算书,从而造成水头损耗数值要大。图1中的阴影面积是系统的无效能失设计值不准。如果说估值误差对于供水泵的扬程耗由于无效流量的增加图1(b)的阴影面积明显和效能还影响不大、可以接受那么此误差对于循环比图1(a)的大。泵效能的影响就非常可观且不容忽视了其次,循环系统的无效能耗与有效能耗之比较1.2水泵扬程误差产生的无效能耗大大。图1(a)中从点A向纵、横坐标引垂线组成的矩工程设计中,出于安全考虑和存在估算误差水形空白面积是供水系统的有效能耗。图1(b)中阴泵的设计扬程往往大于管网的实际需要这造成系影面左下方的矩形空白面积是循环系统的有效能统的运行工况偏离实际需要的工况点(见图1)。耗。在图1(b)中阴影面积与空白面积的比值较大,而图1(a)中该比值则相对较小。所以对于循环系统,水泵扬程偏大造成的能耗浪费非常可观,有时无效能耗可达到有效能耗的1倍,也就是说,如采取措施消除无效能耗,则可实现高达50%的节能率。2循环泵的无效流量分析循环泵选泵扬程明显偏大是工程设计中普遍存在的现象,扬程偏大的直接后果是产生无效流量。血.供水泵扬程偏大以下通过对无效流量的量化分析说明动力能耗浪费的程度。循环水系统的工况见图2(Q,Hy(Q HAb循环泵扬程偏大Q图1供水泵与循环水泵运行工况的差异Fig 1 Difference of operating mode between water supply图2循环水系统的工况pump and water recycle pumpFig 2 Operating mode of water recycle system98www.watergasheat.co赵世明,等:建筑循环水系统的节能分析与对策第24卷第18期设循环水系统的设计选泵参数为A点(Q1,倍地浪费:首先是水泵实际运行的工况点远离高效H1)。由于选泵扬程偏大系统在B点运行运行参区,以非常低的效率运行;其次是水泵流量增加形数为(Q2,H2),且水泵轴功率增加。水泵运行流量成超量的无效水循环,运行功率增加。据统计,个的定量分析如下。容积为2500m3的标准游泳池循环泵年耗电约为设水泵的工况曲线为H=Hx-SQ2,管路运行32×10kW·h,其中30%-50%的电能被浪费。性曲线为H=Hn+∑SQ2,在水泵运行工况点B,在热水循环系统中,超量的循环流量造成的能有Hx-SxQ2=Hx+∑SQ2,整理得:耗浪费更是可观。对某住宅小区的计量资料分析表另在设计工况点A和需求工况点)明,户表计量的月循环水量是热水月用水量的20倍Q2=(Hx-Hx)/(∑s+Sx)),左右,其中月用水量为5m2,循环水量为100m3有假设整个系统的循环泵运行扬程为100kPa,热水供H,=Hx-SxQi(2)应系统的供水扬程为00kPa,则循环系统消耗的动aH1=Hx+∑SQ(3)力能是热水供应系统的动力能耗的4倍。H1是循环系统的需求扬程a<1,为需求扬程4节能措施与选泵扬程H1之比循环泵扬程普遍比实际需求显著偏大有两方面的主要原因,一方面是管道损失计算不认真,估算时式(3)-式(2)并整理得很容易错误地搬用供水系统的经验;另一方面是循Q=(aH,-H,+Hx-Hs)/(2S+Sx)(4)环泵扬程小,水泵产品少,不容易选到合适的泵根据式(1)、(4),可得:相应的循环水系统节能措施如下:(Q2/Q1)=(Hx-Hsr)(aH,-H,+HxHsr)首先应在设计阶段重视循环泵扬程的计算认真计算循环系统的阻力损失,以保证循环泵能在实令B=Hx/H1(水泵静扬程与选泵扬程之比),y际需要的工况点运行。循环系统的管道损失不可像=Hsr/H1(水泵几何高扬程与选泵扬程之比),代人供水系统那样粗略确定数值,必须精确计算,才可保式(5),得:证水泵扬程的误差率达到供水系统的水平。工程设(Q2/Q1)2=(B1-yH1)/(aH1-H1+BH计中一定通过仔细计算建立起水头损失的估算经yH1)=(B-y)/(a+B-y-1)验,不可搬用供水系统的估值经验。(6)在选泵阶段,选配循环水泵时扬程不可随意放将a取为05(即选泵扬程B1比需要扬程大1大,另外选不到小扬程泵时要采取措施:在管网中增倍)取为1.(即水泵静扬程是选泵扬程的14设局部阻力损失配件以使扬程相匹配(这样会比增倍)y取为02(即开放式循环管路的扬水几何高加流量耗能少),或是切削水泵叶轮。差占选泵扬程的20%),代入式(6),得:在运行阶段,应将循环泵进出口处的压力表读(Q2/Q1)2=12/(17-1)=1.7数差与水泵铭牌扬程等参数进行核对,如果脱离了Q2=1.31Q1(7)高效区,则可以设计流量和运行扬程(最好稍低于)即循环泵运行流量Q2是需求流量Q的1.31为新的选泵参数更换循环泵。倍,无效流量达到需求流量的31%3循环水系统的能耗浪费参考文献:实际工程中循环泵的选泵扬程往往比实际需1]阮志坤牛义忠.我国游泳池高能耗的原因及降耗对策[门.给水排水,2005,31(6):75-77求扬程大1倍。阮志坤等对北京河北等省市9个[2]中国建筑标准设计研究院.全国民用建筑工程设计技游泳场馆游泳池循环泵的能耗进行了统计口,其中术措施节能专篇-给水排水[M].北京:中国计划出选泵扬程普遍比实际运行扬程高出1~2倍以上版社,2007根据式(6)、(7),这会造成30%以上的无效循环流电话:(010)68302571量E循环泵扬程选高之后,能耗会通过两个途径成收稿日期:2008-05-15