甘肃土木工程科学研究院
摘要：随着我国经济发展水平的不断提高，建筑行业得到了快速发展，但是建筑业是高耗能行业，做好建筑节能设计与节能设施安装成为人们关注的焦点。中央空调是民用建筑中应用非常普遍的设备，供热空调能耗占较大比重，水泵耗电量也较大，为此，对水泵合理优化设计与应用尤为重要，只有选择节能的循环水泵才能确保制冷效果与供热效果达到要求，使系统得以经济运行。
关键词：建筑供热；空调系统；循环水泵； 节能潜力
在2012年的中国建筑节能年度发展报告中显示，公共建筑面积在2000~2010年增加了1.3倍，预计到2020年城镇建筑面积将超出200亿m，如能继续维持2010年的建筑单位面积能耗水平，全国城镇建筑总能耗将超过6亿tce。水泵设备研发更新较快，但是很多建筑依然使用老旧、运行效率低、有严重能耗的风机、水泵，对这些设施进行节能改造成为建筑业发展的重点。如果风机、水泵设备运行效率提高12%，就能节省300亿度的电量。由此，加强对供热空调系统的系统循环水泵节能改造尤为重要。
一、循环水泵的分类、基本构造
按照不同水泵的工作原理，可以将水泵分为以下几种：叶片式、容积式以及回转式。叶片式水泵外壳带有叶片与叶轮，旋转对流体做工，从而使流体产生能量；容积式水泵运转时，内部机械容积改变，将流体吸入或者排出；回转式则是依靠转子转动部件，使部件发生旋转，将流体吸入或者排出。
不管是哪种水泵都由叶轮、泵壳与泵轴、密封环、轴封装置等组成。叶轮按照盖板方式的不同又分为敞开式叶轮、半敞开式叶轮以及封闭式叶轮；泵壳则多为蜗壳形的，具有较强的水力条件，壳体的作用是对液体进行收集，并使这些液体转换为压力能，从而推动液体到排出口。在泵壳的顶部还有一个放气孔，能够将壳内空气排走。
泵轴主要作用是对扭矩进行传递，较长使用的是碳素钢与不锈钢材料，泵轴需要足够的扭矩强度，并与叶轮相连；密封环是一个金属环，镶嵌在缝隙泵壳上，作用是将叶轮固定将泵壳缝隙减少，将泵壳内高压排放到低压区域内，能够将液体回流阻力增加；轴封装置中离心泵从泵壳穿出时，将出现间隙，间隙增大会使液体泄漏。当缝隙液体压力达到真空压力时，将使泵吸水性能降低。对此，需要在泵与轴间设置一个密封装置，常使用橡胶轴、机械轴等，填料轴应用也较为普遍。
二、建筑供热及空调系统的系统循环水泵节能改造实例
为了使循环水泵运行能耗减少，在2012年制定了1#水泵配电柜，将变频调速装置增加，增加3台水泵机，对叶轮直径、叶轮切割进行改造，在2013年正式投入使用。
（一）原有循环水泵参数
某建筑循环水泵1#、2#、3#循环水泵型号不同，分别为KPC 230×210-300X，水泵具备40m扬程，具备2m气蚀余量，300m3/h流量下的转速为1356r/min，叶轮直径为380mm。使用的异步电机型号为Y3/214/4-3型，功率为120kW·h，额定电压为320V，功率因数为0.75，以1345r/min的速度运转，额定电流为185.6A。
（二）改造的理论依据
1、变频调速节能改造
循环水泵的功率P由流量Q、压力H的乘积得出，并且P与Q、转速n呈一次方正比，压力H与n2成正比，当P与转速n3的正比满足时，水泵效率恒定，但当循环水流下降，则会将水泵转速n降低，使供水量减少，轴输出功率P所具备的立方关系将消失，造成水泵电耗下降。
2、循环水泵叶轮切削节能改造
如果将循环水泵叶轮的外边缘削减一部分，则会减少叶轮外径，从而使扬程、功率以及流量降低。通常，在削减以后，Q与叶轮直径呈一次方正比关系，而H与叶轮D立方成正比关系，需要控制车削量不能过大，不然将使水泵运行效率降低。鉴于原有水泵有一定富裕量，在室外温度环境下将使实际循环水需求量改变，依然按照以上工艺调控也能达到节能效果。
（三）改造方案的特点
1、改造方案
启动循环水泵，2#水泵出口阀门按照电机循环水泵功率标准尽量调大，能够将水泵电机功率损耗减少，2#水泵叶轮经过叶片直径削减以后能够将水泵电机功率损耗减少。但是没有达到工艺设定值，需要进行变频改造1#使水泵水量得以补充。1#经过改造以后，管网压力与设定压力前后输出较大差异的信号，可以对变频器输出频率进行调整，使管网压力趋于稳定。如果2#水泵工作出现故障，将降低总管压力，流量降低，升到工频以后能够使供水达到标准要求，在得到故障信息以后，可以将3#启动，确保设备能够持续运行。
2、改造特征
用户可以结合水泵实际流量以及压力参数，对软件数据进行适当调整，能够使不同的运行状态得以满足，将实用性增强；设备具有“软启”与“软停”等方面的功能，能够将水泵启动转速减少，还能使压力对管网造成的冲击消除，将设备使用期限延长；使水泵节能运行效果增强，将电能损耗降低，使电机温度降低，减少能源损耗，将水泵、电机使用寿命延长。
（四）改造以后的节能效果
在循环水泵节能改造以后，结合工艺需求，每台循环水泵改造效果均存在差异，具体见下表一所示。
从上表一可以看出，变频改造以后的电耗比改造前有所下降，下降至40%，2#水泵叶轮更改，在相同的时间内使电量得以节省，下降至11.23%左右。改在1#以后，节电效果为：103.2-56.2=47kW，2#水泵叶轮更改以后节电：103.45-87.02=16.43kW，总共节电63.43kW。由此可见，按照0.6元/（kW·h）计算显示，每个月能够节省电量38555.3kW，节省人民币28670元。
结束语：
建筑供热与空调系统的系统循环水泵节能改造在降低整体电耗上有重要意义，做好循环系统改造能够将企业经济效益提高，实现企业可持续发展。是与我国“节能中长期专项规划”相适应的改造项目。本文结合循环水泵种类、原理对水泵机组变频调速改造进行了分析，表现了其在节能、环保上起到的重要作用，是提高企业节能效益的重要手段。
参考文献：
[1]赵宗彬,朱斌祥,李金荣等.三元流技术在循环水泵节能技术改造中的应用实践[J].流体机械,2014(3):44-47.
[2]王珏,张广麟.300MW机组在居民供热中的应用及汽轮机拖动循环水泵节能经济分析[C].大机组供热改造与优化运行技术2012年会论文集.2012:146-148.
论文作者:许立宪
论文发表刊物:《防护工程》2017年第7期
论文发表时间:2017/7/26
标签：水泵论文; 叶轮论文; 节能论文; 压力论文; 建筑论文; 流体论文; 转速论文; 《防护工程》2017年第7期论文;