恒压变频调速泵与水泵-高位水箱供水耗能比较

恒压变频调速泵与水泵高位水箱供水耗能比较赵世明　刘振印　高　峰(中国建筑设计研究院,北京　100044) 摘要　水泵2高位水箱供水系统水泵的流量和扬程是恒定的,运行工况是高效区间上的一个点,水量提升都是在高效点上完成。

恒压变频调速供水泵的流量是变化的,并且高效区的流量范围较小,实际运行效率会偏离高效区,经常在低效率状态运行。

由于恒压变频调速供水比水泵2高位水箱供水的运行效率低,因而耗能增大。

关键词　二次加压供水　恒压变频调速供水　水泵2高位水箱供水　节能分析 目前在建筑给排水节能设计中,一般都把恒压变频调速供水替代水泵2高位水箱供水当作一种节能措施。

在城市自来水的供水泵房中,水泵需要变流量连续不间断运行,用变频调速恒压泵供水替代工频恒速泵供水,无疑具有节能效果。

然而,在建筑二次加压供水系统中,水泵2高位水箱加压提升是恒定流量间断运行,若替换成变频调速恒压供水连续运行,不但不会节能,反而会增加能耗。

1　两种供水方式工艺对比111　水泵2高位水箱供水水泵2高位水箱供水工艺的供水流程是:水泵—屋顶水箱(罐)—配水管网—用水点。

水泵向高位水箱供水的流量是最大小时用水量,流量和扬程是一对恒定值,不会因配水管网的用水量波动而变化,运行工况是固定在水泵特性曲线的一个点上。

把该点设置在特性曲线的高效区段内,则水泵的运行就总是处于高效点。

水泵的运行由水箱的水位控制启、停,间断运行,水泵的设计流量一般取最大小时用水量。

由于有水箱的调节,水泵的流量可常年按最大小时流量运行,完全避免了配水管网中流量变化的影响。

112　恒压变频调速供水恒压变频调速供水的水泵转速随管网用水流量的变化而变化,水泵扬程保持不变。

在设计工况点,水泵的出水流量为设计秒流量(瞬时高峰流量),转速最大,当管网用水量减少,则水泵的转速随之下降。

恒压变频调速泵的运行工况可用图1中的曲线表示。

图1中曲线1为水泵的工频运行特性曲线,曲线4是管网水头损失特性曲线,a1点为设计工况点,该点的流量Q1为设计秒流量,该点的扬程H设定为恒压值控制水泵变频调速。

曲线2和3分别为水泵转速减小到n2、n3时的特性曲线。

a2、a3分别为管网用水量减少到Q2、Q3时的水泵运行工况点。

随着管网水量的变化,恒压变频调速泵的运行工况点在a1点左侧的水平线上左右移动。

图1　恒压变频调速泵运行工况2　两种供水方式的能耗比较211　恒压变频调速泵的运行工作效率随转速下降而下降图2是水泵特性通用曲线。

图2中通过坐标原点的曲线η0是相似工况抛物线,以该线为对称的曲线ηi是水泵效率等值线,以符号n i为标记的曲线是水泵在不同转速下的工况曲线。

效率等值线的大小关系是η1最大,η4最小。

转速的大小关系是n最大, n3最小。

图2中显示,转速越低,效率越低。

根据图2,当恒压变频调速泵的流量或转速减小,水泵的运行工况点沿水平线从右向左移动时,运行工作效率η逐渐移动出高效区,先后穿越η2、η3、η4,向0靠近。

高70　给水排水　Vol134　No18　2008图2　水泵特性通用曲线效区的流量变化范围一般认为是20%左右[1]。

212　水泵2高位水箱供水比恒压变频调速供水的能耗小设任意一个室内给水系统,管网系统最高日用水量Q d,最大小时用水流量q h,设计秒流量2q h(小型系统可高达4q h[2]),需要的水泵扬程H。

以下分析比较高位水箱供水工艺和恒压变频调速供水工艺的能耗。

设采用水泵2高位水箱供水方式时水泵的运行工况点为(q h,,水泵日耗能量W1;惯用2台泵,q h,各水泵的运行工况线左、右两端点分别为(0,H,0)、(q h,H,η),水泵日耗能量W2。

高位水箱水泵日能耗:　W1=∑(Hq hΔt i/η)=Hq hΣΔt i/η=HQ d/η(1)式中∑Δt i———水泵日运行时间。

恒压变频调速泵日能耗:W2=∑(Hq iΔt i/ηi)=H∑(q iΔt i/ηi)(2)式(2)中q i在0～q h区间取值,Δt i在0～24×3600s区间取值,ηi在0～η之间取值。

令ηe表示ηi在区间0～η上的加权平均值,则有:W2=H∑(q iΔt i)/ηe=HQ d/ηe(3)根据式(1)、式(3),有:W1/W2=ηe/η(4)由于ηe是η和0之间的加权平均值,有:ηe<η(5)由此得:(W1/W2)<1]W1<W2(6)式(6)表明,对同一个供水系统,采用工频泵2高位水箱供水比采用恒压变频调速供水装置消耗的能量小。

213　水泵1用1备的恒压变频调速供水系统的能耗会成倍增加工程实际中,有的恒压变频供水装置按照水泵高位水箱供水的习惯只配置2台水泵,1用1备,这种系统的能耗将要比水泵2高位水箱供水的能耗成倍提高。

根据经验,最大小时用水流量一般比设计秒流量小50%,最大日平均流量又比最大小时流量小30%～50%(时变化系数115～2),而平均日流量又比最大日平均流量小。

因此,平均日流量一般比设计秒流量的35%还要小。

即使是办公楼建筑,设计秒流量按与最大小时流量相等计,则平均日流量也只是设计秒流量的1/(115×113) =51%。

供水系统的大概率流量是平均日流量,即流量围绕平均值(日)流量上下波动,最大值是设计秒流量,最小值是0,平均日流量出现的次数或时间最多。

这就是说,水泵1用1备的恒压变频调速供水系统大多数的时间或水量提升是在平均日流量附近运行或完成。

根据图2,当流量减少到设计流量的35%左右及以下时,运行效率将会折半,能耗成倍增加。

目前北京的实际工程中已经出现恒压变频调速装置替换水泵2高位水箱供水后能耗成倍增加的实例,广州也有小区统计资料显示变频调速供水加压电费明显提高:高位水箱供水016元/ m3,变频调速泵供水在多层建筑114元/m3,在高层建筑118元/m3。

3　结语水泵2高位水箱供水,水泵扬程和流量固定,水泵恒速运行,运行工况是水泵特性曲线上的一个点,该点在设计选泵时都设定在高效区,所以水泵总是在高效区运行。

而恒压变频调速供水装置,当管网流量比选泵流量小到一定范围时,机组运行效率就会脱离高效区在低效率下运行。

如果要避免低效率运行的情况就必须把每台变频泵的流量变化范围控制在20%以内,但工程设计中因这样配置水泵比较困难而很少见。

用水泵2高位水箱供水取代恒压变频调速供水,水泵运行效率会得到提高,取得节能效果。

给水排水　Vol134　No18　200871　科技馆消防系统设计探讨李　力　军(中国航空工业规划设计研究院,北京　100011) 摘要　阐述了科技馆消防设计的特殊性。

分别对该类工程展厅内大空间及穹幕影院消防系统设计进行介绍,并就其中的消防水炮选择等技术问题进行了探讨。

关键词　科技馆　大空间建筑　穹幕影院　消防水炮 科技进步是一个民族的振兴与发展的关键所在,作为科普教育重要场所和传播科学知识、科学思想、科学方法重要阵地的科技馆,越来越受到广泛关注和高度重视。

近年来我院先后承揽设计了青岛科技馆、湖南科技馆、宁夏科技馆、广西科技馆等项目各阶段的设计。

现就科技馆消防设计中遇到的一些问题进行探讨。

1　科技馆基本组成及建筑特点科技馆一般由主展厅、办公楼、穹幕影院、3D或4D影院和地下车库、附属用房等部分组成。

一般科技馆为突出不同的地域特色,内部空间变化较为复杂,所以消防设计存在较大难度。

展厅为满足布展要求,经常留有高度超过12m的超大空间,面积宏大,人员密集。

穹幕影院在科技馆的艺术造型中经常起到画龙点睛的作用,其消防设计也是不容忽视的问题。

图1为广西科技馆主立面及剖面示意,此类建筑的突出个性可略见一斑。

2　科技馆内大空间消防设计笔者总结几个科技馆的防火设计方案,对于大空间建筑的防火设计,除采用规范规定的传统消火栓系统、闭式自动喷水灭火系统(局部小空间)外,在大空间内应采用以下灭火系统。

2.1　净空高度8～12m的非仓库类高大净空场所消防设计根据《自动喷水灭火系统设计规范》(G B 50084—2001,2005年)5.0.12A条规定,对于净空高度8～12m的非仓库类高大净空场所可以按喷水强度12L/(min・m2),作用面积300m2计算,喷头流量系数K=115,喷头最大间距3m。

2.2　净空高度大于12m的场所消防设计对于此类大空间场所,近几年国内常采用自动消防水炮系统,依据的设计规范为:《固定消防炮灭 恒压变频调速供水技术不需要设高位水箱,杜绝了高位水箱的水质二次污染,使该技术在建筑内二次加压供水系统中获得广泛的应用。

但该技术在二十年前开拓市场时是以节能的名义推向市场的,当时水质的二次污染问题并未受到社会重视。

因此,该技术深深地烙上了节能新技术的印记。

至今,该技术或设施仍时常被作为节能措施向建筑内的二次加压供水领域推行。

实际上,恒压变频调速供水的能耗是大于水泵2高位水箱供水的能耗的。

恒压变频调速供水装置应用在建筑给排水领域,优点是减少水的二次污染,缺点是能耗增加。

至于恒压变频调速供水装置比连续运转的工频泵节能,地是城市水厂的供水情况,页不是建筑二次加压供水的运行状况。

本文内容选自建设部研究课题《建筑机电节能设计研究》(062K5241)。

参考文献1　中国建筑标准设计研究院.全国民用建筑工程设计技术措施节能专篇2给水排水.北京:中国计划出版社,20072　核工业部第二设计研究院.给水排水设计手册第2册2室内给水排水.北京:中国建筑工业出版社,1986 ※通讯处:100044北京西直门外车公庄大街19号电话:(010)68302571E2mail:zhaosm@cadg1cn收稿日期:200820521272　给水排水　Vol.34　No18　2008。