二次供水设备类型的选择对推进节约能源工作的意义
王振华
（无锡职业技术学院，江苏无锡214121）
【摘要】泵站是给水系统的主要耗能部分，在整个给水工程的用电量中，90%以上的电量是用来维持水泵的运转。因此对泵站进行节能优化研究是十分必要的。笔者结合自身工作性质，着重阐述在选购二次供水设备时的一些思考和随之产生的对节约能源工作推进。
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关键词 二次供水；设备类型；节约能源2007年10月，中华人民共和国第十届全国人民代表大会常务委员会第三十次会议正式修订通过《中华人民共和国节约能源法》，2008年国家又相继颁布《民用建筑节能条例》和《公共机构节能条例》,为建筑节能监管体系的建设提供有力的法律法规和政策支持。2008年4月，建设部出台《国家机关办公建筑及大型公共建筑分项能耗数据采集技术导则》等五项导则，用以指导大型公共建筑分项能耗数据采集系统的建设。国家建设部与国家教育部也于2008年5月共同制定了《高等学校节约型校园建设管理与技术导则》，为节约型校园建设的规划、设计、建设、管理、教育普及等各阶段环节提供管理与技术指导。随着以上法律、规范等的相继颁布和出台，表明了国家认识到建设“资源节约型、环境友好型”社会对于国民经济长期可持续发展的重要意义。同时也表明了国家控制能源消耗增长、提高能源利用效率的决心，在此基础上，也充分体现了国家教育部对高等学校建设节约型校园的高度重视。这些法律、规范、政策等等真正发挥其作用，贡献其价值，最终体现在日常工作的每一个细小的行为当中。
无负压加压泵站因为其优秀的节能效果已经越来越多的被利用到市政、民用等加压系统当中，以满足使用单位提出的节能、防止二次污染和节省初期投资的要求，实际应用中也收到了较好的效果。
以无锡职业技术学院学生公寓综合楼为例。本工程由一栋12层学生宿舍，一栋6层学生宿舍，一栋3层食堂及办公建筑连接组成，建筑高度不超过50米，总建筑面积约为23152平方米,室内外高差0.6米；生活用水量标准:宿舍150升／人天,学生食堂25升／人次，且水源由市政给水接入本项目校区内，市政水压0.25MPa。本工程竖向给水分为两个区：一层至四层为1区，市政直供；四至十二层为2区，系统进口压力为0.70MPa。各区入户支管水压超过0.2MPa处采用减压阀减压，2区采用差量补偿箱式无负压供水设备。然而，将其与同等用水规模且选用水箱加变频泵组的供水设备在能耗方面进行比对分析，无负压运行模式相比普通的水箱加变频泵组运行模式平均节约了22%的电能。
但笔者认为无负压泵站的节能不但取决于系统是否合理利用了上端管网的余压，更取决于泵站系统控制理念是否具有先进性、节能性。
在常见的给水生活加压的泵站中，用水量会随着生活习惯和气候的变化而变化，如假期用水量比平日高，夏季用水量比冬季多。而且，通过对我校用水情况监测可以看出，在一天内会显现以早晨起床后和晚饭前后用水量最多。
据调查，国内变频给水泵站几乎都采用变频恒压PDI控制。恒压供水的提出是因为当水泵出水量Q减小时，水泵工作扬程H将随之增大，所以供水泵站在绝大部分时间处于扬程过剩状态，这部分剩余的扬程就造成了很大的能量浪费。如果采用调速技术就能使水泵的流量与扬程适应用户用水量的变化，维持管网压力恒定，达到节能目的。但对于用户来说，因为不同时段用水量的变化势必会引起管损的变化，所以泵站出口的恒压，到用户端压力往往并不是恒定不变的，管网末端的用户感觉用水压力忽高忽低会更加突出。
总体来讲恒压供水模式在小流量或定流量加压设备中使用是合理的，但当设备以克服重力做功和克服管损做功的比例达到一定程度时，采用变频恒压将不再经济合理。此时只有使泵站出口的压力随着用户用水量和管损的函数相变化，达到变压控制方式才是今后变频调速控制的发展趋势。
1无负压泵站变压变流量系统建模
建立系统扬程以流量和管损为依据的函数：
供水中常用的为钢管或铸铁管，其水力计算公式为：
（1）
式中：i——水力坡降；?姿——摩阻系数；dj——管子的计算内径（m）；v——平均水流速度（m/s）；g——重力加速度，为9.81（m/s2）。
应用式（1）时，必须先确定求取系数λ的依据。
对于旧的钢管和铸铁管：
管壁如发生锈蚀或沉垢，管壁的粗糙度就增加，从而使系数?姿增大。公式（2）和公式（3）适用于旧钢管和铸铁管这类管材的自然粗糙度。
将公式（2）和公式（4）中求得的?姿值代入公式（1）中，得出旧钢管和铸铁管的计算公式。
以上是扬程相对于实际流量的目标函数，在此基础上应再约束水泵在高效区运行来建模。
离心泵在额定转速n0下运行时满足扬程H与流量Q的H—Q特性曲线：
H=Hx-SxQ2
其中Hx为流量为0时的虚总扬程，Sx为泵体内虚阻耗系数。当其转速下调时，H—Q曲线平行下移。若转速下调到n1，则H—Q特性变为：
H=kHx-SxQ2
其中k=（
）2为调速比．
根据η—Q特性曲线，水泵转速过低时，其效率η将急剧下降，故应限制水泵调速范围[kmin，1]；又因为Q过高或过低时，效率η也很低，还应限制流量Q范围[Qmin，Qmax]。这样可保证水泵在高效区工作。
此临界点有时无法通过计算完成，因为现今市场上的各水泵厂家都有加工精度的差异，并且计算临界点需要的一些水利模型数据也不会公开，所以，为得到每种水泵各系列的临界点，需要给水设备制造企业在开发逻辑时先通过“水泵测试装置”，找到不同型号水泵在不同流量下的H临界点和水泵此时的临界扬程。并把相应参数输入到控制数据库中，运行时做为约束控制条件。
2总结
综上在无负压泵站当中，应用变压变流量控制技术应该从以下几个方面考虑：
（1）选泵时水泵应能满足最不利供水条件下的水量和水压；
（2）考虑克服高差所做的功和克服管损所做的功到一定比例时才可应用变压变流量，这和到最不利点的高差和距离有关，否则会因为变压变流量的控制带来离泵站较近端的压力不稳，或没有实际意义；
（3）考虑水泵临界点的控制。否则因调整压力或流量过程中引起水泵效率下降过快反而出现不节能的状态；
（4）来水压力不同也会影响变压变流量的逻辑公式，一般流量小时，来水压力大，此时控制系统是实际流量与实际上端压力间的双变量函数；
（5）考虑因小时变化引起的流量变化所带来系统扬程的改变；并应在控制系统中建立以每个用户用水特点为依据的“供水平均化数据库”作为运行参考，以指导设备可以在合理状态下运行。
本文通过工程实例再次证明无负压给水泵站在节能方面的优势，并提出了一种关于无负压泵站变压变流量运行优化调度的一种建模方法，及在设计中应该注意的一些问题，这对于节能降耗具有十分重要的现实意义。
［责任编辑：邓丽丽］