【摘  要】 通过对广州地铁一号线公园前站空调冷却水系统的运行分析，在保证冷水机组标准流量的情况下，对冷却水泵进行节能改造，提高了水泵运行效率，节电率达到 59.6%，取得了一定的经济效益。

【关键词】 节能；冷却水泵；流量；扬程

 

      地铁环控系统作为地铁的一个核心系统，其主要任务是有效的控制和调节地铁内的热环境，以满足乘客和工作人员的舒适性需求及设备房的温湿度要求。同时，环控系统也是地铁系统的用电大户，按照目前用电量统计，环控系统的用电量约占地铁能耗的 40%～50%，因此环控系统的节能有着重要的意义。笔者结合广州地铁一号线环控冷却水系统节能改造的实际情况，对冷却水泵节能的原理和改造的经济效益进行了总结。

 

      该站冷却水系统配置有2台300冷吨的开利离心式冷水机组，3 台 55kW 的冷却水泵（两用一备），系统图如图 1。按照系统实际运行情况来看，该系统冷却水泵选型偏大，在管路阀门保持全开的情况下，系统处于大流量、小温差的运行状态，水泵运行工况较差的。因此为了保证水泵的正常的运行，同时节省设备用电量，设备管理人员手动调节系统阀门，冷水机组的流量调整为冷水机组的标准流量状态下，造成了水泵“大马拉小车”现象，水泵效率较低，本次车站水泵节能改造主要目的是改变目前冷却水系统的工况，提高水泵的运行效率，有效节约能源；空调季节测得设备运行数据如表 1。

      根据流体力学原理，水泵有效功率^[1]：

      P_e=γQH=Pη （1）

      式中，γ 为泵输送液体的重度，N/m³；Q 为泵的流量，m³/s；H 为泵的扬程，m；η 为水泵效率。

因此，水泵节能途径，一是减小泵的有效功率，二是提高泵的效率。

      随着科学技术进步，空调系统管材的生产工艺也不断提高，管内壁的粗糙程度越来越低，设计手册中的选型参数应该是比较保守的。同时，设计人员设计过程中往往是按照最不利工况进行设计选型，再考虑到施工过程中有一些难以预知的因素，造成水泵选型往往会偏大。

      因此，在空调系统运行管理中，在保证冷水机组额定流量的情况下，通过调节管路阀门，使得管路特性曲线由 2 变为 1，水泵工作点沿着水泵性能曲线移动设计工况点 S，这种方法以增大管路阻力为代价来降低水泵的功率，从而达到节能目的。但是节能效果有限，因为部分有效功率被节流阀门损耗^[2]。

      通过调节阀门将冷却水系统流量调节至标准流量状态，测量管路的阻力情况，合理选取符合管路特性的扬程 H_s，流量 Q_s的新水泵。改造水泵后，水泵在铭牌参数下运行，水泵运行效率达到最高，同时减少阀门节流损失的无效能耗，因此水泵的节能效果比通过阀门节流有较大的提高。

      根据流体力学的基本定律可知：水泵转速 N与流量 Q、扬程 H 以及轴功率 P 具有如下关系：

      Q₁/Q₂=N₁/N₂（2）

      H₁/H₂=（N₁/N₂）²（3）

      P₁/P₂=（N₁/N₂）³（4）

      式中，Q₁、H₁、P₁为水泵在 N₁转速时的流量、扬程、轴功率；Q₂、H₂、P₂为水泵在 N₂转速时的流量、扬程、轴功率。

      由（2）、（3）、（4）可知，水泵的流量与其转速成正比，扬程与其转速的平方成正比，轴功率与其转速的立方成正比。当水泵转速降低后，其轴功率所需的电功率亦可相应降低^[3]。

      因此，水泵变频节能改造主要是通过增加变频器，降低水泵的转速来降低轴功率，达到节能效果。

 

      经过设备管理人员对系统阀门进行调节，并保证冷水机组基本工作在标准工况下，测得水系统运行数据如表 3。

      通过对冷却水系统管路阻力进行测量计算，可以得出在冷水机组标准工况下管路的阻力情况如表 4。从中可以看出，管理阻力异常段主要在水泵出口至冷水机组入口这一段，其阻力达到 24.5 米，经过分析其主要原因是由于阀门节流和水泵止回阀阻力较大。

      根据在标准流量情况下各管路的阻力情况，考虑冷却水量有 1.1 倍的富裕系数下，计算选取新水泵的扬程为 16.2 米，流量为 244m³/h，如图 5。

      经过改造后水泵调试，测得运行参数如表 5。

      本次改造，主要通过更新匹配管路特性曲线的水泵和减小系统异常阻力后，使得水泵输入功率由43.6kW 降低为 17.6kW，节电率达到 59.6%，按照空调季节设备运行时间约 3200 小时计算，每年节电量为 73600kWh，按电费 0.84 元/kWh 计算，每年节省费用约 61824 元，节能效益非常明显。

 

[1] 蔡增基.流体力学泵与风机[M].北京:中国建筑工业出版社,1999.

[2] 李统富 . 某企业集中空调水泵节能改造 [J]. 暖通空调,2009,(11):23-25.

[3] 魏新利,付卫,张军.泵与风机节能技术[M].北京:化学工业出版社,2011.

[4] 陆耀庆.实用供热空调设计手册[M].北京:中国建筑工业出版社,2008.

[5] 钱华梅.水泵变频调速供水的节能分析[J].中国西部科技,2010,(14):37-41.

[6] 杨宗成 . 提高制冷剂效率的措施分析 [J]. 制冷与空调,2011,25(5):510-514.

[7] 李玉云.中央空调水系统节能技术措施的探讨[J].能源技术,2002,(2):17-21.

[8] 张谋雄 . 冷水机组变流量的性能 [J]. 制冷 ,2002,(3):27-33.

[9] 胡曙铃.一次泵系统技术分析及应用[J]. 流体机械,2002,(4):17-19.