二次供水泵站的电能浪费与节能改造

姚泊生 徐世刚 姚雅明 解力伟 张艳彬 孙同斌

（北京金易奥科技发展有限公司，北京 101102）

习近平主席2020年9月22日在联合国大会上向世界庄严承诺“中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有利的政策和措施，二氧化碳排放力争2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现炭中和”，中国面临的节能任务艰巨。

建筑能耗约占全国总能耗的33%，建筑节能是实现国家节能战略的重要领域。二次供水泵站在居民小区和公共建筑中大量存在，用于把水输送到高层建筑上去。根据水泵行业知名厂家格兰富的统计，水泵寿命周期成本中，水泵的能耗成本占85%，采购成本仅占5%，所以泵站的节能运行至关重要。

图1 水泵寿命周期成本

一、北京地区二次供水泵站普遍存在大量的电能浪费

居民的入住率、用水习惯和季节性变化对二次供水泵站的供水量影响很大，既要满足高峰时所有用户的最大需水量，还要兼顾用水低谷时的最小需水量，这对二次供水泵站的设计和设备选型构成很大的挑战。

疫情期间，由于出京困难，我们对北京地区居民小区和公共建筑的近百个二次供水泵站进行了一项运行能效调查。目前，二次供水几乎都采用了变频恒压运行方式，水泵、电机和变频器等主要设备也多为国内外知名品牌，稳流罐和气压罐的使用也比较普遍，智慧水务也有不少应用。

以这些随机挑选的小区和建筑为例，我们对二次供水泵站的数据进行采集和分析，发现这些泵站的平均节电潜力为57%！也就是说，按照这个比例，北京地区的二次供水泵站，有一半以上的电能是被白白浪费掉的！！！

测试和分析二次供水泵站节电潜力的泵站能效测试仪如图2所示。

图2 泵站能效测试仪

居民小区的白天和夜间供水量差异大是普遍现象，这是由居民用水特点决定的，在泵站出口增加隔膜罐（气压罐）可以解决夜间小流量供水，在泵站进口增加用稳流罐（无负压罐）可以利用自来水的来水压力，配置了气压罐和稳流罐的恒压变频二次供水泵站，电能浪费依然严重，这是一个应该引起大家关注的问题。

对于居民小区和建筑中的二次供水泵站，以下几个问题是二次供水统建统管部门或物业公司所关心的：

1、已有的恒压变频二次供水泵站，还有多大节电潜力？

2、如何保证新购的二次供水设备是最高效运行的节能设备？

3、二次供水泵站的最低运行电耗是多少？如何实现？

二、对某二次供水泵站节能改造实现节电76.7%

以北京市某居民小区为例，中区和高区二次供水泵站都用的是知名品牌的恒压变频供水设备，用泵站能效测试仪进行数据采集分析后，发现两个泵站都有很大的电能浪费。

2021年3月，北京金易奥科技发展有限公司与该居民小区物业公司商定，先对高区二次供水泵站进行节能改造，投资方式为合同能源管理模式，由北京金易奥科技发展有限公司投入技术、资金和设备，用4S全变频能效预知设备对高区二次供水泵站进行节能改造，用节约下来的电费返还金易奥公司的节能投资。

泵站节能控制原理用《城镇供水》杂志“姚博士谈泵站节能”栏目主讲人姚福来博士证明的泵站能效预知理论：姚定理1和姚定理2，技术支撑为北京金易奥科技发展有限公司的6项发明专利。

该居民小区高区二次供水泵站，改造前吨水电耗1.584kWh/m3，节能改造后泵站的吨水电耗为0.369kWh/ m3，节电比例76.7%，每年可节约电量48023度电（kWh）。图3为高区泵站改造前的现场，图4为高区泵站改造后的现场。目前，对该居民小区中区二次供水泵站的节能改造正在进行之中，按节能测算也有70%以上的节电比例。

图3 高区二次供水泵站改造前

图4 高区二次供水泵站改造后

三、泵站运行能效的计算方法

泵站的作用可以等效为图5，把总重量为mg的液体从液位高度为H1的池子打到液位高度为H2的池子，泵站消耗的总能量为W，H1和H2以泵站内的地面为共同基准。

图5 泵站能量转换等效图

泵站运行能效的计算范围：从泵站的液体流入口到液体流出口。

（2）式中，质量m、运行扬程H和总能量W采用国际单位，分别为kg、m和J。如果泵站流量为Q，m3/h，泵站输送液体的密度为γ，kg/m3，泵站的总功率P，kW，则泵站运行能效ηA为

如果泵站进口和出口连结的是液体流入总管和液体流出总管，如图6，假设流入总管直径d1，m，流出总管直径d2，m。

图6 泵站进口和出口连结的是总管

根据泵站流量Q，计算流入总管中的液体流速v1，m/s。

计算出流出总管中的液体流速v2，m/s。

测量流入总管的液体压力p1，Pa，压力表高度h1，m，h1以泵站内的地面为基准，流入总管中的液体流速v1，计算出等效的H1。

测量流出总管的液体压力p2，Pa，压力表高度h2，m，h2以泵站内的地面为基准，流出总管中的液体流速v2，计算出等效的H2。

泵站的运行扬程H＝H2－H1。计算泵站运行能效为

四、结论

北京市居民小区和公共建筑中的二次供水泵站，电能浪费严重，全国的情况恐怕也好不到那里去，在国家大力推进“双碳节能”战略的今天，这是一件令人痛心的事，对二次供水泵站进行节能测算和节能改造势在必行，这应引起二次供水所涉部门的重视，做好基础工作，先进行节能测算，摸清家底，知道哪里有电能浪费，然后决定是否进行节能改造和由谁投资进行节能改造。

目前，我们正在同一些央企、国企、上市物业公司及部分统建统管的供水公司进行合作，开展二次供水节能测算和节能改造工作。

二次供水设备的能效标准不尽合理不尽科学，一些二次供水设备厂家和供水公司也在与我们合作，起草科学合理的二次供水泵站能效标准，欢迎大家一起参与，为提高我国二次供水泵站的运行能效做出贡献。