北京市某小区二次供水泵站节能改造

姚雅明 解力伟 徐世刚 姚泊生 张艳彬

（北京金易奥科技发展有限公司，北京 101102）

推荐性的二次供水设备的能效标准有不少，令出多门，对节能指标的定义和对节能指标的测试方法千差万别，十分混乱，由于目前用户不对实际运行能效进行现场验收考核，这类标准中的节能指标多数成了摆设，沦为一些厂家以参编标准为荣的宣传条目。对此调查数据表明，这些标准对我国二次供水设备提高实际运行能效几乎没有发挥多少作用。

目前，由于没有强制性的二次供水泵站运行能效标准，二次供水设备打开按钮能正常运行即可，而不对实际运行能效进行验收考核，这也导致了我国大量的二次供水泵站实际运行能效很低。

一、二次供水设备运行能效低的三大主要问题

我们对北京市一百多个二次供水泵站进行实际运行能效调查，设备几乎涵盖所有的知名品牌，平均电能浪费50%以上，可以说，几乎没有一个知名品牌可以保证让其生产的二次供水设备全部运行在可实现的高能效，理论上缺方向、技术上缺手段、运行能效缺强制验收标准，是目前二次供水设备实际运行能效低的三大主要问题。

二次供水设备存在巨大电能浪费，成为国家“双碳”节能减排战略的一块洼地。

二、对北京市某小区二次供水泵站节能改造实现节电72.9%

受小区入住率、用水习惯和季节变化等影响，二次供水泵站的供水量变化很大，除了满足所有用户在高峰期的最大用水量，还要兼顾用夜间低谷时的最小需水量，这对居民小区使用的二次供水泵站的运行能效设计和设备选型构成了挑战。

北京市某居民小区，用“四路泵站能效测试仪”进行数据采集分析后，发现两个泵站都有70%以上的电能浪费。测试和分析二次供水泵站节电潜力的四路泵站能效测试仪，如图1所示。

图1 四路泵站能效测试仪

由于这个小区的物业公司对测算出的节电比例有疑虑，对两个泵站的节电比例如此之高，觉得不可思议，并且这两套二次供水设备都是知名品牌，既有变频恒压也配了气压罐，所以，物业公司认为先改造一个并运行一段时间，对节电效果确信无疑后，再对另一个泵站进行节能改造，这样稳妥。

2021年3 月，北京金易奥科技发展有限公司与该居民小区的物业公司商定，先对高区的二次供水泵站进行节能改造，高区的住户少，影响小，待验证节电效果后，再对中区的二次供水泵站进行节能改造，项目采用合同能源管理模式，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二次供水泵站进行节能改造，用节约下来的电费返还节能投资。

泵站节能控制原理，理论上依托《城镇供水》杂志“姚博士谈泵站节能”栏目主讲人姚福来博士用数学方法证明的“泵站能效预知”最优理论：姚定理1和姚定理2，由于数学方法的严谨性，解决了众说纷纭的争论，正确且唯一，技术上使用北京京金易奥科技发展有限公司的若干项发明专利。

2021年11月24 日完成节能改造，改造前吨水电耗0.521kWh/m3，图3为中区泵站改造前的现场，改造后泵站的吨水电耗为0.141kWh/ m3，图4为中区泵站改造后的现场，节电比例72.9%，每年可节约电量55391度电（kWh）。目前，已完成对该居民小区中区和高区二次供水泵站的全部节能改造，高区的二次供水设备早在2021年3月19号就已完成。

图3 北京某小区中区二次供水泵站改造前现场

图4 北京某小区中区二次供水泵站改造后现场

三、二次供水泵站的能效达标和能效等级

居民小区二次供水自身的特点是高低峰流量变化很大，对100多个二次供水设备的运行能效分析后发现，二次供水泵站的运行能效达标值和能效等级划分要兼顾现在的实际状况，不能定的太高，否则就很难有达标的泵站，定的太低，又起不到提高我国二次供水实际运行能效的目的。

在讨论二次供水设备的达标值和能效等级值之前，我们先定义几个概念。以下为姚福来博士起草的“二次供水泵站的能效达标和能效等级标准”的部分内容。

3.1 泵站额定能效ηJe

泵站所用水泵中最高的额定效率为ηBe，拖动水泵的电动机中最高的额定效率为ηDe，拖动电动机的调速器中最高的额定效率为ηTe，近似认为水泵和电动机的连轴器效率为1，则泵站额定能效ηJe定义如下：

3.2 同规模泵站额定效率ηJz

同规模水泵节能评价值ηBep，同规模电动机1级能效值ηDe1，同规模调速器节能评价值ηTep，近似认为水泵和电动机的连轴器效率为1，则同规模泵站额定效率ηJz定义如下：

3.3 泵站运行能效η

泵站运行能效η，等于被输送液体从泵站进口到泵站出口获得的能量与泵站输入能量的比值，单位为%，泵站运行能效为实测值，泵站运行能效η的计算方法见《城镇供水》2022年第一期14~16页。

3.4 水泵额定流量Qr

水泵铭牌上标明的额定流量Qr，单位为立方米/小时（m3/h）。

3.5 水泵额定扬程Hr

水泵铭牌上标明的额定扬程Hr，单位为米（m）。

3.6 二次供水泵站的运行能效达标和能效等级

对于实际运行的二次供水泵站，流量不限，泵站的运行效率等级分为5级，0.7~0.9ηJz为长期目标，为了兼顾目前运行能效普遍偏低的实际情况，泵站运行能效等级分为“达标+5级”为近期目标，如表1。

表1 实际运行泵站能效等级

表1中，实际运行泵站的运行能效等级分为5个等级，其中1级运行能效最高，根据实测数据确定泵站的运行能效等级。例如，η≥0.85ηJz，则泵站运行能效为1级。

3.7 泵站运行能效等级评定说明

一个输送清水的二次供水泵站，有3台相同的双吸水泵，水泵的额定扬程Hr＝12m，单台水泵的额定流量Qr＝800m3/h，水泵额定效率78.9%，水泵额定转速ne=1470r/min，电动机功率45kW，电动机额定效率93.1%，变频器的额定效率95%，泵站运行扬程H＝9.6m，测得某时间段的泵站运行效率η＝66%，评测该泵站在该时间段内的运行能效等级。

计算该泵站的额定效率ηJe＝0.789*0.931*0.95*100%=69.78%

计算水泵的比转速ns：

根据Qr和ns在GB 19762-2007标准中查出同规模水泵的节能评价值ηBep=83.9%；根据电动机功率45kW和转速1470r/min（4极），在GB 18613-2012标准中查出同规模电动机的节能评价值为95.6%；根据功率查得同规模变频器节能评价值98%；计算同规模泵站额定能效ηJz：

ηJz＝ max(0.839,0.789)*max(0.956,0.931)*max(0.98,0.95)*100%=78.6%。

该泵站的配水电耗：

泵站运行效率 η ＝ 66% = 0.8397ηJZ，该泵站运行能效等级为2级。

如果按泵站自身的额定能效ηJe评价，η=0.946ηJe，说明该泵站运行控制很好，有达到1级运行能效的潜力，但是因为所选的水泵、电动机和变频器的额定能效低于同规模设备的节能评价值，该泵站只能评为2级能效。

四、结论

北京市居民小区和公共建筑二次供水泵站的电能浪费严重，全国的情况普遍如此。理论上缺方向、技术上缺手段、运行能效缺强制标准，是目前二次供水设备实际运行能效低的三大主要问题。对二次供水泵站进行节能测算和节能改造势在必行，第一步是做好基础工作，先进行节能测算，摸清家底，知道哪里有电能浪费，第二步，决定是否进行节能改造。

姚福来博士用数学方法证明的“泵站能效预知”最优理论：姚定理1和姚定理2，由于数学方法的严谨性，解决了众说纷纭的争论，正确且唯一。针对目前二次供水设备标准中，能效标准不尽合理和不尽科学的问题，本文第三节给出了姚福来博士起草的“二次供水泵站的能效达标和能效等级标准”中的部分内容。