地鐵集中冷站空調(diào)系統(tǒng)水泵節(jié)能改造范文
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摘要：本文主要闡述了廣州地鐵二、八號線（經(jīng)營期）集中冷站空調(diào)水泵改造策略，通過分析水泵能耗的構(gòu)成，找到水泵運(yùn)行的理想工作狀態(tài)點(diǎn)，然后重新選型，對原水泵進(jìn)行替換，從而達(dá)到設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，節(jié)約運(yùn)行成本的目的。本文最后詳細(xì)分析了水泵節(jié)能改造帶來的經(jīng)濟(jì)效益，論證了該項(xiàng)措施顯著的節(jié)能效果。
關(guān)鍵詞：地鐵；集中冷站；空調(diào)水泵；節(jié)能改造
二、八號線車站（經(jīng)營期）環(huán)控空調(diào)循環(huán)水系統(tǒng)存在設(shè)計預(yù)留偏大以及管道系統(tǒng)的非正常阻力損失等問題，大多數(shù)水泵的實(shí)際運(yùn)行揚(yáng)程小于水泵的銘牌揚(yáng)程，有的甚至相差甚大，因而導(dǎo)致了水泵運(yùn)行效率降低，能源浪費(fèi)。以鷺江冷站為試點(diǎn)對單臺冷卻水泵及二次冷凍泵進(jìn)行了節(jié)能改造，現(xiàn)該項(xiàng)目已完成，節(jié)能效果顯著。現(xiàn)以此為依據(jù)，對二、八號線經(jīng)營期其他集中冷站（北部冷站、赤沙冷站）空調(diào)水泵展開分析，論證其節(jié)能效果。
1空調(diào)水泵運(yùn)行耗電影響因素分析
中央空調(diào)系統(tǒng)的耗電占公共建筑及大型商業(yè)項(xiàng)目耗電的40～60%，而水泵耗電占到空調(diào)系統(tǒng)耗電的20～30%，水泵節(jié)電已經(jīng)引起有識之士的廣泛關(guān)注。每臺泵都可以在一個寬廣的流量和揚(yáng)程范圍內(nèi)安全運(yùn)行，但是都有一個運(yùn)行效率較高的經(jīng)濟(jì)使用流量區(qū)間，因?yàn)槌鼋?jīng)濟(jì)使用流量區(qū)間使用時，其運(yùn)行效率將顯著下降。水泵運(yùn)行工作點(diǎn)是選定水泵的性能曲線與管道阻力特性曲線的交點(diǎn)。空調(diào)水泵電耗（輸入功率）的計算公式：P=ρ.g.Q.H/η(1)說明：P———電機(jī)輸入功率；ρ———輸送流體的比重kg/m3；g———重力加速度m/s2；Q———流量m3/s；H———揚(yáng)程m；η———效率。式(1)中水泵輸送的介質(zhì)是空調(diào)冷凍水或冷卻水，溫度變化范圍不大，其中ρ，g可當(dāng)做是常量，可見空調(diào)泵的電機(jī)輸入功率是由空調(diào)水的流量、水泵揚(yáng)程和水泵效率確定的。而其實(shí)這三個參數(shù)是相互關(guān)聯(lián)的，是由水泵的性能曲線和管道阻力特性曲線確定的，而管道的阻力特性曲線是通過直角坐標(biāo)的一條拋物性。通常在一定的管路系統(tǒng)中輸送設(shè)計所需流量，當(dāng)流體流動時產(chǎn)生的總阻力：Hw=KQ2(2)式(2)中，K稱為管路特性系數(shù)，當(dāng)管道的長度、面積及配件阻力為已知時，K為定值，由此可見，對已經(jīng)設(shè)計安裝好的冷卻水管路系統(tǒng)，流體流動時產(chǎn)生的阻力只是與流經(jīng)的流量平方成正比。因此，對于已經(jīng)設(shè)計安裝好的冷卻水管路系統(tǒng)，冷卻水泵的耗電只是取決于冷卻水的流量、水泵揚(yáng)程和水泵效率。根據(jù)泵和風(fēng)機(jī)的相似定律，同一臺水泵，輸送相同的介質(zhì)，在不同轉(zhuǎn)速N，Nm時的流量、揚(yáng)程存在以下?lián)Q算關(guān)系：H/Hm=(N/Nm)2=（Q/Qm）2（3）
空調(diào)水泵的耗電是由空調(diào)水的流量、水泵揚(yáng)程和水泵效率確定的。而實(shí)際工作過程中空調(diào)水的流量、水泵揚(yáng)程和水泵效率取決于水泵的實(shí)際工作點(diǎn)。圖1中，假設(shè)A點(diǎn)是符合管路特性曲線和冷水機(jī)組工作條件的理想工作狀態(tài)點(diǎn)，圖中B點(diǎn)是設(shè)計工作狀態(tài)點(diǎn)，而C點(diǎn)是實(shí)際工作點(diǎn)。因二、八號線（經(jīng)營期）空調(diào)系統(tǒng)水泵設(shè)計裕量過大，水泵采購配置時再進(jìn)一步放大，使實(shí)際工作狀態(tài)點(diǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離設(shè)計工作狀態(tài)點(diǎn)和理想工作狀態(tài)點(diǎn)。實(shí)際工作狀態(tài)點(diǎn)C甚至超出了水泵的經(jīng)濟(jì)工作區(qū)，致使水泵運(yùn)行效率很低，且流量和揚(yáng)程都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高過理想工作點(diǎn)。由此可見，進(jìn)行空調(diào)水泵的節(jié)能改造，就必須進(jìn)行現(xiàn)場測試，找到水泵的實(shí)際工作狀態(tài)點(diǎn)與理想工作狀態(tài)點(diǎn)之間的差異，確認(rèn)最終的節(jié)能改造措施，以保證改造后的實(shí)際工作狀態(tài)點(diǎn)盡可能接近理想工作狀態(tài)點(diǎn)。因此，本次改造需按照水泵的理想工作狀態(tài)點(diǎn)A的流量和揚(yáng)程選定新的水泵，如圖1所示，相當(dāng)于冷卻水泵的工作狀態(tài)點(diǎn)從C點(diǎn)沿管道阻力特性曲線移動至A點(diǎn)。這樣新的冷卻水泵盡最大可能的削減了原有冷卻水泵的剩余流量和揚(yáng)程，并且保證水泵運(yùn)行在效率盡可能高的工作狀態(tài)點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)最大限度的節(jié)能。
3運(yùn)行數(shù)據(jù)分析
3.1冷卻水泵運(yùn)行數(shù)據(jù)分析
以鷺江冷站試點(diǎn)數(shù)據(jù)為依據(jù)，按照各冷站管路壓降、機(jī)組壓降、冷卻塔高差相類似，得出各冷站對應(yīng)的冷卻水泵揚(yáng)程，詳見表1。為保證改造后的冷卻水流量滿足使用要求，建議改造后的冷卻水流量為原設(shè)計流量的1.1倍，根據(jù)公式（1）計算出改造后冷卻水泵的功率，詳見表2。
3.2二次冷凍泵運(yùn)行數(shù)據(jù)分析
根據(jù)公式（3），揚(yáng)程與流量的平方成正比，計算得出各冷站二次冷凍泵揚(yáng)程，從而計算出水泵功率，詳見表三。說明：二次冷凍泵的估算以滿足高負(fù)荷季節(jié)的需求為計算依據(jù)，預(yù)計新二次泵運(yùn)行頻率40Hz———-45Hz。
4經(jīng)濟(jì)效益分析
通過對二、八號線（經(jīng)營期）集中冷站空調(diào)系統(tǒng)水泵節(jié)能改造后，按照空調(diào)季節(jié)5個月（5月-10月），每天運(yùn)行17小時計算，可得出每年節(jié)電量為310590kWH。詳見表4。
5結(jié)論
以鷺江冷站空調(diào)系統(tǒng)水泵改造為依據(jù)，通過對廣州地鐵二、八號線（經(jīng)營期）全部集中冷站空調(diào)系統(tǒng)水泵進(jìn)行節(jié)能改造后，每年可節(jié)省電量310590度，節(jié)能效果非常顯著。且通過本次改造，使水泵實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)接近理想狀態(tài)，提高了設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性，確保各冷站正常運(yùn)行。因此，該項(xiàng)節(jié)能改造措施既達(dá)到了節(jié)能降耗的要求，又在一定程度上提高了設(shè)備穩(wěn)定性，值得在二、八號線推廣實(shí)施。
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作者：吳嘉豪 單位：廣州地鐵集團(tuán)有限公司