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地铁集中冷站空调系统水泵节能改造

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摘要:本文主要阐述了广州地铁二、八号线(经营期)集中冷站空调水泵改造策略,通过分析水泵能耗的构成,找到水泵运行的理想工作状态点,然后重新选型,对原水泵进行替换,从而达到设备运行稳定,节约运行成本的目的。本文最后详细分析了水泵节能改造带来的经济效益,论证了该项措施显著的节能效果。

关键词:地铁;集中冷站;空调水泵;节能改造

二、八号线车站(经营期)环控空调循环水系统存在设计预留偏大以及管道系统的非正常阻力损失等问题,大多数水泵的实际运行扬程小于水泵的铭牌扬程,有的甚至相差甚大,因而导致了水泵运行效率降低,能源浪费。以鹭江冷站为试点对单台冷却水泵及二次冷冻泵进行了节能改造,现该项目已完成,节能效果显著。现以此为依据,对二、八号线经营期其他集中冷站(北部冷站、赤沙冷站)空调水泵展开分析,论证其节能效果。

1空调水泵运行耗电影响因素分析

中央空调系统的耗电占公共建筑及大型商业项目耗电的40~60%,而水泵耗电占到空调系统耗电的20~30%,水泵节电已经引起有识之士的广泛关注。每台泵都可以在一个宽广的流量和扬程范围内安全运行,但是都有一个运行效率较高的经济使用流量区间,因为超出经济使用流量区间使用时,其运行效率将显著下降。水泵运行工作点是选定水泵的性能曲线与管道阻力特性曲线的交点。空调水泵电耗(输入功率)的计算公式:P=ρ.g.Q.H/η(1)说明:P———电机输入功率;ρ———输送流体的比重kg/m3;g———重力加速度m/s2;Q———流量m3/s;H———扬程m;η———效率。式(1)中水泵输送的介质是空调冷冻水或冷却水,温度变化范围不大,其中ρ,g可当做是常量,可见空调泵的电机输入功率是由空调水的流量、水泵扬程和水泵效率确定的。而其实这三个参数是相互关联的,是由水泵的性能曲线和管道阻力特性曲线确定的,而管道的阻力特性曲线是通过直角坐标的一条抛物性。通常在一定的管路系统中输送设计所需流量,当流体流动时产生的总阻力:Hw=KQ2(2)式(2)中,K称为管路特性系数,当管道的长度、面积及配件阻力为已知时,K为定值,由此可见,对已经设计安装好的冷却水管路系统,流体流动时产生的阻力只是与流经的流量平方成正比。因此,对于已经设计安装好的冷却水管路系统,冷却水泵的耗电只是取决于冷却水的流量、水泵扬程和水泵效率。根据泵和风机的相似定律,同一台水泵,输送相同的介质,在不同转速N,Nm时的流量、扬程存在以下换算关系:H/Hm=(N/Nm)2=(Q/Qm)2(3)

2空调水泵的节能改造策略——更新水泵

空调水泵的耗电是由空调水的流量、水泵扬程和水泵效率确定的。而实际工作过程中空调水的流量、水泵扬程和水泵效率取决于水泵的实际工作点。图1中,假设A点是符合管路特性曲线和冷水机组工作条件的理想工作状态点,图中B点是设计工作状态点,而C点是实际工作点。因二、八号线(经营期)空调系统水泵设计裕量过大,水泵采购配置时再进一步放大,使实际工作状态点远远偏离设计工作状态点和理想工作状态点。实际工作状态点C甚至超出了水泵的经济工作区,致使水泵运行效率很低,且流量和扬程都远远高过理想工作点。由此可见,进行空调水泵的节能改造,就必须进行现场测试,找到水泵的实际工作状态点与理想工作状态点之间的差异,确认最终的节能改造措施,以保证改造后的实际工作状态点尽可能接近理想工作状态点。因此,本次改造需按照水泵的理想工作状态点A的流量和扬程选定新的水泵,如图1所示,相当于冷却水泵的工作状态点从C点沿管道阻力特性曲线移动至A点。这样新的冷却水泵尽最大可能的削减了原有冷却水泵的剩余流量和扬程,并且保证水泵运行在效率尽可能高的工作状态点,从而实现最大限度的节能。

3运行数据分析

3.1冷却水泵运行数据分析

以鹭江冷站试点数据为依据,按照各冷站管路压降、机组压降、冷却塔高差相类似,得出各冷站对应的冷却水泵扬程,详见表1。为保证改造后的冷却水流量满足使用要求,建议改造后的冷却水流量为原设计流量的1.1倍,根据公式(1)计算出改造后冷却水泵的功率,详见表2。

3.2二次冷冻泵运行数据分析

根据公式(3),扬程与流量的平方成正比,计算得出各冷站二次冷冻泵扬程,从而计算出水泵功率,详见表三。说明:二次冷冻泵的估算以满足高负荷季节的需求为计算依据,预计新二次泵运行频率40Hz———-45Hz。

4经济效益分析

通过对二、八号线(经营期)集中冷站空调系统水泵节能改造后,按照空调季节5个月(5月-10月),每天运行17小时计算,可得出每年节电量为310590kWH。详见表4。

5结论

以鹭江冷站空调系统水泵改造为依据,通过对广州地铁二、八号线(经营期)全部集中冷站空调系统水泵进行节能改造后,每年可节省电量310590度,节能效果非常显著。且通过本次改造,使水泵实际运行状态接近理想状态,提高了设备运行稳定性,确保各冷站正常运行。因此,该项节能改造措施既达到了节能降耗的要求,又在一定程度上提高了设备稳定性,值得在二、八号线推广实施。

参考文献

[1]吴飞,崔彦枫,李祥立,邹平华.水泵性能曲线方程研究[J].暖通空调,2006(10).

[2]匡江红,余斌.地铁空调通风环境控制系统的节能探讨[J].能源研究与信息,2003(4).

[3]毛宇丰.地铁车站集成环控系统[J].地铁与轻轨,2002(1).

[4]王硕.集中空调变流量冷却水系统节能分析[J].制冷与空调,2016(4).

[5]李高潮.地铁环控系统采用变频调速可行性的探讨[J].铁道建筑,2002(11).

作者:吴嘉豪 单位:广州地铁集团有限公司

地铁集中冷站空调系统水泵节能改造责任编辑:张雨    阅读:人次
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