姚雅明 張艷彬 解力偉 姚泊生 徐世剛 孫同斌 王洪霞

（北京金易奧科技發(fā)展有限公司，北京 101102）

隨著污水處理廠的大量投入運行，中水利用也變得越來越廣泛，出于節(jié)水目的，城市建筑中有大量的中水二次供水泵站，用于衛(wèi)生間沖洗等非飲用水的加壓。受入住率和用水習(xí)慣影響，居民區(qū)的中水用量變化很大，這對中水二次加壓泵站的設(shè)計選型構(gòu)成了挑戰(zhàn)。

對北京市近兩百個二次供水泵站實際運行能效進行的一項調(diào)查，供水設(shè)備幾乎涵蓋所有的知名品牌，平均電能浪費50%以上，理論上缺支撐、技術(shù)上缺手段、運行能效缺強制性標(biāo)準，是運行能效普遍偏低的三大主要問題。

一、泵站運行能效測試和節(jié)電潛力分析設(shè)備

工欲善其事，必先利其器，節(jié)能改造最大的問題是節(jié)電比例的準確確定，這關(guān)系到節(jié)能工作的成敗，也是節(jié)能工作的第一步，北京金易奧科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的泵站能效測試儀就是為這一目的而研發(fā)的，它能準確檢測泵站的運行能效且能給出泵站的節(jié)電潛力?！八穆繁谜灸苄y試儀”如圖1。

圖1 四路泵站能效測試儀

二、泵站能效預(yù)知理論是泵站節(jié)能工作的理論依據(jù)

2021 年《城鎮(zhèn)供水》雜志“姚博士談泵站節(jié)能”欄目主講人姚福來博士，在其博士論文、博士后和訪問學(xué)者工作中提出的泵站能效預(yù)知理論以及用數(shù)學(xué)證明的姚定理1 和姚定理2，是泵站節(jié)能工作的理論依據(jù)。

由于數(shù)學(xué)證明的嚴謹性，該結(jié)論正確且唯一，該理論的提出，使得泵站節(jié)能不再撲朔迷離和眾說紛紜，而是變成了一種可以準確預(yù)知的科學(xué)工作。它可以準確解釋過去，精確預(yù)測未來，并給出實現(xiàn)的方法。

三、對北京市某小區(qū)中水二次加壓泵站節(jié)能改造實現(xiàn)節(jié)電84.9%

北京市某居民小區(qū)的中水二次加壓泵站，用“四路泵站能效測試儀”進行數(shù)據(jù)采集分析后，發(fā)現(xiàn)該泵站在不做總體改動的情況下有85%左右的電能浪費，如果把水箱供水方式改為無負壓疊壓供水方式則節(jié)電比例還會更高。這個小區(qū)是一個上市公司負責(zé)的物業(yè)，他們管理的物業(yè)中有用無負壓代替水箱產(chǎn)生節(jié)能效果的案例，節(jié)能改造后仍然使用水箱也有這么大的節(jié)電比例，用戶對這個測試結(jié)果存有疑慮，后來他們經(jīng)過反復(fù)討論，決定試一下，看一看這個預(yù)測的節(jié)電比例是如何實現(xiàn)的，如果成功，在他們公司負責(zé)的其他物業(yè)可以推進這項技術(shù)的落地應(yīng)用。

北京金易奧科技發(fā)展有限公司與該上市公司商定，項目采用合同能源管理模式，由北京金易奧科技發(fā)展有限公司投入技術(shù)、資金和設(shè)備，用4S 全變頻能效預(yù)知設(shè)備對二次供水泵站進行節(jié)能改造，用節(jié)約下來的電費返還節(jié)能投資，待驗證節(jié)電效果后，再對后續(xù)的小區(qū)二次供水泵站進行節(jié)能改造。

泵站節(jié)能控制原理利用《城鎮(zhèn)供水》雜志“姚博士談泵站節(jié)能”欄目主講人姚福來博士證明的泵站能效預(yù)知理論：姚定理1 和姚定理2，技術(shù)依托為北京京金易奧科技發(fā)展有限公司的6 項發(fā)明專利。

該二次加壓泵站，市政管網(wǎng)來的帶壓力的中水流入水箱，水箱的液位由浮球閥控制，經(jīng)泵站加壓后，送入小區(qū)各建筑居民家中。物業(yè)公司要求不改動總體結(jié)構(gòu)，繼續(xù)使用原水箱供水，以驗證我們預(yù)測出的節(jié)電比例，節(jié)能改造前后總體結(jié)構(gòu)不變，如圖2。

圖2 北京某小區(qū)中水二次加壓泵站整體結(jié)構(gòu)

該泵站節(jié)能改造前的噸水電耗為3.37kWh/m3，圖3 為該小區(qū)中水泵站改造前的現(xiàn)場，2022 年2 月23 日完成節(jié)能改造，改造后該中水泵站的噸水電耗為0.51kWh/ m3，圖4 為該中水泵站改造后的現(xiàn)場，前后數(shù)據(jù)對比，實現(xiàn)的節(jié)電比例為84.9%，每年可為該物業(yè)公司節(jié)約電量42308 度電（kWh）。

圖3 北京某小區(qū)中水二次加壓泵站改造前現(xiàn)場

圖4 北京某小區(qū)中水二次加壓泵站改造后現(xiàn)場

四、二次供水設(shè)備電能浪費的幾個具體問題

由于缺乏理論依據(jù)、技術(shù)支撐和強制能效驗收標(biāo)準，二次供水設(shè)備電能浪費嚴重，為解決夜間小流量供水問題在泵站的出口增加隔膜罐（氣壓罐），為避免自來水的來水壓力泄放造成的能源浪費在泵站的進口增加用穩(wěn)流罐（無負壓罐），為了解決二次供水流量大幅度變化問題增加大小泵，為了實現(xiàn)多泵自由搭配采用全變頻運行方式，這些手段使用的好可以發(fā)揮了節(jié)能作用，使用不好可能會適得其反，目前二次供水設(shè)備嚴重電能浪費的原因主要集中在具體的實施手段上，比如：

水泵的選型是否合理？

大小泵搭配是否合理？

氣壓罐的選型和運行是否合理？

穩(wěn)流罐是否導(dǎo)致泵站偏離高效運行區(qū)？

泵站的能效優(yōu)化運行方法是否最優(yōu)？

五、二次供水泵站多恒壓值運行時的運行能效計算

如果一個二次供水泵站運行在多個恒壓值狀態(tài)，其運行能效計算如下。

上式中，γ 為水的密度，1000kg/m3，ti為第i 時段，h，Qi為ti時段的泵站流量，m3/h，Hi為ti時段的泵站揚程，m，Wi為ti時段的泵站耗電量，Kw.h，η 為泵站運行能效。

泵站的配水電耗Wp（千立方米兆帕千瓦時），kW.h/(km3.MPa)，與泵站運行能效η 之間的關(guān)系如下：

六、結(jié)論

對北京市近兩百個二次供水泵站的運行能效進行的一項調(diào)查，供水設(shè)備幾乎涵蓋所有的知名品牌，在這類泵站，平均算下來，一半以上的電能是被白白浪費掉了，理論上缺支撐、技術(shù)上缺手段、運行能效缺強制性標(biāo)準，是運行能效普遍偏低的三大主要問題，全國的情況恐怕也不樂觀。

節(jié)能除了運行費用的直接降低還有減碳收益，她更多地是體現(xiàn)一份社會責(zé)任，是人類生存的剛需。在“雙碳”成為國家戰(zhàn)略的今天，二次供水存在的能效偏低問題應(yīng)該引起自來水企業(yè)有關(guān)部門的重視，先對轄區(qū)內(nèi)的二次供水設(shè)備進行一遍節(jié)能普查，摸清家底，知道哪里是電能浪費的重點，哪些二次供水設(shè)備廠家的設(shè)備運行能效低，是節(jié)能工作的第一步。

目前，北京以外很多地區(qū)和城市的節(jié)能監(jiān)管部門也在同我們聯(lián)系，希望盡快給他們所在區(qū)域的公共供水泵站和二次供水泵站做一次節(jié)能普查，我們的節(jié)能工作已經(jīng)忙的不可開交，希望有更多的合作伙伴加入到這項節(jié)能的事業(yè)中來，為國家“雙碳”戰(zhàn)略盡力。