既有建筑變頻供水降耗的改進
既有建筑能耗中供水變頻泵的能耗巨大，經過測算發現其能耗普遍是工頻泵有水塔供水的210%以上，有的甚至達到760%以上，每噸水消耗電能需要7.5～10千瓦時，出現電費比水費還多的“倒掛”現象，變頻的“節能效應”完全得不到發揮。為此本文作者開發出變頻水泵的“蓄電池”式功能改進思路。
中國工程院院長徐匡迪于20**年1月曾重點提到終端節能的重要意義：“用煤發電，5份的能量，通過轉換、運輸，到用戶那里，只剩下1份。節約一度電，等于節省了5份能量。終端節能，特別重要。”
減低能耗、崇尚節能是走向低碳經濟的第一步。目前我國建筑能耗約占全社會終端能耗總量的27.5%，隨著城鎮化進程的加快，建筑能耗還會日益增長。建筑能耗指建筑使用能耗，其中以建筑采暖和空調能耗為主，但在高層建筑中變頻供水能耗也占不小的比例，本文主要闡述既有建筑變頻供水能耗的評估和改進。
建筑變頻供水系統的由來
建筑供水方式大致經過這樣幾個階段：
1、工頻泵加水塔供水
工頻泵加高位水塔供水是最初的供水方式，最為常見也最可靠，至今還用，優點是無節流損耗，供水效率高。缺點是用水舒適性差、水質會再次受污染，有時會影響建筑美觀。
2、工頻泵無水塔恒壓供水
隨著對用水舒適性的要求提高，出現了工頻泵無水塔供水方式。它使用范圍不廣，主要有兩種類型設備。一種是工頻泵恒壓供水，采用流量調節閥調節用水量，達到恒壓，但有大量的能量損耗在節流閥上，能耗較大。另一種是工頻氣壓罐供水設備，設定水壓的上限和下限，能耗得到大大地改善，但水壓不穩定，影響用水舒適性，還有更為嚴重的缺陷是水泵工頻啟停頻繁，產生有害的水錘效應，影響電器設備的壽命。
3、變頻泵恒壓供水
為了減低能耗和保障用水舒適性，自動化程度較高的變頻恒壓供水設備應運而生，隨著電機變頻調速技術的成熟以及制造成本的降低，變頻恒壓供水設備在高層建筑供水中使用越來越廣泛，它具有諸多優點，特別是水壓恒定、軟啟軟停為人們所喜愛。
既有建筑變頻供水的能耗評估
變頻供水的優點經過使用檢驗，唯有“節能效應”得不到體現。為此20**年在修訂《中國節能技術政策大綱》征求意見稿中具體地提出“對風機、泵、壓縮機進行系統節能改造，提高用能效率。”后來在頒布稿中提到“研究分析既有建筑現狀，建立既有建筑節能改造評估體系”，可以理解既有建筑變頻供水能耗評估和改進也包含其中。
參照對象和評估指標
對一個系統進行評估時，首先需確定與之相比較的參照對象和評估指標。變頻供水方式是從工頻無水塔供水改進而來的，理應與之比較，但與之相比具有明顯的節能效應，比較也就失去了意義。為此選定工頻有水塔供水方式為參照對象，從舒適性、用水安全性和能耗(主要是能耗指標)三個指標進行評估，評估結論都是與工頻有水塔供水方式相比而言的。
評估結果
舒適性和安全性都絕對優越于工頻有水塔供水，這是由于變頻調速技術成熟而帶來的效果。
能耗指標則很糟糕，同時還出現許多負面影響：設備磨損大、噪音大、機械壽命低。我們從供水系統配置和流量設計兩個方面抽取了16套具有代表性的設備機組進行評估，發現能耗普遍是工頻供水的210%以上，有的地方甚至達到760%以上，每噸水消耗電能需要7.5～10千瓦時，出現電費比水費還多的“倒掛”現象，供水能耗竟然占一個家庭總電能耗的20%以上。不僅如此，供水機組不停地運轉，沒有睡眠狀態，必然產生磨損快、噪音大、機械壽命低等后果。有一個小區3套變頻供水機組共9臺供水主泵，2年內大修了4臺;還有一座大樓，6年內供水泵全部更換，而工頻有水塔供水泵則運行了10年還保持性能良好。由此得出變頻供水的電能浪費確實應引起重視。
供水系統能耗規律：在評估過程中我們發現配置齊全(有小泵、氣壓罐)的能耗相對較低，設計額定供水量與大樓實際用水量比值小的能耗也較低。但是令人遺憾的是，配置齊全的只占37%，而設計額定供水量則全部遠遠大于大樓實際用水量，是它的幾十倍，導致供水流量與用水流量平衡困難，由于供水系統“恒壓”的需要，供水機組大部分時間運行在“不平衡”狀態中。按供水機組設計思路，當用水量大時，機組多泵并聯運行供水，以平衡用水量的變化，而實際使用中，始終只有一臺泵在運行，其他泵由“流量備用”變成了“設備備用”，更說明存在大量的節流損耗，這就是系統供水效率低下的根本原因。因此對變頻供水的改進關鍵是減低節流損耗，做到流量平衡，為此可以從“配置”和“流量”兩個方面考慮對變頻供水系統進行改進。
建筑變頻供水系統的改進
在改進前有以下兩個問題需要搞清，以利于指導改進方法和節能效果評估。
變頻供水節能效應問題。變頻供水與工頻有水塔供水相比，到底有沒有節能效應呢?我們應當先從理論上搞清，不然節能改進也是行不通的。兩種供水方式電機運行的時間和功率都不同，變頻供水運行時間長，功率隨時在變化;工頻供水時間短，功率恒定。但水最終是供給用戶的，無論何種供水方式，最終用水分布規律是相同的，因此可以從系統所做的“有用功”上進行對比。筆者做了一個模型進行分析，推算出變頻供水有用功是工頻有水塔供水的65%左右，意味著如果兩種供水方式供水效率相同的話，變頻供水的總功可節省35%左右，即所說的“節能效應”。進一步分析系統效率，發現變頻供水系統效率總是低于工頻供水，隨著系統效率的減低直接影響到節能效果，當減低到65%時，兩者能耗相等，如果進一步減低，則能耗就會大于工頻有水塔供水。
因此可以認為變頻供水具有節能效應的空間，隨著系統效率的減低，節能空間被縮小，甚至變得更為耗能。提高系統效率的關鍵是減低節流損耗，完善設備配置和流量設計合理性。
變頻供水不妥的改進方法。目前有種改進方法不從變頻供水的運行機理出發，沒有分析耗能大的原因，改進時完全否定了變頻技術的節能效應，于是乎就廢棄了變頻控制，利用現成的氣壓罐改成了前面所說的工頻氣壓罐設備供水方式，這不是一個上策的改進方法，會帶來工頻供水的許多弊端。
從配置齊全方面考慮改進，由于投入大，再則如果流量設計不合理的話也難以體現節能效應，因此改進時重點從“流量”著手。大家都知道變頻空調具有明顯的節能效應，原因是它能夠做到“流量平衡”，在空間一定的情況下，“制冷量”是由空調器決定的，輸送出的冷量都能被空間所接受。而變頻供水的流量是由用戶用水量決定的，從零到最大值，變化很劇烈，供水量和用水量很難做到平衡，雖然考慮到了配置小流量泵和氣壓罐，但只能做到改善，不能做到保證流量平衡。
于是我們想到了在供水系統內建立“蓄電池”式功能的改進思路--把多余的“供水量”存放在某個地方，當供水機組睡眠的時候再取用，最佳的地方當然是低位氣壓罐內，但它能存放的量太少，按照理想氣體狀態方程式，氣壓罐需做到容積2立方米以上才能體現效果，而我們常見的只有0.36立方米，因此存放在氣壓罐內的方法行不通。存放在高位小水箱內簡單可行，此時的小水箱猶如充當了“蓄電池”的功能，當系統供水量大于用水量時，可以將剩余的供水量儲存放在水箱內(相當于充電)，合理調整變頻器的參數，當供水泵睡眠時，用水量從水箱內取用(相當于放電)，這樣可保障供水系統“流量”平衡。有個缺陷是水箱位置不夠高時放水壓力明顯減小，影響用水舒適性，為此我們又開發了管道泵增壓自動控制技術，成功實現了系統壓力平穩，不影響用水舒適性，意味著“蓄電池”式的改進方法不受任何條件的限制，可以普遍推廣。
自20**年以來，筆者所在公司為了落實終端節能，相繼采用“蓄電池”式的改進方法改進了5個小區(總建筑面積23萬平方米左右)，實踐證明可以起到18%～26%的節能效果(由于高、低區合一供水，在減壓閥上存在節流損耗，故沒有達到理論的35%)，如果與無負壓供水技術相結合，則可進一步達到29%～32%的節能效果，據統計全年可降耗和節能80多萬千瓦時電能，折算成標準煤同樣也是相當可觀的。
總結
目前建筑變頻供水系統普遍存在極大地浪費電能和設備資源的問題。根本原因是“流量”不平衡。影響流量平衡主要有兩個因素，系統配置不齊備和流量設計不合理，使用場合的分時用水量變化范圍大，系統因“恒壓”的需要，絕大部分時間運行在“供”大于“求”的狀態，造成相當大的節流損耗，系統整體效率低下，出現“三大”、“一低”現象也就在所難免。
實踐證明在供水系統內建立“蓄電池”式的功能，實現流量平衡，可收到明顯的節能效果。高位小容量水箱猶如起到了“蓄電池”功能的作用，可以大幅度提高供水系統的整體效率，體現變頻技術的節能效應，從幾個小區改造后的供水能耗統計顯示可體現18%～26%的節能效果。
終端節能需要全社會的關注和參與，對變頻供水節能改進，物業服務企業責無旁貸，同時也需要政府有關部門的保障，對在建的項目，明確規定變頻供水設備配置必須齊備合理，特別是流量設計要參照既有建筑的實際用水量，不能再閉門造車。另外還需建立當節能效果不明顯時的后續改進措施，比如實行階梯泵組合、建置小水箱等，供以后改進之用。
篇2：既有建筑的變頻供水降耗改進
既有建筑能耗中供水變頻泵的能耗巨大，經過測算發現其能耗普遍是工頻泵有水塔供水的210％以上，有的甚至達到760％以上，每噸水消耗電能需要7.5～10千瓦時，出現電費比水費還多的“倒掛”現象，變頻的“節能效應”完全得不到發揮。為此本文作者開發出變頻水泵的“蓄電池”式功能改進思路。
中國工程院院長徐匡迪于20**年1月曾重點提到終端節能的重要意義：“用煤發電，5份的能量，通過轉換、運輸，到用戶那里，只剩下1份。節約一度電，等于節省了5份能量。終端節能，特別重要。”
減低能耗、崇尚節能是走向低碳經濟的第一步。目前我國建筑能耗約占全社會終端能耗總量的27.5%，隨著城鎮化進程的加快，建筑能耗還會日益增長。建筑能耗指建筑使用能耗，其中以建筑采暖和空調能耗為主，但在高層建筑中變頻供水能耗也占不小的比例，本文主要闡述既有建筑變頻供水能耗的評估和改進。
建筑變頻供水系統的由來
建筑供水方式大致經過這樣幾個階段：
1、工頻泵加水塔供水
工頻泵加高位水塔供水是最初的供水方式，最為常見也最可靠，至今還用，優點是無節流損耗，供水效率高。缺點是用水舒適性差、水質會再次受污染，有時會影響建筑美觀。
2、工頻泵無水塔恒壓供水
隨著對用水舒適性的要求提高，出現了工頻泵無水塔供水方式。它使用范圍不廣，主要有兩種類型設備。一種是工頻泵恒壓供水，采用流量調節閥調節用水量，達到恒壓，但有大量的能量損耗在節流閥上，能耗較大。另一種是工頻氣壓罐供水設備，設定水壓的上限和下限，能耗得到大大地改善，但水壓不穩定，影響用水舒適性，還有更為嚴重的缺陷是水泵工頻啟停頻繁，產生有害的水錘效應，影響電器設備的壽命。
3、變頻泵恒壓供水
為了減低能耗和保障用水舒適性，自動化程度較高的變頻恒壓供水設備應運而生，隨著電機變頻調速技術的成熟以及制造成本的降低，變頻恒壓供水設備在高層建筑供水中使用越來越廣泛，它具有諸多優點，特別是水壓恒定、軟啟軟停為人們所喜愛。
既有建筑變頻供水的能耗評估
變頻供水的優點經過使用檢驗，唯有“節能效應”得不到體現。為此20**年在修訂《中國節能技術政策大綱》征求意見稿中具體地提出“對風機、泵、壓縮機進行系統節能改造，提高用能效率。”后來在頒布稿中提到“研究分析既有建筑現狀，建立既有建筑節能改造評估體系”，可以理解既有建筑變頻供水能耗評估和改進也包含其中。
參照對象和評估指標
對一個系統進行評估時，首先需確定與之相比較的參照對象和評估指標。變頻供水方式是從工頻無水塔供水改進而來的，理應與之比較，但與之相比具有明顯的節能效應，比較也就失去了意義。為此選定工頻有水塔供水方式為參照對象，從舒適性、用水安全性和能耗(主要是能耗指標)三個指標進行評估，評估結論都是與工頻有水塔供水方式相比而言的。
評估結果
舒適性和安全性都絕對優越于工頻有水塔供水，這是由于變頻調速技術成熟而帶來的效果。
能耗指標則很糟糕，同時還出現許多負面影響：設備磨損大、噪音大、機械壽命低。我們從供水系統配置和流量設計兩個方面抽取了16套具有代表性的設備機組進行評估，發現能耗普遍是工頻供水的210％以上，有的地方甚至達到760％以上，每噸水消耗電能需要7.5～10千瓦時，出現電費比水費還多的“倒掛”現象，供水能耗竟然占一個家庭總電能耗的20％以上。不僅如此，供水機組不停地運轉，沒有睡眠狀態，必然產生磨損快、噪音大、機械壽命低等后果。有一個小區3套變頻供水機組共9臺供水主泵，2年內大修了4臺;還有一座大樓，6年內供水泵全部更換，而工頻有水塔供水泵則運行了10年還保持性能良好。由此得出變頻供水的電能浪費確實應引起重視。
供水系統能耗規律：在評估過程中我們發現配置齊全(有小泵、氣壓罐)的能耗相對較低，設計額定供水量與大樓實際用水量比值小的能耗也較低。但是令人遺憾的是，配置齊全的只占37％，而設計額定供水量則全部遠遠大于大樓實際用水量，是它的幾十倍，導致供水流量與用水流量平衡困難，由于供水系統“恒壓”的需要，供水機組大部分時間運行在“不平衡”狀態中。按供水機組設計思路，當用水量大時，機組多泵并聯運行供水，以平衡用水量的變化，而實際使用中，始終只有一臺泵在運行，其他泵由“流量備用”變成了“設備備用”，更說明存在大量的節流損耗，這就是系統供水效率低下的根本原因。因此對變頻供水的改進關鍵是減低節流損耗，做到流量平衡，為此可以從“配置”和“流量”兩個方面考慮對變頻供水系統進行改進。
建筑變頻供水系統的改進
在改進前有以下兩個問題需要搞清，以利于指導改進方法和節能效果評估。
變頻供水節能效應問題。變頻供水與工頻有水塔供水相比，到底有沒有節能效應呢?我們應當先從理論上搞清，不然節能改進也是行不通的。兩種供水方式電機運行的時間和功率都不同，變頻供水運行時間長，功率隨時在變化;工頻供水時間短，功率恒定。但水最終是供給用戶的，無論何種供水方式，最終用水分布規律是相同的，因此可以從系統所做的“有用功”上進行對比。筆者做了一個模型進行分析，推算出變頻供水有用功是工頻有水塔供水的65％左右，意味著如果兩種供水方式供水效率相同的話，變頻供水的總功可節省35％左右，即所說的“節能效應”。進一步分析系統效率，發現變頻供水系統效率總是低于工頻供水，隨著系統效率的減低直接影響到節能效果，當減低到65％時，兩者能耗相等，如果進一步減低，則能耗就會大于工頻有水塔供水。
因此可以認為變頻供水具有節能效應的空間，隨著系統效率的減低，節能空間被縮小，甚至變得更為耗能。提高系統效率的關鍵是減低節流損耗，完善設備配置和流量設計合理性。
變頻供水不妥的改進方法。目前有種改進方法不從變頻供水的運行機理出發，沒有分析耗能大的原因，改進時完全否定了變頻技術的節能效應，于是乎就廢棄了變頻控制，利用現成的氣壓罐改成了前面所說的工頻氣壓罐設備供水方式，這不是一個上策的改進方法，會帶來工頻供水的許多弊端。
從配置齊全方面考慮改進，由于投入大，再則如果流量設計不合理的話也難以體現節能效應，因此改進時重點從“流量”著手。大家都知道變頻空調具有明顯的節能效應，原因是它能夠做到“流量平衡”，在空間一定的情況下，“制冷量”是由空調器決定的，輸送出的冷量都能被空間所接受。而變頻供水的流量是由用戶用水量決定的，從零到最大值，變化很劇烈，供水量和用水量很難做到平衡，雖然考慮到了配置小流量泵和氣壓罐，但只能做到改善，不能做到保證流量平衡。
于是我們想到了在供水系統內建立“蓄電池”式功能的改進思路--把多余的“供水量”存放在某個地方，當供水機組睡眠的時候再取用，最佳的地方當然是低位氣壓罐內，但它能存放的量太少，按照理想氣體狀態方程式，氣壓罐需做到容積2立方米以上才能體現效果，而我們常見的只有0.36立方米，因此存放在氣壓罐內的方法行不通。存放在高位小水箱內簡單可行，此時的小水箱猶如充當了“蓄電池”的功能，當系統供水量大于用水量時，可以將剩余的供水量儲存放在水箱內(相當于充電)，合理調整變頻器的參數，當供水泵睡眠時，用水量從水箱內取用(相當于放電)，這樣可保障供水系統“流量”平衡。有個缺陷是水箱位置不夠高時放水壓力明顯減小，影響用水舒適性，為此我們又開發了管道泵增壓自動控制技術，成功實現了系統壓力平穩，不影響用水舒適性，意味著“蓄電池”式的改進方法不受任何條件的限制，可以普遍推廣。
自20**年以來，筆者所在公司為了落實終端節能，相繼采用“蓄電池”式的改進方法改進了5個小區(總建筑面積23萬平方米左右)，實踐證明可以起到18％～26％的節能效果(由于高、低區合一供水，在減壓閥上存在節流損耗，故沒有達到理論的35％)，如果與無負壓供水技術相結合，則可進一步達到29％～32％的節能效果，據統計全年可降耗和節能80多萬千瓦時電能，折算成標準煤同樣也是相當可觀的。
總結
目前建筑變頻供水系統普遍存在極大地浪費電能和設備資源的問題。根本原因是“流量”不平衡。影響流量平衡主要有兩個因素，系統配置不齊備和流量設計不合理，使用場合的分時用水量變化范圍大，系統因“恒壓”的需要，絕大部分時間運行在“供”大于“求”的狀態，造成相當大的節流損耗，系統整體效率低下，出現“三大”、“一低”現象也就在所難免。
實踐證明在供水系統內建立“蓄電池”式的功能，實現流量平衡，可收到明顯的節能效果。高位小容量水箱猶如起到了“蓄電池”功能的作用，可以大幅度提高供水系統的整體效率，體現變頻技術的節能效應，從幾個小區改造后的供水能耗統計顯示可體現18％～26％的節能效果。
終端節能需要全社會的關注和參與，對變頻供水節能改進，物業服務企業責無旁貸，同時也需要政府有關部門的保障，對在建的項目，明確規定變頻供水設備配置必須齊備合理，特別是流量設計要參照既有建筑的實際用水量，不能再閉門造車。另外還需建立當節能效果不明顯時的后續改進措施，比如實行階梯泵組合、建置小水箱等，供以后改進之用。