ЭКОНОМИЯ ЭНЕРГИИ В БЫТОВЫХ СИСТЕМАХ ВОДОСНАБЖЕНИЯ С РЕГУЛИРУЕМЫМИ НАСОСАМИ

  Главная › Техническая поддержка › Информационные статьи     

        Насосы с переменной скоростью стали стандартом в многочисленных практических приложениях. Однако, как много специалистов по выбору насосного оборудования могут объяснить принципы работы насоса с переменной скоростью? Или определить стоимость эксплуатации такого насоса? Или определить количество энергии, которое мы можем экономить? Эти вопросы задают «экологически ответственные» потребители, использующие насосы в бытовом секторе водоснабжения. 

      В основе всего лежит аксиома того, что перекачивание воды в бытовом секторе – всегда приложение, требующее насос  с переменным крутящим моментом. Центробежные насосы – это гидравлические машины, способные использовать ВСЕ ПРЕИМУЩЕСТВА ЗАКОНОВ ПОДОБИЯ.

      Законы Подобия устанавливают следующие зависимости:

         Закон 1. Производительность насоса прямо пропорциональна скорости вращения или диаметру рабочего колеса. Удваивается скорость –производительность насоса увеличивается в 2 раза.

      Закон 2. Напор насоса пропорционален квадрату скорости вращения или диаметра рабочего колеса. Удваивается скорость – давление насоса увеличивается в 4 раза.

      Закон 3. Мощность насоса пропорциональна кубу скорости вращения или диаметра рабочего колеса. Удваивается скорость – потребляемая мощность насоса увеличивается в 8 раз! насоса.

      Закон 4. Механический момент насоса пропорционален квадрату скорости вращения или диаметра рабочего колеса.

      Эти законы действуют в двух направлениях: мы меняем либо скорость вращения рабочего колеса, либо диаметр рабочего колеса. Так как у насоса уже есть рабочее колесо с неизменным диаметром, нам проще менять скорость его вращения. 

      Насос водоснабжения работает вдоль характеристической кривой в пределах производительности от проектной до минимальной. Вам следует обратить внимание на три зоны графика: расчетную рабочую точку, точку максимального напора насоса, работающего со скоростью 50 Гц и характеристическую кривую системы. Кривая насоса с постоянной скоростью при смещении в сторону высокого напора возрастает, увеличивая максимальное давление, которое способен создать насос при снижении производительности. Дифференциал между способностью насоса создавать максимальное давление и требуемым давлением определяет скорость насоса и потенциал экономии энергии. В этой зоне возможно достижение минимальных скоростей. Мы должны поддерживать минимальное давление для обеспечения требуемого давления на верхних этажах точках здания. Так как изменение скорости насоса пропорциональна изменению напора в квадрате, мы ограничены в способности изменять скорость. Дифференциал между максимальным напором насоса и требуемым напором задает значение минимальной скорости для насоса. 

      Например, максимальный напор насоса Pedrollo PLURIJET 4/200 составляет 60 метров, а системные требования к минимальному напору – 30 метров. Для определения минимальной скорости насоса применяем Второй Закон Подобия:

      nmin= n1 / √ (Hmax/H2) = 2900 / √ (60/30) =  2900/1,41=2060 об/мин.

      Таким образом, минимальная скорость, которая позволяет насосу поддерживать минимальное давление в системе, равна 2060 оборотов в минуту.

      Конечно же, минимальная скорость может меняться, если меняется давление на входе в насос. Если давление на входе растет насосу легче выполнять заданную работу и наоборот. В данном случае мы не учитываем наличие давления на входе в насос. 

Следующий шаг – определение профиля нагрузки в системе водоснабжения здания. Здесь применение правила 80/20 облегчит Вам задачу определения профиля нагрузки.  Конечно же, правило 80/20 не соответствует точно реальному профилю нагрузки, но является усредненным профилем нагрузки для большинства типов бытовых водопроводных систем. Это правило не применяется для всех без исключения приложений и единственный способ точно оценить эксплуатационные расходы – использовать измерительные приборы. Однако, применение правила 80/20 дает нам возможность максимально реалистично приблизится к оценке реальных эксплуатационных расходов. Типичный профиль нагрузки согласно правила 80/20 может выглядеть так: 80% времени работы насоса потребление воды в системе равняется около 20% от проектного потребления; 10% времени работы насоса потребление воды в системе равняется около 50% от проектного потребления; 5% времени работы насоса потребление воды в системе равняется около 80% от проектного потребления; 5% времени работы насоса потребление воды в системе равняется около 90% от проектного потребления. Расчет потребляемой энергии должен быть выполнен для каждого участка профиля.

      Получив профиль нагрузки можем приступать к расчету эксплуатационных расходов. Начнем с минимальной скорости, рассчитанной ранее. Первый Закон Подобия устанавливает прямо пропорциональную зависимость изменения скорости и производительности насоса. Для того, чтобы определить глубину регулирования насоса нужно вычесть минимальную скорость из проектной скорости (2900 - 2060 = 840 об/мин). Минимальная скорость (2060 об/мин) плюс 20% глубины регулирования скорости ( 20% х 840=168 ?170 об/мин)  удовлетворяют правилу 80/20. Таким образом насос будет работать со скоростью 2230 об/мин 80% времени.

      Определяем потребляемую мощность в соответствии с Третьим Законом Подобия.

      Р2/Р1 = (n2/n1)3

      При проектной производительности потребляемая мощность насоса PLURIJET 4/200 составляет 2200 Вт. В течении 80% времени работы насоса PLURIJET 4/200  в соответствии с правилом 80/20 потребляемая мощность будет равна:

       Р2 = 2200(2230/2900)³=1000 Вт.

      При стоимости 1 кВт·часа для населения 1,68 грн в 2020 году, при условии среднесуточного периода работы насоса 15 часов только за период работы насоса в течении 80% времени с производительностью в 20 % экономия электроэнергии составит:

      2,2 кВт - 1 кВт х (15х80%) х 1,68 грн = 16,1 грн в сутки или 5890 грн в год. Последняя цифра уже соизмерима со стоимостью насоса или стоимостью преобразователя частоты. В многоквартирных домах обычно применяют для повышения сетевого давления воды центробежные насосы большей мощности, соответствующие расчетной производительности.

      Точное определение профиля нагрузки и выбор энергетически эффективных насосных станций – современный экологический стандарт в области повышения давления воды в бытовом секторе.