請問：

貴公司的泵組年耗電量是多少？

水泵的耗電量占全球總耗電量的 10%； 許多人更難以相信，如果將普通的泵換成高能效泵，就能節省下 4%的全球能耗——這

相當于 10 億人的生活用電量！

據我國權威機構統計，約 20%的電能被

各類泵產品所消耗，約有 30%的節能潛力！

擁有高效能先進技術的莊生節能水泵是降低能耗、減少碳排放的關鍵因素，也是節約成本的最佳方式。

目錄

一、摘要................................................................. 4

二、節能原理............................................................. 5

三、節能改造方案......................................................... 7

四、本次節能改造的社會經濟效益.......................................... 11

五、莊生節能產品專利證書................................................ 12

六、莊生節能改造案例.................................................... 16

一、摘要

為了降低水泵運行的能耗成本，探討常熟**科技有限公司

循環水泵系統節能優化的可行性，在貴公司人員的積極支持和配合下，

蘇州莊生節能科技有限公司有限公司（以下簡稱“莊生節能”）于 2023年 2月 1日對“常熟**科技有限公司”循環水泵系統運行的工況進行了的現場數據收集，并對冷凍循環水泵實際運行工況進行分析。目前該系統一共 6 臺（75KW）臥式單級泵冷凍循環水泵，6臺 75KW 臥式冷卻水循環水泵，系統都是三用一備，生產日期為 2017 年，主泵采用變頻模式運行，備用泵采用定頻模式運行。水泵運行比較偏離工況，特別是備用泵效率較低，所以，常熟**科技有限公司循環水泵有節能改造空間。

莊生節能一直以提升水泵本身性能、拓寬水泵運行高效區為根本，并致力于根據系統最佳運行工況參數、水泵變工況運行參數、工藝流程參數變化所引起的水泵參數改變等各類復雜工況提供與管網系統相匹配的高效節能水泵。莊生節能希望通過雙方的共同努力，提高水泵的運行效率，降低能耗，創造價值。

通過對本次對循環水泵系統實際運行的工況參數進行分析、研究，按最佳運行工況參數定制莊生節能高效節能水泵來替換目前的水泵，能較大地降低無用能耗，提升整個系統的效率，降低水泵運行的能耗，具有切實的經濟、環保意義。

節能技改收益：通過節能技改，在理論計算下：

1、循環系統平均節電率達 25%（由于運行工況的變化、閥門操作的變化、

開泵工位的變化，實際節電率也會有變化）以 上；按現有兩臺75KW水泵24小時運行來計算，全年共節省用電  192000 kWh，年節電費用約為 134400 元(電費按含稅價 0.7 元/kWh 計算)。更換2 臺水泵，安裝費用元，總價為： 240000 元，投資回報周期為 1.78 年。

                           2.下表是節能改造前后參數對比

二、節能原理

“高效節能水泵 ” 通過流體力學軟件對葉輪、流道， 吸水室、壓水室內部進行三維流場數值模擬，優化流道內的流態和能量分布，經模擬設計的水泵采用 “ 三元流葉輪" 、“葉輪納米級精磨”等高新技術，提高循環水泵使用效 率， 經過優化后的水泵效率同比傳統方法設計有了大幅度的提升，節能效果可達15%-60%。

高效節能水泵是根據水泵實際運行的工況進行專門設計的非標設備。根據現場工況量身定制不同規格、不同轉速的水泵，從而保證水泵在高效區運行 。而傳統水泵受工藝、成本、制造的影響，一味的通過切割葉輪來適應不同的現場需求， 效率低下很難保證水泵在高效區工作，從而造成能源的浪費。

   高效節能水泵是根據水泵實際運行工況進行專門設計的非標設備。根據現場的工況進行定制不同規格、不同轉速的水泵，從而保證水泵在高效區運行。

高效節能定制水泵最基本的原理是通過優化水泵的水力設計，結構設計及提高產品的制造精度來提高水泵本身的效率。再根據水泵現場運行的工況條件量身定制高效節能水泵來匹配整個循環系統，使水泵處在最佳工況條件下運行從而達到節能降耗的目的。

高效節能水泵的設計是通過對水泵的進出水流道，葉輪、殼體、導葉等整體泵裝置流場數值模擬計算，對整個裝置在不同工況下的水力損失進行分析，優化設計，綜合考慮。通過對流體系統中當前水泵的運行工況進行節能檢測和數據采集，了解循環水系統的運行規律；憑借專有模擬計算軟件和技術對水泵的實際工況進行分析，找到目前系統的不利因素，并按最佳運行工況參數進行設計，替換目前的低效運行水泵，實現系統優化，提高不泵自身效率及系統輸送效率，達到最佳節能效果。

1、已知泵的功率和轉速，可以計算出泵的最大揚程H=v^2/(2g),其中v^2也就是為葉輪運行時的外緣線速度的平方，v等于兀D*n/60(D是直徑，n是轉速）;式中的g是重力加速度。泵的實際揚程需要考慮水頭損失。

2、流量揚程關系式如下：

H=H0-kQ^2

式中：

　　H——水泵的揚程；

　　H0——水泵在Q=0所產生的揚程；

　　k——水泵的內部摩擦阻力系數；

　　Q——水泵的流量。

由上述公式可知，葉輪外緣線速度越大，H越大；由于H和Q可以互相轉化，只需要找到二者的最佳運行區間即可。此時，流量揚程問題已轉化一個工程學問題。

 3、流量與電機功率的關系。

流量Q=N/(gH），其中N是配用電機功率kW。這個算出來流量可能是偏大的，流量算出來的結果是立方米每秒，按電機的效率需要加系數。

4、離心泵揚程等于吸水揚程加壓力揚程

離心泵揚程計算公式是H=(p2-p1)/ρg+(c2-c1)/2g+z2-z1 。

其中， H——揚程，m;

p1，p2——泵進出口處液體的壓力，Pa;

c1，c2——流體在泵進出口處的流速，m/s;

z1，z2——進出口高度，m;

ρ——液體密度，kg/m3;

g——重力加速度，m/s2。

三、節能改造方案

1、節能技術改造依據

1）依據雙方技改前的技術交流、工藝系統流程了解、工藝設備參數、系統運行狀態等；

2）依據我方對水泵運行工況參數的反復測定；

3）依據用戶方（或者甲方）對工況的要求；

4）依據客觀存在的水泵額定工況與系統的不匹配情況；

5）依據現行的國家標準和相關規范。

2、節能技術改造的方法

節能技改基于在保證滿足生產的基礎上，降低電機的功率消耗，達到節能要求。

針對**科技水泵的運行工況，我公司提出的解決方案為：稀土永磁電機水泵+變頻控制相結合的方案。

1）稀土三相永磁電機和普通三相異步電機的原理對比和變頻控制技術分析：

稀土永磁體是一種高性能材料，具有高剩磁密度、高矯頑力、高磁能積等優異磁性能，用它制成的永磁同步電動機與異步電動機相比，不需要用以產生磁場的無功勵磁電流，可以顯著提高功率因數，使永磁同步電動機的功率因數為1，甚至達到容性，同時也減少了定子電流和定子電阻損耗；在穩定運行時，轉子與定子磁場同步運行, 轉子中無感應電流，所以不存在轉子電阻損耗，進而電機的溫升有更大裕度，從而可以將風扇減小甚至不安裝風扇，以減少風摩損耗，從而可進一步提高電機效率。因此，稀土永磁同步電動機很容易設計或制造成高效或超高效電機。其特點和優點是：

1．1稀土永磁同步電動機無滑差，轉子上無基波鐵耗、銅耗；

1．2稀土永磁同步電動機在滿載和輕載、空載時，功率因數均可達到 1.0左右，無功功率小，使定子電流下降，定子銅耗減少，效率提高；

1．3稀土永磁同步電動機效率特性有高而平的特點，在輕載到滿載之間相當寬的區域內效率為最高；

1．4具有較高的起動轉矩。

2）驅動電機的選擇

采用永磁同步電機。

3）負載對驅動系統要求

由于在大多數供熱設計和實際供熱中，出末寒的溫度不同，負載也不同，所以根據這個特點在工況選型時必須配以超出實際運行功率很多的水泵，以獲得在運行期和突發情況下的供熱保障。但從整體運行而言，是所謂的“大馬拉小車”。實際使用中，實際負載運行功率只有選配電機額定功率的1/2-2/3負載。

上述所配的異步電機由于本身的特點，無論是低效和高效的電機在低負荷運行狀態下都呈現較低的效率，如電機滿載（額定）時的設計效率為92%，而在其1/2負荷狀態下，效率只有70%以下甚至更低，這就導致了很多負載在實際運行時呈低效狀態。

    這次在水泵設備上我們選用的為稀土永磁電機，既能避免上述不足和缺陷，又能充分發揮永磁電機無論在低載還是高負載率的情況下能效指標高的特點。

4）電機的損耗對比

異步電機：

P=定子銅耗+定子鐵耗+雜散損耗（風損耗）+機械損耗+轉子損耗+轉子銅耗

永磁同步電機損耗：

P=定子銅耗+定子鐵耗+雜散損耗（風損耗）+機械損耗

從上述對比看，除了共同有的四大損耗，異步電機還有轉子方面的損耗，而永磁電機沒有轉子方面的損耗。之所以永磁電機沒有轉子損耗，是因為永磁電機轉子是由稀土永磁體磁鋼構成，本身產生磁力，沒有損耗。所以永磁同步電機損耗更小、效率更高。

5）節能的優勢及特點組成

啟動扭矩大，并針對負載在低載運行的特點特殊設計，使之在更寬的運行區段更具有高效性，當電機額定效率能達到95%，60%負載率情況下能達到90%（異步電機只有70%以下）。

控制變頻器選用國產能驅動永磁電機（如采用進口變頻器成本將增加），采取矢量控制更能使本身效率為最佳 。

6）各種電機負載率與效率的比較

事實上，本套機構為機電一體化共同作用，各自配合發揮到最大能效的組合體，其中每一部分缺一不可。

電機高效：電機從低負載和高負載情況下都能保持高效率，并有相對較大的啟動轉矩（堵轉轉矩），節電率在15-30%間。

7）變頻器的功效

與同步啟動永磁電機和異步電機相比，通過變頻器可實現電機的軟啟動和軟停車，避免上述所提到的過大的啟動電流造成永磁電機的反向充磁而導致失磁。

同時，隨著負載轉速的變化，通過改變變頻器頻率調整電機速度，可起到調整轉速的作用，隨著轉速的降低，使用功率也隨之降低。當負載變化提高時可加快電機速度降低使用轉矩，到達節能目的，當使用高速時，功率提高提高效率，達到節能降耗的目的。

以上二者配合各自發揮最佳作用，與各種交流異步電機相比，使節電效果達到25%以上。

3、節能技改節電量計算方式

1）、 在系統每臺運行設備上安裝電度表和累時器。

2）、 改造前能耗測定

a、 改造前雙方指定工作人員現場初次統計每臺設備的電度表和累時器顯示數

據 Q1 和 T1，并雙方簽字認可。

b、原設備連續運行 3 天后，雙方指定工作人員第二次統計每臺設備的電度表和累時器顯示數據 Q2 和 T2，并雙方簽字認可。

c、單臺設備單位能耗 q 前=【( Q2- Q1)×互感器倍率】/( T2- T1)(度/時)。

3）、 改造后能耗測定：按改造前能耗測定方法測量。

4）、節電率計算方法：k=（q 前- q 后）/ q 前

5）、技改后實際節電量：Q 節=（q 前- q 后）×T（實際運行時間）。

6）、實際節電費（元）＝實際節電量Q 節×電價（元/kW·h）。

4、節能技改工期及現場施工

1）、由第三方提供安裝，整個節能技改過程，使用其他產 。                                         

5、節能技改效果測試與驗收

1）、設備調試穩定運行 7 天后，組織驗收。

2）、檢測流量、壓力、運行電流等數據，計算節電率。

2 臺泵，不影響正常生

四、本次節能改造的社會經濟效益

通過以上分析、計算，最終得出本次改造的兩臺水泵年節省電力約192000度，

根據國家發改委數據，生產1 萬度電需要耗標煤3 噸，每噸標煤排放2.72 噸CO2。該項目產生的節能環保效益，每年可節省標煤約 57.6噸，減少二氧化碳排放

量約 156.67 噸。