ТЕХНОЛОГИЯ ВОДОСНАБЖЕНИЯ. Инженерные методы энергосбережения зданий

Насосы и насосные станции, будучи чрезвычайно энергоемкими агрегатами, по уровню потребления энергии занимают третье место после городского транспорта и освещения. Учитывая этот факт и повсеместное применение насосов в современном строительстве, при проектировании систем водоснабжения решающими факторами выбора насосного оборудования являются как его энергосберегающие свойства, так и потенциал экономии в течение всего срока службы.

Тему ресурсосбережения активно обсуждали на прошедшем недавно в Санкт-Петербурге VII Международном конгрессе «Энергоэффективность. XXI век. Инженерные методы снижения энергопотребления зданий». На круглом столе, посвященном проектированию систем водоснабжения и водоотведения, партнером которого выступила компания ВИЛОРУС, было представлено два доклада: об энергоэффективности и роли насосного оборудования в данном процессе и о применении высокоэффективных мешалок на очистных сооружениях. Как известно, общее потребление ресурсов в немалой степени зависит от насосного оборудования – по разным оценкам, на него приходится до 25% мирового потребления всей вырабатываемой электрической энергии. Для насосов систем водоснабжения затраты на электроэнергию составляют большую часть стоимости жизненного цикла – примерно 84%. Модернизация морально устаревшего и неэффективного насосного оборудования и электродвигателей может внести существенный вклад в повышение энергоэффективности насосных систем, а значит, к снижению энергопотребления в целом. Ключом к повышению энергоэффективности систем является правильный подбор насосов и компонентов, которые могут оптимально перекачивать необходимую жидкость в отдельных системах.

В системах водоснабжения жилого здания потребление воды в течение суток происходит неравномерно. Например, на утренние и вечерние часы приходится максимальный уровень водоразбора, на ночные часы – минимальный. При проектировании систем водоснабжения насосы подбираются так, чтобы поддерживать требуемый расход воды в часы максимального водоразбора.

При использовании насосов без регулирования частоты вращения ротора их полная нагрузка и оптимальный КПД обеспечиваются только в течение 10–15% времени, все остальное время насосы работают при неполной нагрузке и в зоне низкого КПД, что ведет к неоправданному перерасходу электроэнергии. При этом давление за насосом и у потребителя может меняться в широком диапазоне, иногда превышая требуемую величину в полтора-два раза. Решением этой проблемы может стать регулирование частоты вращения, позволяющее поддерживать требуемое давление и при этом минимизировать эксплуатационные расходы на электропотребление.



При максимальном водоразборе насос работает в полную мощность на максимальных оборотах. При снижении водопотребления мотор насоса, управляемый частотным преобразователем, автоматически снижает обороты, чтобы привести подаваемый насосом расход воды в соответствие с уменьшившимся водопотреблением. При этом давление в сети водоснабжения остается неизменным. Такой режим работы позволяет экономить от 30 до 50% электроэнергии по сравнению с насосами с постоянной частотой вращения. Применение же высокоэффективных насосов с электронно-коммутируемым двигателем с ротором на постоянных магнитах снижает энергопотребление на 70%.

Рассмотрим в качестве примера 16-этажный жилой дом с пятью подъездами. Среднегодовое потребление электроэнергии насосом с постоянным числом оборотов в такой шестнадцатиэтажке может составлять около 37 тыс. кВт·ч (при максимальном расходе 30 м3/ч и напоре 40 м). При этом насос с изменяемой частотой вращения потребит около 23 тыс. кВт·ч, а высокоэффективный – на несколько тысяч киловатт меньше (до 15–20 тыс. кВт·ч). Отсюда вывод, что даже на этапе проектирования оптимальное инженерное решение становится залогом энергоэффективности и экономичности здания в целом, так как позволяет в будущем максимально снизить энергопотребление здания и сэкономить существенные денежные средства на его эксплуатации.

Подобные проекты, где в качестве технического решения используются насосы со встроенными частотными преобразователями, успешно реализуются во всем мире. Положительным опытом применения насосов с регулированием частоты вращения может поделиться и Россия – в разных уголках нашей страны от Калининграда до Владивостока в системах водоснабжения жилых комплексов успешно функционируют установки повышения давления на базе насосов Wilo. Так, например, жильцы многих жилых комплексов в разных уголках России уже оценили преимущества новой линейки энергоэффективных насосов Wilo-Helix EXCEL.

Это серия высоконапорных многоступенчатых центробежных насосов, которые могут применяться в системах водоснабжения и повышения давления высотных зданий. Сочетание энергоэффективного мотора с высоким КПД с электронным регулированием частоты вращения и новой гидравликой позволяет оборудованию превосходить максимальные значения класса энергоэффективности IE4 (согласно требованиям стандарта IEC TS 60034-31, выпуск 1) и обеспечивает напор до 240 м и расход от 4 до 80 м3/ч. Насосы Wilo-Helix EXCEL оснащены эффективной 3D гидравлической системой (MEI ≥ 0,7), которая обеспечивает идеальный профиль течения жидкости за счет оптимальной формы лопасти рабочего колеса. Конструкция его гидравлических частей исключает появление мертвых зон, в которых может застаиваться жидкость, а гладкие поверхности материалов помогают избегать накопления микробов. Агрегат оснащен графическим дисплеем, запатентованной технологией управления всеми функциями одной «красной кнопкой». Помимо этого, предусмотрена возможность удаленного управления через опциональные IF-модули – насос поддерживает все основные стандарты интеграции в системы автоматизации зданий: BACnet, Modbus, CAN, LON и PLR. Одним из удачных конструкторских решений можно назвать применение комплектной картриджной системы уплотнения X-Seal, которую в случае необходимости можно легко заменить менее чем за 15 минут без необходимости снимать мотор или демонтировать насос.



Хорошо зарекомендовало себя и поколение установок повышения давления с электронным регулированием Wilo-Economy MHIE-2G, Wilo-Multivert MVIE- 2G и Wilo-Multivert MVISE-2G. Все насосы линейки оснащены встроенным частотным преобразователем с контролем магнитного поля. Частотный преобразователь изменяет исходную частоту источника питания в 50 Гц до требуемой, тем самым плавно регулируя частоту вращения мотора. Встроенный частотный преобразователь в насосах Wilo-Economy MHIE-2G и Wilo-Multivert MVIE-2G позволяет работать в диапазоне частот 26–65 Гц, то есть эти насосы имеют более широкие рабочие поля по сравнению со стандартными. Другой отличительной характеристикой насосов является их способность при изменении водоразбора обеспечивать постоянное давление на выходе не только при стабильном, но и при меняющемся входном давлении. Это означает, что не требуется предусматривать регуляторы давления, сглаживающие скачки давления на входе в насос.

С помощью частотного регулятора насосы в некоторых случаях могут компенсировать скачки давления на входе величиной от 1 до 5 атмосфер, поддерживая при этом постоянным заданное давление на выходе. Это упрощает гидравлическую систему и уменьшает ее стоимость, снижает вероятность возникновения гидравлических ударов и повышения давления в трубопроводах до недопустимого уровня. Тем самым достигается повышенная надежность и длительный срок службы не только насоса, но и системы водоснабжения в целом.