Современный подход к энергоэффективности насосного оборудования

Основным параметром энергоэффективности насоса является его коэффициент полезного действия (КПД). Наряду с номинальной подачей, напором и частотой вращения ротора КПД указывается на табличках корпуса изделия и в технической документации. По максимальному КПД потребитель привык судить об эффективности того или иного насоса. Как правило, подача и напор в точке максимального КПД насоса совпадают с его номинальными параметрами. Но практически всегда реальная рабочая точка насоса отличается от номинальной. Отличие может быть вызвано неправильным подбором насоса, его регулированием или изменением параметров сети. Таким образом, режим работы реального насоса изменяется во времени, а вместе с ним изменяется и его КПД. Потребителям интересен не сам насос, а его эффективная работа в сети. Поэтому возникает необходимость применения показателей энергоэффективности насоса во всем диапазоне его работы.

Наибольшее развитие данный вопрос получил в промышленно развитых странах Европы, где на законодательном уровне закреплена необходимость производства энергоэффективного насосного оборудования. Начиная с 2009 г., существует регламент Еврокомиссии [1], в котором оговорены требования к энергоэффективности для циркуляционных насосов мощностью до 2500 Вт. Показателем эффективности циркуляционного насоса является индекс энергетической эффективности EEI (Energy Efficiency Index), определяемый по формуле (1):

Формула 1

где P_L,avg - среднее значение потребляемой данным насосом мощности с учетом стандартизированного профиля нагрузки*;

P_ref - эталонная мощность, расчетная величина для циркуляционного насоса определенного типоразмера;

C_20% = 0,49 - законодательно принятый поправочный коэффициент, учитывающий, что только 20 % существующих циркуляционных насосов удовлетворяют условию EEI 0,20.

На момент принятия регламента значение EEI = 0,20 являлось так называемым целевым ориентиром, т. е. величиной, к которой необходимо стремиться.

Величина P_L,avg определяется по формуле (2) как среднее значение потребляемой насосом мощности за периоды его работы длительностью в соответствии с графиком рис. 2 при полной и частичной нагрузке согласно рис. 3.

Формула 2

Рис. 2

Рис. 3

При этом точка Q100% H100% определяется из условия Q х Н = max.

Законодательно определено, что для циркуляционных насосов мощностью до 2500 Вт, поставляемых как отдельные изделия (т. е. не являющихся частью более сложных изделий), максимально возможная величина индекса энергетической эффективности c 2013 г. составляет EEI = 0,27, а с 1 августа 2015 г. – EEI ≤ 0,23.

Подробно описание индекса энергетической эффективности циркуляционных насосов приведено в [1]. Здесь же необходимо отметить, что фактически EEI – это показатель эффективности насосного агрегата с учетом электродвигателя. Такой подход легко объясним, т. к. для данной конструктивной схемы циркуляционный насос с электродвигателем представляет собой единое изделие и отдельно не поставляется.

В развитие темы об энергоэффективности центробежных насосов разработан и в настоящее время проходит обсуждение европейский стандарт EN16480 «Минимальный требуемый КПД центробежных насосов для воды». Данный стандарт будет определять эффективность насосов с подачей до 1000 м³/ч шести конструктивных схем консольных, консольно-моноблочных, консольно моноблочных с расположением патрубков «в линию», вертикальных многоступенчатых и погружных многоступенчатых насосов, для которых вводится показатель энергоэффективности MEI (minimum efficiency index) - индекс минимального КПД.

MEI представляет собой десятичное число менее 1,0 и отражает количественное отношение представленной на рынке продукции разного технического уровня.

Стандарт EN16480 фактически определяет порядок оценки технического уровня насоса по трем точкам характеристики КПД – Q_PL (частичной нагрузки, при Q = 0,75Q_BEP), Q_BEP (в точке максимального КПД) и Q_OL (перегруза, при Q = 1,1Q_BEP) и задает значения КПД в этих точках («домик» КПД), ниже которых фактические величины КПД насоса опускаться не могут (рис. 4).

Рис. 4

Для вычисления (η_PL)_min,requ, (η_BEP)_min,requ и ( OL)min,requ разработан математический аппарат, описанный в [2], приводить который объем данной статьи не позволяет. Мы лишь отметим, что величина индекса MEI находится в прямой зависимости от технического уровня насоса. По результатам работ специалистов Технического университета г. Дармштадт (Германия) на основе cтатистической обработки характеристик насосов европейских производителей в табличном виде определен ряд значений MEI, которым соответствуют определенные величины точек «домика» КПД. Эти величины вычисляются с учетом конструктивной схемы и частоты вращения ротора насоса. Законодательно закреплены значения MEI, которым должны соответствовать насосы в 2015 г., и указан целевой ориентир на перспективу MEI = 0,7.

С недавнего времени обсуждается вопрос применения так называемого «расширенного подхода» к оценке энергоэффективности насосного оборудования. Планируется разработать критерии эффективности для системы насос–двигатель–привод-сеть в целом.

Российская ассоциация производителей насосов (РАПН) также проводит политику, направленную на снижение энергопотребления насосов. План работы РАПН включает разработку нормативной базы в области насосного оборудования, учебно-методическую работу и другие мероприятия по созданию высокоэффективных насосов и совершенствованию насосных систем.