Системы холодного и технического водоснабжения

Энергетическое обследование систем холодного и технического водоснабжения позволяет определить, сколько электроэнергии расходуется на водозабор, перекачку и поддержание необходимого давления, а также установить участки возможных потерь воды и избыточных энергетических затрат. Основное внимание уделяют насосным станциям, распределительным сетям, резервуарам и устройствам регулирования давления.

Электропотребление насосного оборудования связано с объёмом подаваемой воды и напором, который необходимо создать для её транспортирования. Поэтому высокий расход электроэнергии на кубометр может объясняться как объективно большим подъёмом воды, так и избыточным давлением, изменением сопротивления сети или дополнительной перекачкой воды из-за утечек. Эти причины требуют разных способов проверки.

Где расходуется энергия в системе водоснабжения

Холодное водоснабжение обеспечивает подачу воды потребителям, а техническое водоснабжение — её предоставление для предусмотренных производственных и инженерных процессов. При различном назначении воды энергетическая задача насосов остаётся общей: переместить необходимый объём при заданных гидравлических условиях.

При обследовании систему разделяют на функциональные участки:

• Водозабор и первоначальный подъём. Оценивают объём забираемой воды, необходимый напор и электрическую нагрузку насосов.
• Перекачка между сооружениями. Сопоставляют расход воды, перепады высот и энергопотребление промежуточных насосных станций.
• Резервуары. Анализируют изменение уровня воды и работу насосов, обеспечивающих наполнение и последующую подачу.
• Распределительная сеть. Проверяют расходы, давление на узлах и соответствие подачи фактической потребности.
• Регулирование давления. Определяют, каким способом поддерживаются необходимые гидравлические параметры и не создаётся ли избыточный напор.

Такое разделение позволяет установить, к какому этапу относится расход электроэнергии. Например, если вода проходит через две последовательно расположенные насосные станции, её объём нельзя повторно считать полезной подачей всей системы, суммируя показатели обеих станций. При этом электрические затраты каждого этапа необходимо учитывать в общем энергетическом балансе.

Напор, расход воды и рабочая точка насоса

Рабочая точка насоса характеризует сочетание расхода и создаваемого напора при фактическом сопротивлении подключённой сети. Именно в этой точке необходимо сопоставлять полезную гидравлическую работу и потребляемую электрическую мощность.

Паспорт насоса содержит характеристики, показывающие его работу при различных сочетаниях расхода и напора. Гидравлическая схема позволяет установить, какие трубопроводы, перепады высот и потребители формируют условия работы агрегата.

При обследовании специалист измеряет расход и давление, определяет фактическую рабочую точку и сопоставляет её с паспортной характеристикой. Одновременно фиксируют электрическую мощность двигателя.

Например, если производительность насоса снизилась, причиной может быть увеличение сопротивления распределительной сети. Поэтому низкий расход не доказывает снижение КПД самого насосного агрегата.

Для разграничения причин проверяют, как изменились напор и потребляемая мощность. Если фактическая рабочая точка сместилась из-за условий сети, техническое решение может относиться к гидравлической системе, а не к замене насоса.

Удельное энергопотребление на кубометр воды

Расход электроэнергии на единицу поданной воды выражают в киловатт-часах на кубометр (кВт·ч/м³). Показатель рассчитывают по объёму перекачки и электрическому потреблению за один и тот же период.

Однако одинаковый удельный расход не обязательно означает одинаковую эффективность насосных станций. На энергетические затраты влияет требуемый напор: чем больше гидравлическая работа по подъёму и транспортированию воды, тем больше необходимая полезная энергия при сопоставимом объёме.

Поэтому удельный показатель рассматривают совместно с фактическим напором. Если энергопотребление на кубометр выросло, сначала выясняют, не увеличилась ли высота подъёма или необходимое давление.

Например, рост удельного расхода после изменения схемы подачи может быть связан с дополнительным этапом перекачки. Сравнивать такой режим с прежним без учёта изменившейся гидравлической работы некорректно.

Для оценки отдельного насоса расход воды и электрическую мощность измеряют синхронно. Если общий электросчётчик учитывает несколько насосов, а расход известен только для всей станции, по этим данным нельзя доказать величину потерь конкретного агрегата.

Избыточное давление и режим регулирования

Давление должно обеспечивать необходимую подачу воды потребителям. Если насосная станция создаёт напор выше фактической потребности сети, часть энергетических затрат может быть связана с избыточным давлением.

При обследовании сопоставляют давление на выходе насосной станции, показатели в контрольных узлах и фактический расход воды. Это позволяет проверить, насколько создаваемый напор соответствует условиям распределения.

Например, высокое давление непосредственно после станции может быть необходимо для подачи воды в удалённую или более высоко расположенную часть сети. Поэтому один повышенный показатель давления не доказывает его избыточность.

Специалист определяет участки, для которых требуется наибольший напор, и проверяет распределение давления между потребителями. Если необходимая подача обеспечивается при меньшем напоре, появляется основание для технической оценки изменения регулирования.

При этом снижение давления допустимо рассматривать только при сохранении необходимой подачи воды во всех обслуживаемых точках. Экономия электроэнергии не должна достигаться за счёт ухудшения водоснабжения потребителей.

Потери воды и периоды низкого водоразбора

Утечки могут увеличивать объём воды, который насосам приходится перекачивать для обеспечения полезного потребления. Дополнительная подача сопровождается энергетическими затратами на подъём и транспортирование воды.

Для проверки используют водный баланс: сопоставляют измеренный объём подачи с объёмами, учитываемыми на соответствующих участках и у потребителей. Разность показывает величину, происхождение которой необходимо установить.

Особое внимание уделяют периодам низкого водоразбора. Если в такие часы насосы продолжают обеспечивать значительный расход, возникает основание проверить структуру потребления и возможные потери воды.

Однако ночной расход не равен доказанной утечке. В системе могут работать потребители с круглосуточной нагрузкой, происходить наполнение резервуаров или выполняться другие предусмотренные операции.

Поэтому ночные показатели сопоставляют с графиками работы насосов, уровнями воды в резервуарах и известным потреблением. Если необъяснённая часть подачи сохраняется, используют результаты поиска утечек и определяют участки для дополнительных измерений расхода и давления.

Акты поиска утечек помогают уточнить подозреваемые зоны, но для расчёта энергетического эффекта необходимо также установить объём дополнительных перекачек и соответствующий режим насосов.

Резервуары и изменение режима насосных станций

Резервуары позволяют накапливать воду и изменять соотношение между временем её перекачки и временем потребления. Поэтому электрическая нагрузка насосной станции не всегда совпадает по времени с фактическим водоразбором.

Например, насос может работать ночью для наполнения резервуара, хотя непосредственный расход потребителей в этот период невелик. Если не учитывать изменение уровня воды, такую подачу можно ошибочно принять за необъяснённые потери.

Для анализа сопоставляют график работы насосов, расход на станции и изменение уровня воды в резервуарах. Эти сведения позволяют различить воду, переданную потребителям, и воду, временно направленную в накопление.

Если расход электроэнергии увеличился, необходимо проверить, не изменился ли режим заполнения резервуаров или последовательность включения насосов.

При сравнении периодов водный баланс корректируют с учётом изменения запасов воды. Иначе разность между объёмом подачи и потреблением может отражать накопление либо расходование ранее запасённой воды, а не утечку.

Засорение и изменение гидравлического сопротивления сети

Дополнительное сопротивление трубопроводов и оборудования может изменить рабочую точку насосной станции. В зависимости от характеристик насоса и способа регулирования это сопровождается изменением расхода, напора и электрической мощности.

Если выявлено снижение производительности, специалист проверяет давление на доступных участках сети и сопоставляет фактические показатели с гидравлической схемой.

Возможное засорение рассматривают как одно из объяснений увеличенного сопротивления. Однако подтверждать его только по низкому расходу нельзя: аналогичная картина может возникать при изменении режима регулирования или условий работы сети.

Паспортная характеристика насоса помогает установить, соответствует ли измеренная рабочая точка условиям его работы. Если отклонение связано с сопротивлением сети, дальнейшая проверка должна быть направлена на соответствующие участки трубопроводов и оборудования.

Исходные данные для обследования

Для достоверной оценки водоснабжения необходимо связать электрические измерения с объёмом подачи и гидравлическими условиями.

• Гидравлические схемы. Показывают направление движения воды, расположение насосных станций, резервуаров и контрольных узлов.
• Паспорта насосов. Содержат рабочие характеристики, необходимые для сравнения с фактической точкой эксплуатации.
• Расход воды на станциях и узлах. Позволяет установить объём перекачки и распределение подачи.
• Показания давления. Необходимы для оценки фактического напора и гидравлических условий.
• Уровни воды в резервуарах. Помогают учитывать накопление и расходование запасов воды.
• Графики включения насосов. Показывают продолжительность работы и последовательность эксплуатации агрегатов.
• Показания вводного и группового электрического учёта. Используются для сопоставления электропотребления с режимами перекачки.
• Баланс поданной воды и акты поиска утечек. Позволяют определить участки возможного необъяснённого расхода.

Особенно важно согласовать временные интервалы. Если электрическая мощность измерена при одном режиме насосной станции, а расход и давление — после изменения нагрузки, полученные показатели не характеризуют единую рабочую точку.

Как различают причины повышенного энергопотребления

При росте удельного расхода электроэнергии проверку начинают с необходимого напора. Если насос обеспечивает более высокий подъём воды, дополнительное потребление может быть связано с увеличением полезной гидравлической работы.

Если напор превышает потребность обслуживаемой сети, рассматривают режим регулирования давления. Для этого необходимо подтвердить параметры в наиболее требовательных точках водоснабжения.

Если одновременно увеличился объём перекачки без сопоставимого роста полезного потребления, анализируют водный баланс и возможные утечки. Отдельно проверяют наполнение резервуаров, чтобы не принять изменение запасов воды за потери.

Если расход насосов снизился, но причина неизвестна, сопоставляют фактическую рабочую точку с паспортной характеристикой и гидравлическими условиями сети. Снижение производительности может быть связано с сопротивлением трубопроводов, а не с ухудшением КПД агрегата.

Эти сценарии различаются по требуемым измерениям. Поэтому универсальное решение, основанное только на показателе кВт·ч/м³, не позволяет достоверно определить источник перерасхода.

Результаты энергетического обследования

Результатом обследования становится карта водного и энергетического баланса. Она показывает объёмы воды на основных участках, режимы насосных станций, необходимые уровни давления и связанные с ними затраты электроэнергии.

Для участков с необъяснённым расходом определяют адресные измерения воды, давления и электрической мощности. При необходимости отдельно проверяют рабочие точки насосов, периоды низкого водоразбора и изменение уровней воды в резервуарах.

На основании подтверждённых данных можно рассматривать изменение регулирования давления, уточнение гидравлических режимов или дальнейший поиск потерь воды. Возможность каждого изменения оценивают с учётом необходимого объёма подачи и требуемого давления у потребителей.

При этом обследование холодного и технического водоснабжения ограничено функцией подачи и распределения воды. Работа систем водоотведения и очистки стоков требует самостоятельного анализа соответствующих технологических нагрузок.

Без синхронного учёта воды и электроэнергии нельзя достоверно установить энергетические потери конкретного насосного агрегата или подтвердить величину ожидаемой экономии. Поэтому основной результат обследования — не предположение о неисправности оборудования, а проверяемый баланс и выбор контрольных точек, позволяющих установить действительные причины повышенного энергопотребления без нарушения водоснабжения объекта.