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聪明的水泵能节约全球4%的电和20%的供水

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昨晚你洗澡了吗?今早喝咖啡了吗?此刻是不是在办公室享受中央空调?这些都离不开水泵,而聪明的水泵带给世界的影响,远比你想象的大。

文/记者 马宁 编辑 吉菁菁 摄影 邓佳(除署名外)

企业 水往低处流。一提到水泵,大家第一反应都是需要把水从低处提升到高处时要用到的设备。但这个理解并不全面,通俗地说,水泵的作用主要有两个,一是把水输送到另一个地方,不一定是从低处提升到高处,例如地暖管线中的水就是在水泵的作用下水平流动;另一个就是给水施加合适的压力。

企业 可以看出,在一个水处理系统中,水泵就好比心脏,保证水以合适速度和压力向全身流动。

水的提升从来就不是容易的事

企业 从古到今,水的输送,特别是水的提升,对人类的生产生活都十分重要,但从来就不是一件容易的事。

人类在古代就已发明出各种提水器具,例如埃及的链泵(公元前17世纪),中国的桔槔(公元前17世纪)、辘轳(公元前11世纪)和水车(公元1世纪)。

▲ 桔槔( 图片来源于网络)

阿基米德是最早的水泵发明者

一般认为,世界首台真正的水泵是阿基米德于公元前三世纪发明的。当时为了将水从大船的船舱中排出,阿基米德发明了一种螺旋杆扬水器,可以平稳连续地将水提至几米高处,他的发明改变了灌溉方式,直到现在其原理仍为现代螺杆泵所利用。

企业 阿基米德螺旋泵工作原理是当电动机带动泵轴转动时,螺杆一方面绕本身的轴线旋转,另一方面又沿衬套内表面滚动,于是形成泵的密封腔室。螺杆每转一周,密封腔内的液体向前推进一个螺距,随着螺杆的连续转动,液体以螺旋形方式从一个密封腔压向另一个密封腔,最后挤出泵体。螺旋杆泵具有工作安全可靠,使用维修方便、出液连续均匀、压力稳定等优点。

公元前200年左右,古希腊工匠克特西比乌斯发明的灭火泵是一种最原始的活塞泵,已具备典型活塞泵的主要元件,但活塞泵是在出现了蒸汽机之后才得到迅速发展的。

▲ 液体注满泵壳,叶轮高速旋转,液体在离心力作用下产生高速 度,高速液体经过逐渐扩大的泵壳通道,动压头转变为静压头(图 片来源:化工707 新闻网)

19世纪是活塞泵发展的高潮时期,当时已用于水压机等多种机械中。

然而随着需水量的剧增,从20世纪20年代起,低速的、流量受到很大限制的活塞泵逐渐被高速的离心泵和回转泵所代替。直到现在,离心泵仍是应用最广泛的泵种,因为建筑用泵占全球水泵数量的一半以上,而建筑中大多采用离心泵。

企业 在水泵的发展史上,1945年也是值得纪念的一年。这一年,格兰富的创始人Poul Due Jensen研制出第一台水泵,目前格兰富已经发展成为全球最大的水泵生产商。中国的鸟巢、水立方、国家大剧院以及上海的环球金融中心、迪士尼乐园等都在使用格兰富的水泵。

水泵给全世界带来的影响远超你想象

凡是需要移动液体的时候,就需要用到水泵。因此你无法想象水泵对世界的影响。

水泵消耗掉了全世界10%的电能,而高能效水泵能节约4%

企业 水泵的应用场合远比你想象的多,据全球机构统计,水泵的耗电量占全世界耗电量的将近10%,但遗憾的是,目前世界上大部分的水泵都不是高效水泵。而如果能把这些低效的水泵全部换成高效的水泵,水泵的能耗将减至6%。也就是说,更换高效能水泵能节约全世界4%的电力,这是一个雄心勃勃的数字。

格兰富的一款水泵,十年前的能耗是每小时60瓦,现在的最新产品能耗已经降到了每小时4瓦。可见,水泵的节能潜力有多大。

水泵的能耗浪费主要在哪里?主要是因为水泵太“傻”了。统计数据显示,无论是用水高峰还是低峰,全世界大部分的水泵7×24小时都在全速运转,而90%的水泵即使在没有任何用水需求的时候也在运转!也就是说,水泵“大马拉小车”的状况相当普遍。

这样的能耗状况,不仅造成巨大的能源浪费,也给业主造成了沉重的经济负担,因为在一台水泵的整个生命周期中,初始购买成本仅占5%,使用中的能源花销占85%,维护和保养费用占10%。

如何才能让水泵“智能”起来呢?丹麦第二大城市胡奥斯供水公司,每天向27万用户供应1500万立方米可直接饮用的优质水。可是在公司偌大的厂房里,平时没有工人现场工作,机器运转安静,车间一尘不染。

格兰富生产的智能监测系统正在水厂中进行测试,随时监测水厂的各项数据并进行调节,以根据用水量、压力等各项数值对管网进行调节。

工程师Michael Rosenberg说,他平时根本不需要到水厂来上班,说着掏出手机,屏幕上显示出水厂运营的相关数据,“发现数据异常,才会到现场查看。”

实际上,在整个丹麦,启用智能控制系统对城市供水系统进行随时调节,已经是普遍的做法,极大节约了能源和水源。

▲格兰富创始人 Poul Due Jensen 1945年研发出的第一台 水泵复制品

全球25%到50%的供水都白白漏损,而智能水泵系统等可将漏损率降到3%

缺水,是全世界面临的严峻问题,而且用水需求主要集中在大城市。而令人震惊的数字是,在全球大部分城市,供水总量的25%-50%在送抵用户的途中漏损掉了。这意味着,全球每天会泄漏4500万立方米的水,足够养活2亿人口。

据中国官方统计,国内600多个城市供水管网的平均漏损率(管网漏水量与供水总量之比)超过15%,最高达70%以上。

格兰富集团公共事务部高级经理Morten Riis介绍说,造成水漏损的主要原因之一就是管网水压管理不当,而水泵是决定管网压力的关键设备。不合适的压力,会给管网的各个部件都造成损害。在家中打开水龙头时,如果听到轰隆隆的震动声,就说明管网压力过大。

智能泵系统能根据管网日、周、年运营数据,模拟管网的实际压力需求,遍布管网的远程压力传感器将关键点的压力数据传回控制中心,这样实现对管网压力的智能控制,自动降低管道内的过度压力,最小化城市供水系统中的漏损。

举例来说,当系统内水温升高时,管网内摩擦增大,压力提高;当用户端多打开一个水龙头时,管网内的压力会降低……这些都可以被控制系统感受到。

以格兰富的智能泵系统为例,能使城市水漏损减少20%,能源也可以节约20%。丹麦的管网漏损率曾一度也非常高,但目前得益于精准的压力控制,漏损率平均仅为7%。

人们自然会想到漏损率高与管网老化有关,但数据证明,如果供水系统维护和压力管理得当,即便是非常陈旧的管网依然可以运行良好。

企业 在哥本哈根,11%的供水管道已经使用了100多年,76%已经超过了60年。尽管如此,城市供水漏损率却低于5%。

智能泵系统配备膜处理技术,医院废水经处理后达到饮用标准

作为欧洲唯一一个百分之百使用地下水的国家,丹麦人承受着每吨7欧元的超高水价,也享受着世界上最清洁的用水。这里的地下水仅经过曝气和砂滤即送入管网,不添加任何消毒成分。

企业 胡奥斯供水公司的八个泵房之一位于一处幽静的山林中,工程师Michael Rosenberg 拿出水杯给记者接了一杯接刚刚抽出未经任何处理的地下水,水质清澈,入口清冽。

企业 清洁的水质是丹麦人的骄傲,在他们的观念中,水龙头里的水比商场里的瓶装水更干净。

企业 但丹麦人并不满足于此,他们正在致力于将经过处理的废水甚至医疗废水作为饮用水的来源之一,丹麦赫勒夫医院就是一家成功的试点。

作为哥本哈根大区规模最大的医院,丹麦赫勒夫医院拥有近千张床位,四千多名工作人员,可想而知每天产生的医疗废水有多少。医疗废水含有有害细菌、病原体、药物、抗生素等多种有害物质,不能用常规途径处理。

从2014年开始,一座一体化生物膜污水处理厂开始运作,这也是全世界首家试点全面处理医疗废水的污水处理厂。

▲ 赫勒夫医院污水处理厂服务及产品 经理Gunnar Bach Lihn 检查污水处理设备运转情况

企业 鉴于污水的成分复杂,可能具有腐蚀性并含有一定的固体废物,污水泵在材料、密封性等方面都有一些特殊的要求。来自格兰富的24种泵产品在赫勒夫医院污水处理厂高效运转,配备膜生物反应器、活性炭和臭氧技术等。处理中形成的气体使用光化电离、紫外线和催化剂处理,清除病原体和恶臭气体,然后再排放。处理后形成的生物污泥在原地脱水和干燥,收集后直接运往焚化厂焚烧,以确保有害药物、有害病原体或抗生素耐药菌不会排放到环境中。

经过这样的工序处理过的污水能达到什么标准呢?排放口的结果能说明一切,这里摆放着一口鱼缸,5尾小鱼在浴缸里游来游去,监测仪器显示,处理后的水细菌数为“0”。不仅如此,排放水已经达到饮用标准,格兰富公共事务部高级经理Morten Riis接了一杯一饮而尽。

丹麦,一个童话的国度,正在用高科技书写崭新的“水童话”。实际上,丹麦正在与中国多个地区合作推进智慧水务。不久前的5月5日,广东省肇庆市政府、丹麦环境食品部与中国环保部共同签署了谅解备忘录,共同推进在肇庆建设目前国内唯一国家层面的中丹环保产业园,促进三方重点在低排放、废水、城市水漏损等环保领域开展经贸投资与合作。■

▲赫勒夫医院污水处理厂流程图

参考资料

现代阿基米德螺旋泵简介(陆林广、张仁田)

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