摘要：本文就歐盟有關(guān)水泵產(chǎn)品最小能效指標(biāo)的法規(guī)進行了解讀，并給出一個最小能效指標(biāo)的具體算例以幫助讀者加深理解，以供同行業(yè)人員學(xué)習(xí)參考。同時幫助國內(nèi)企業(yè)加深對歐盟標(biāo)準(zhǔn)的理解，以便調(diào)整自身產(chǎn)品設(shè)計，來應(yīng)對相關(guān)產(chǎn)品出口的要求。
2012年6月26日歐盟發(fā)布了“關(guān)于水泵生態(tài)設(shè)計要求”的法規(guī)，即No547/2012，以執(zhí)行歐洲議會和理事會指令2009/125/EC(簡稱ErP指令)。
歐盟的研究顯示水泵在歐盟市場中用量極大，僅2005年一年水泵消耗的電能達到1090億度，相當(dāng)于50公噸的二氧化碳排放。據(jù)不完全統(tǒng)計，到2020年這一數(shù)值會增加到1360億度。ErP指令要求在不會過度增加成本的前提下，改善產(chǎn)品對生態(tài)環(huán)境的影響。歐盟委員會將在電機驅(qū)動的水泵產(chǎn)品中執(zhí)行此標(biāo)準(zhǔn)。水泵在各行各業(yè)應(yīng)用廣泛，在這些應(yīng)用中大約有20%~30%的潛在空間可以提高整個水泵系統(tǒng)能源效率。歐盟委員會標(biāo)準(zhǔn)No640/2009中已經(jīng)對電機的生態(tài)設(shè)計要求進行了規(guī)定，因此本次出臺的標(biāo)準(zhǔn)是針對水泵的水力效率而言(不包含電機)。同時法規(guī)指出應(yīng)用新法規(guī)應(yīng)規(guī)劃合理的執(zhí)行進度，以便水泵生產(chǎn)商，尤其是中小規(guī)模的生產(chǎn)商有足夠的時間去重新設(shè)計產(chǎn)品，避免造成產(chǎn)品其他方面性能的下降，或者成本的激增。
1.法規(guī)的適用范圍：
輸送清水的轉(zhuǎn)子泵(包括集成在其他產(chǎn)品中的泵)。該法規(guī)不適用于以下情況：(a)專門用于輸送溫度為-10℃以下或120℃以上的清水的水泵，但也應(yīng)滿足法規(guī)中附件II中2(11)到3(13)條款中的規(guī)定。(b)僅用于消防的水泵。(c)容積泵。(d)自吸泵。
2.生態(tài)設(shè)計要求：
對回轉(zhuǎn)動力水泵的最低效率要求和信息要求列于該法規(guī)的附件II，實施時間如下：
(1)從2013年1月1日起，需滿足附件II第1(a)點規(guī)定的最低效率要求，即要達到MEI大于等于0.1的要求
(2)從2015年1月1日起，需滿足附件II第1(b)點規(guī)定的最低效率要求，即要達到MEI大于等于0.4的要求
(3)從2013年1月1日起，需滿足附件II第2點規(guī)定的信息要求。
3.MEI的基本概念：
水泵最小能效指標(biāo)(MEI，MinimumEfficiencyIndex)與水泵尺寸無關(guān)的衡量水泵在高效點、小流量點(部分負載，高效點流量的75%)和大流量點(過載，高效點流量的110%)時水力效率的參數(shù)。圖1至圖5為MEI與流量Q，比轉(zhuǎn)速ns，效率η三者的關(guān)系，各圖中的數(shù)據(jù)點為水泵生產(chǎn)商提供的樣本，紅色數(shù)據(jù)點代表被淘汰的型號。圖1為MEI=0.05的情況，即在所有樣本中淘汰掉5%，圖2、3、4、5分別為淘汰掉20%，40%，60%，80%的情況，即MEI分別為0.2,，0.4，0.6，0.8時的情況。
圖1：MEI=0.05 圖2：MEI=0.2
圖3：MEI=0.4 圖4：MEI=0.6
4.MEI的計算方法：
4.1幾個重要概念：
在介紹MEI計算方法之前首先介紹幾個基本概念：
(1)全尺寸葉輪：水泵樣本中給定了性能曲線的具有最大葉輪直徑的葉輪。
(2)比轉(zhuǎn)速：通過揚程、流量、轉(zhuǎn)速(n)確定水泵葉輪形狀的參數(shù)
其中：
H揚程，單位為m
n轉(zhuǎn)速，單位為rpm
Q流量，單位為m3/h
i葉輪級數(shù)
(3)BEP：高效點，在水泵性能曲線上效率最高的一點。
(4)PL：小流量點(部分載荷點)，流量為高效點流量75%時的工況點。
(5)OL：大流量點(大流量點)，流量為高效點流量110%時的工況點。
(6)計算MEI時水泵類型的劃分，共5種類型，如圖6所示：
ESOB(Endsuctionownbearing)泵頭中帶有軸承的端吸泵，如圖6(a)所示
ESCC(Endsuctionclosecoupled)直連式端吸泵，如圖6(b)所示
ESCCi(Endsuctionclosecoupledinline)直連式端吸管道泵，如圖6(c)所示
MS-V(Verticalmultistage)立式多級泵，如圖6(d)所示
MSS(Submersiblemultistage)潛水多級泵，如圖6(e)所示
(a)ESOB (b)ESCC (c)ESCCi (d)MS-V (e)MSS
圖6水泵類型的劃分
4.2MEI計算過程：
MEI的計算需要考察全尺寸葉輪情況下高效點、小流量點和大流量點三個點的情況，如圖7所示。圖中黑色折線為MEI=0.1的水平，紅色折線為MEI=0.4的水平。同時考察三個點是為了是使水泵的效率曲線在高效點附近的區(qū)域盡量平滑，這也是對水利設(shè)計的要求。由于三個點的比轉(zhuǎn)速是不同的，一般情況下，同一臺泵在小流量處比轉(zhuǎn)速要比高效點略小，其效率也會有所下降，因此，對小流量點和大流量點的最低效率要求都比高效點的要求略低。
圖7 MEI圖解
水泵在高效點、小流量點、大流量點的最低效率要求的計算公式如下：
其中：ηBEP、ηPL、ηOL%
X=Ln(ns)，X為比轉(zhuǎn)速的自然對數(shù)。ns的單位為min-1
y=Ln(QBEP)，y為高效點流量的自然對數(shù)，QBEP的單位為m3/h
C，為常數(shù)與MEI值以及水泵類型相關(guān)，具體數(shù)值參見表1
表1MEI與常數(shù)C以及水泵型號的對應(yīng)關(guān)系
表1MEI與常數(shù)C以及水泵型號的對應(yīng)關(guān)系
設(shè)Fη=
則C=Fη-η，據(jù)此計算出CBEP，CPL，COL三個值，取三者中的最大值進行MEI計算。值得注意的是在計算CPL，COL時，應(yīng)將這兩點的效率值除以相應(yīng)的系數(shù)0.947和0.985。根據(jù)計算出的C在表1中找到相鄰的兩個數(shù)值，進行線性插值計算出這臺水泵的MEI數(shù)值。
舉例說明：現(xiàn)有一臺水泵類型為泵頭帶有軸承的端吸泵，水泵轉(zhuǎn)速為2900min-1，高效點流量QBEP為50m3/h，比轉(zhuǎn)速為ns=20min-1，高效點效率ηBEP為68.1%，小流量點效率ηPL為64.8，大流量點效率ηOL為67.5%，求這臺水泵的MEI。
解：X=Ln(ns)=Ln(20)=2.9957
Y=Ln(QBEP)=Ln(50)=3.912
Fη==197.6
CBEP=197.6-68.1=129.9
CPL=197.6-(64.8/0.947)=129.2
COL=197.6-(67.5/0.985)=129.1
CMEI=MAX(CBEP，CPL，COL)=129.9
查表1，得C左=130.3，C右=129.2，MEI左=0.4，MEI右=0.5，
=0.436
至本條例生效以來，按照市場上現(xiàn)有的技術(shù)水平，MEI達到或超過0.7的水泵即成為行業(yè)中的標(biāo)桿產(chǎn)品。
5.法規(guī)中關(guān)于信息標(biāo)注的要求：
新法規(guī)中除了能效方面的規(guī)定外還對信息標(biāo)注方面做出了具體的要求：水泵的技術(shù)文件及水泵制造商網(wǎng)站上應(yīng)清晰注明MEI、生產(chǎn)日期，制造商名稱或商標(biāo)、商業(yè)注冊號以及生產(chǎn)地、產(chǎn)品型號、帶平衡葉輪的水力效率或標(biāo)注水泵效率特性的性能曲線、信息的標(biāo)注樣式、產(chǎn)品相關(guān)的拆解、回收或處理信息。同時，制造商網(wǎng)站上還應(yīng)提供消費者選擇不同水泵類型的基準(zhǔn)信息等內(nèi)容。
6.結(jié)論：
自歐盟《制定能源相關(guān)產(chǎn)品生態(tài)設(shè)計要求的框架指令》(Erp指令)發(fā)布后，對于銷售量大，某方面環(huán)境影響重大的相關(guān)產(chǎn)品的專項指令研究明顯加快，現(xiàn)已發(fā)布外部電源、電動機、循環(huán)泵、電視機、制冷設(shè)備、通風(fēng)機等多項生態(tài)設(shè)計要求，未來還將有越來越多的產(chǎn)品被正式列入到ErP指令的范疇之內(nèi)。
作為水泵生產(chǎn)商應(yīng)通過各種途徑及時了解與自身產(chǎn)品有關(guān)的國外通報和技術(shù)性貿(mào)易壁壘的信息，同時應(yīng)重視產(chǎn)品的能效設(shè)計，通過節(jié)能技術(shù)的研究、開發(fā)和利用，改進產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)工藝，提高自身產(chǎn)品的能效水平，同時應(yīng)按照相關(guān)法律法規(guī)的要求將產(chǎn)品能效水平和相關(guān)信息按照正確的格式反映在產(chǎn)品標(biāo)簽上。
本文解讀了歐盟關(guān)于水泵最小能效指標(biāo)的法規(guī)。為了讀者更好的理解，還給出了最小能效指標(biāo)的具體計算實例。
