關于歐盟水泵最小能效指標（MEI）法規的解讀
李廣一、鍾彍㠙、段 明、 于學鋒
威樂（中國）水泵系統有限公司
摘要：本文就歐盟有關水泵產品最小能效指標的法規進行了解讀，并給出一個最小能效指標的具體算例以幫助讀者加深理解，以供同行業人員學習參考。同時幫助國內企業加深對歐盟標準的理解，以便調整自身產品設計，來應對相關產品出口的要求。
關鍵詞：歐盟；Erp指令；MEI；解讀
2012年6月26日歐盟發布了“關于水泵生態設計要求”的法規，即No547/2012，以執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，相當于50公噸的二氧化碳排放。據不完全統計，到2020年這一數值會增加到1360億度。ErP指令要求在不會過度增加成本的前提下，改善產品對生態環境的影響。歐盟委員會將在電機驅動的水泵產品中執行此標準。水泵在各行各業應用廣泛，在這些應用中大約有20%~30%的潛在空間可以提高整個水泵系統能源效率。歐盟委員會標準No640/2009中已經對電機的生態設計要求進行了規定，因此本次出臺的標準是針對水泵的水力效率而言（不包含電機）。同時法規指出應用新法規應規劃合理的執行進度，以便水泵生產商，尤其是中小規模的生產商有足夠的時間去重新設計產品，避免造成產品其他方面性能的下降，或者成本的激增。
1. 法規的適用范圍：
輸送清水的轉子泵（包括集成在其他產品中的泵）。該法規不適用于以下情況：（a）專門用于輸送溫度為-10℃以下或120℃以上的清水的水泵，但也應滿足法規中附件 = 2 \* ROMAN II中2（11）到3（13）條款中的規定。（b）僅用于消防的水泵。（c）容積泵。（d）自吸泵。
2. 生態設計要求：
對回轉動力水泵的最低效率要求和信息要求列于該法規的附件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點規定的信息要求。
3. MEI的基本概念：
水泵最小能效指標（MEI，Minimum Efficiency Index）與水泵尺寸無關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。圖1至圖5為MEI與流量Q，比轉速ns，效率η三者的關系，各圖中的數據點為水泵生產商提供的樣本，紅色數據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。
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）比轉速：通過揚程、流量、轉速（n）確定水泵葉輪形狀的參數
其中：
H揚程，單位為m
n轉速，單位為rpm
Q流量，單位為m3/h
i 葉輪級數
（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（End suction own bearing）泵頭中帶有軸承的端吸泵，如圖6（a）所示
ESCC（End suction close coupled）直連式端吸泵，如圖6（b）所示
ESCCi（End suction close coupled inline）直連式端吸管道泵，如圖6（c）所示
MS-V（Vertical multistage）立式多級泵，如圖6（d）所示
MSS（Submersible multistage）潛水多級泵，如圖6（e）所示
4.2 MEI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域盡量平滑，這也是對水利設計的要求。由于三個點的比轉速是不同的，一般情況下，同一臺泵在小流量處比轉速要比高效點略小，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：
ηBEPmin，req=-11.48x2-0.85y2-0.38xy+88.59x+13.46y-C
ηPLmin，req=0.947ηBEPmin，req
ηOLmin，req=0.985ηBEPmin，req
其中：ηBEP、ηPL、ηOL %
X=Ln(ns)，X為比轉速的自然對數。ns的單位為min-1
y=Ln(QBEP)，y為高效點流量的自然對數，QBEP的單位為m3/h
C，為常數與MEI值以及水泵類型相關，具體數值參見表1
表1 MEI與常數C以及水泵型號的對應關系
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C for MEI
Pump Type
|
Minimum Efficiency Index
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0.1
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0.2
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0.3
|
0.4
|
0.5
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0.6
|
0.7
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C（ESOB 1450）
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132.6
|
130.7
|
129.4
|
128.1
|
127.0
|
126.1
|
124.9
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|
C（ESOB 2900）
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135.6
|
133.4
|
131.6
|
130.3
|
129.2
|
128.1
|
127.1
|
|
C（ESCC 1450）
|
132.7
|
131.2
|
129.8
|
128.5
|
127.4
|
126.6
|
125.5
|
|
C（ESCC 2900）
|
135.9
|
133.8
|
132.2
|
130.8
|
129.9
|
128.8
|
127.8
|
|
C（ESCCI 1450）
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136.7
|
134.6
|
133.4
|
132.3
|
131.0
|
130.3
|
129.0
|
|
C（ESCCI 2900）
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139.4
|
136.5
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134.9
|
133.7
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132.6
|
131.3
|
129.8
|
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C（MS 2900）
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138.2
|
135.4
|
134.9
|
134.0
|
133.4
|
131.9
|
130.3
|
|
C（MSS 2900）
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134.3
|
132.4
|
130.9
|
128.8
|
127.3
|
125.2
|
123.8
|
設Fη=-11.48x2-0.85y2-0.38xy+88.59x+13.46y
則C=Fη-η，據此計算出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，應將這兩點的效率值除以相應的系數0.947和0.985。根據計算出的C在表1中找到相鄰的兩個數值，進行線性插值計算出這臺水泵的MEI數值。
舉例說明：現有一臺水泵類型為泵頭帶有軸承的端吸泵，水泵轉速為2900min-1，高效點流量QBEP為50m3/h，比轉速為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=-11.48x2-0.85y2-0.38xy+88.59x+13.46y =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，
至本條例生效以來，按照市場上現有的技術水平，MEI達到或超過0.7的水泵即成為行業中的標桿產品。
5. 法規中關于信息標注的要求：
新法規中除了能效方面的規定外還對信息標注方面做出了具體的要求：水泵的技術文件及水泵制造商網站上應清晰注明MEI、生產日期，制造商名稱或商標、商業注冊號以及生產地、產品型號、帶平衡葉輪的水力效率或標注水泵效率特性的性能曲線、信息的標注樣式、產品相關的拆解、回收或處理信息。同時，制造商網站上還應提供消費者選擇不同水泵類型的基準信息等內容。
6. 結論：
自歐盟《制定能源相關產品生態設計要求的框架指令》（Erp指令）發布后，對于銷售量大，某方面環境影響重大的相關產品的專項指令研究明顯加快，現已發布外部電源、電動機、循環泵、電視機、制冷設備、通風機等多項生態設計要求，未來還將有越來越多的產品被正式列入到ErP指令的范疇之內。
作為水泵生產商應通過各種途徑及時了解與自身產品有關的國外通報和技術性貿易壁壘的信息，同時應重視產品的能效設計，通過節能技術的研究、開發和利用，改進產品結構和生產工藝，提高自身產品的能效水平，同時應按照相關法律法規的要求將產品能效水平和相關信息按照正確的格式反映在產品標簽上。
本文解讀了歐盟關于水泵最小能效指標的法規。為了讀者更好的理解，還給出了最小能效指標的具體計算實例。
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