智能變頻調速在供暖空調循環(huán)水泵系統中的應用

智能變頻調速在供暖空調循環(huán)水泵系統中的應用林青友山東天元安裝工程有限公司摘要:闡述了暖通空調運行中變頻技術(shù)用于循環(huán)水泵的廣泛性和必要性。理論上和實(shí)際運行的數值說(shuō)明了變頻技術(shù)的節能效果。冬、夏季室外溫度一直在變化， 而室內溫度要求的舒適度是穩定的，在變化的室外溫度條件下，要達到穩定的室內溫度,除了合理的系統設計外，還要在系統運行中不斷地進(jìn)行調節。通過(guò)對各種調節方式的比較，變頻技術(shù)“變壓變流量”調節法是最方便、最經(jīng)濟的。利用對室外溫度采集的數據,通過(guò)計算機對變頻調速的“智能”控制，可達到精確、經(jīng)濟、節能、可靠運行之目的。關(guān)鍵詞:變頻調速;室外溫度;智能;調節;循環(huán)水泵;負荷0引言近十幾年來(lái)，變頻器已廣泛地用于交流電動(dòng)機的速度控制。工業(yè)生產(chǎn)中，大功率的電機(如某企業(yè)現定大于150kw的電機)必須使用變頻調速技術(shù)(或軟啟動(dòng)裝置)以消除電機啟動(dòng)對電流的影響，在運行中，則根據生產(chǎn)需要調整電機轉速。由于冬、夏季室外、濕度變化較大，而室內要求恒定的溫、濕度，暖通空調冷、熱負荷的計算依據及參數的選取較復雜，變頻技長(cháng)在本領(lǐng)域內的使用顯得尤為重要。在暖通空調中，循環(huán)水泵為系統提供動(dòng)力，其用電負荷大，對系統的運行起著(zhù)重要作用，采用變頻技術(shù)，再利用穩機根據室外的溫度變化，對其進(jìn)行控制。-方面，可以極大地節省水泵的電能，實(shí)現系統的節能運行;另一方面，可以提高系統的運行品質(zhì)，實(shí)現高精度控制，使室內溫度更加穩定。1變頻調速裝置的應用選擇(I)對于小區、樓宇、廠(chǎng)房的供暖，空調負荷隨外界氣象條件變化會(huì )很大，如果采用流量調節的方法，就要求循環(huán)水泵的流量能容易調節和控制。尤其是現代化的熱網(wǎng)和智能建筑與智能小區，對這--面的要求是迫切的。在一般供熱、空調系統中(如圖1所示)，用戶(hù)側采用二通閥調節流量，當總管上流量減小時(shí)，壓差控制閥就會(huì )旁通掉多余的流量，多余的壓頭消耗在閥門(mén)節流上。但是，泵的流量沒(méi)有發(fā)生變化，能量沒(méi)有節約?！駢毫ζ饕赃M(jìn)止間“”YB過(guò)德器晶比差控制間51 -般供熱?？照{水系統圖(2)原有的系統，由于選型不合理或系統實(shí)際供熱、供冷面積發(fā)生變化，造成水泵運閉醫力和流量遠離額定工況，產(chǎn)生諸如水泵電機超電流，“ 大馬拉小車(chē)”等情況。水泵與熱網(wǎng)特性曲線(xiàn)分析如圖2所示，當水泵實(shí)際工作點(diǎn)由于選擇不當或熱網(wǎng)阻力減小時(shí)，水泵工作點(diǎn)向右移動(dòng)，當循環(huán)水泵與管路特性曲線(xiàn)不相匹配時(shí)，如果仍采用原水泵并不加節流時(shí)，工作點(diǎn)將會(huì )超過(guò)水泵最大流量，長(cháng)期運行會(huì )燒毀電機。為了不燒毀電機，就必須采用閥門(mén)節流，水泵工作點(diǎn)將從c點(diǎn)移到A點(diǎn)，這樣，大量電能消耗在閥門(mén)節流上。由于閥門(mén)開(kāi)得過(guò)小，會(huì )有大量管網(wǎng)資用壓頭浪費在閥門(mén)上，閥后壓斗減少沅端田戶(hù)水量不足,中國煤化工造成嚴重的水力失調。MHCNMH G后下a正確選樣的水絲A為水軍節惠行的T作點(diǎn)RC為重想的水聚1作點(diǎn)圖2水泵與熱網(wǎng)特性 曲線(xiàn)分析當選擇水泵流量、揚程過(guò)大時(shí)會(huì )造成“大馬拉小車(chē)”的現象，如圖3所示。在這種情況下，如果不采用節流，就會(huì )使系統流量過(guò)大，造成大流量、小溫差的運行方式，這顯然是不經(jīng)濟的。如果采用節流，使流量達到實(shí)際需要，浪費在閥門(mén)上的能量一定會(huì )很大， 而且閥門(mén)老是工作在節流狀態(tài)下,對閥門(mén)不利(因為- - 般水泵出口閥門(mén)是起關(guān)斷作用的，不適合節流)。.對水泵而言，在這種情況下，水泵會(huì )偏離最佳效率點(diǎn)，容易損壞。r-。正賺造樣的水聚A為水軍作競后的工作點(diǎn)Rc為屋您的水軍工作點(diǎn)圖3水蔡與熱網(wǎng)特 性曲線(xiàn)分析(3)分期建設的熱網(wǎng)或房地產(chǎn)項目中，供熱、空調面積加大后，流量也要加大，如果按照- -期完成的負荷選擇循環(huán)水泵，二期完成后，就得重新?lián)Q泵;如果按照二期完成后的負荷選擇循環(huán)水泵，一期到二期這段時(shí)間內就會(huì )浪費很多能量，而且系統運行狀況不佳。2各種對策及技術(shù)經(jīng)濟比較針對以上3種情況，提出了多種解決方案，下面只對水就登電流情況對以下方案進(jìn)行比較，見(jiàn)表l。表1各種解決方案經(jīng)濟技術(shù)比較表*措施結果.閥門(mén)更換換電并聯(lián)切削采用更換.水泵動(dòng)機運行葉輪.變頻項目初投資小中高流量可調型般- -般很好系統安全性差-般好對電力負荷的影響無(wú)不好較好增加供熱面積與否不能能運行能耗大最大*1閥門(mén)節流指上文提到的使電動(dòng)機不超電流而關(guān)小水泵出口; 2并聯(lián)運行指設置2臺一用一備的水泵現在一-同運行，不設備用; 3系統安全性是指水泵、閥門(mén)是否易于損壞系統備用是否得當; 4對電力負荷的影響是指水泵啟動(dòng)安全性是否需要增容。3變頻技術(shù)節能分析中國煤化工循環(huán)水泵進(jìn)行變頻控制有兩種策略，一種為 “定壓變流量YHCNMHG量”“定壓變流量”的控制式就是通過(guò)變頻器恒定循環(huán)水泵的進(jìn)出口壓差或最不利熱用戶(hù)的資用壓差來(lái)實(shí)現循環(huán)水泵的變流量運行。由圖4可以看到，如果不采用閥門(mén)節流的措施，是無(wú)法按照系統實(shí)際需要進(jìn)行調整的。如果采用“變壓變流量”，根本無(wú)需調節閥門(mén)，是最方便和最節能的方式。.sA為OE表示節流能耗: B為h.OE表示“定壓變流址"”能耗;c為的OE表示“變壓變流量”能耗圖4節能比較效果圖圖4為采用變頻后的節能比較效果圖，A為采用閥門(mén)節流后的水泵工作狀態(tài)點(diǎn)，B為采用定壓變流量控制方式水泵工作狀態(tài)點(diǎn)，C為采用變壓變流量控制方式水泵工作狀態(tài)點(diǎn)，0為零點(diǎn)。由圖4可見(jiàn)，采用勿醫變流量，由于功率和流量是三次方的關(guān)系，當流量下降為額定流量的80%時(shí)，功率下降為原功率的51.2%，當流量下降為原來(lái)的50%時(shí)，功率只有原來(lái)的12.5%。節能效果不僅大大超過(guò)了閥門(mén)節流的方法，也遠勝于“定壓變流量”。大量統計結果表明，采用變頻后，每年節約電量可達30%~60%，2年內即可回收全部投資于變頻裝置的成本。圖5是按月份計算的節能比較效果圖。很明顯，循環(huán)水泵采用“變壓變流量”的控制方式是最節能的.060%" 50%! 40%.30%圖5按月 份計算節能比較效果圖4循環(huán)水泵設置的形式對于換熱器來(lái)說(shuō)，在運行期間，換熱器對循環(huán)流量大小并無(wú)嚴格限制。因此，循環(huán)水泵的設置如圖I所示，換熱站循環(huán)泵與熱用戶(hù)循環(huán)泵合二為一。這種情況也適用于采用吸收式冷熱水饑組。吸收式冷水機組的負荷調節可以在10%~100%內無(wú)極調節;冷水流量可在50% ~ 100%內無(wú)極調節;如果采用2臺饑組即可在25% ~ 100%內進(jìn)行調節。對于鍋爐來(lái)說(shuō)，鍋爐循環(huán)流量一-般不應小于額定流量的70%，當循環(huán)流量過(guò)小時(shí)，會(huì )引起鍋爐浸水管水副務(wù)配不均，出現熱偏差,導致鍋爐爆管等事故;同時(shí)由于回水溫度過(guò)低，造成鍋爐尾部腐蝕。因此，常采用雙級泵系統。對于壓縮式冷水饑組，流經(jīng)蒸發(fā)器的流量低于其額定流量時(shí)，冷水溫度會(huì )很低，甚至結冰，造成喘振，可能引起機器停車(chē)，造成冷量波動(dòng)。所以，壓縮式冷水饑組也得采用雙級泵系統。如圖6所示，冷熱源側循環(huán)泵一-般 采用定流量運行，負荷側泵采用變流量運行，以適應負荷的變化。中國煤化工MHCNMH G熱交換器鍋爐-級泵平?制冷機分水缸二級泵圖6二級循環(huán)水泵系統原理圖5控制策略對于流量--揚程曲線(xiàn)比較平緩的循環(huán)水泵,采用壓差控制比較困難，可以采用流量控制，就是時(shí)時(shí)采集泵出口流量的數值，將其與當時(shí)外溫條件下為保證室溫所需要的流量進(jìn)行比較，進(jìn)而通過(guò)變頻控制水泵流量，實(shí)現系統的變流量運行。問(wèn)題是流量的測量比較麻煩，尤其大管徑的流量測量裝置，造價(jià)十分昂貴。按圖7、圖8的控制方法對系統進(jìn)行控制，不論供熱/空調系統是采用質(zhì)調節、量調節，還是質(zhì)、量并調的調節方式，系統供、回水溫度在室內溫度要求恒定、室外溫度已知的情況下，都是系統循環(huán)流量的單值函數。這樣,時(shí)時(shí)采集系統回水溫度或分集水器的壓差，并反饋至變頻器中，與系統在當時(shí)外溫條件下計算出的回水溫度或壓差進(jìn)行比較,以指導變頻器控制循環(huán)水泵的運行頻率。對于不同的供熱/空調系統，是采用壓差控制、流量控制還是溫度控制，應當綜含考慮水泵流量特性、系統調節式及各種系統參變送器的取得難易與否來(lái)確定。6結束語(yǔ)在能源日益緊張的今天，如何在各行各業(yè)節能已經(jīng)成了人們廣泛關(guān)注的話(huà)題，使用變頻調速技術(shù)無(wú)疑是眾多節能方法中大有前途的一種,使用得當,必將會(huì )大大提高能源使用效率，也為用戶(hù)節約大量經(jīng)費。采集室外溫度的測量數據及天氣預報等剔歡,通過(guò)簡(jiǎn)單的程序,利用計算機對循環(huán)水泵進(jìn)行“智能”控制，能夠實(shí)現室外溫度變化而室內溫度隱定，以達到心幸對溫度要求的舒適度。參考文獻:[ 1 ]陸耀慶，實(shí)用供熱空調設計手冊[M]北京:中國建筑工業(yè)出版社，1993.[2]周漠仁，流體力學(xué)泵與風(fēng)機[M]北京:中國建筑工業(yè)出版社，1993.中國煤化工YHCNMH G