摘要：闡述了暖通空調(diào)運(yùn)行中變頻技術(shù)用于循環(huán)水泵的廣泛性和必要性。理論上和實際運(yùn)行的數(shù)值說明了變頻技術(shù)的節(jié)能效果。冬、夏季室外溫度一直在變化，而室內(nèi)溫度要求的舒適度是穩(wěn)定的，在變化的室外溫度條件下，要達(dá)到穩(wěn)定的室內(nèi)溫度，除了合理的系統(tǒng)設(shè)計外，還要在系統(tǒng)運(yùn)行中不斷地進(jìn)行調(diào)節(jié)。通過對各種調(diào)節(jié)方式的比較，變頻技術(shù)“變壓變流量”調(diào)節(jié)法是最方便、最經(jīng)濟(jì)的。利用對室外溫度采集的數(shù)據(jù)，通過計算機(jī)對變頻調(diào)速的“智能”控制，可達(dá)到精確、經(jīng)濟(jì)、節(jié)能、可靠運(yùn)行之目的。
　　關(guān)鍵詞：變頻調(diào)速；室外溫度；智能；調(diào)節(jié)；循環(huán)水泵；負(fù)荷
　　0引言
　　近十幾年來，變頻器已廣泛地用于交流電動機(jī)的速度控制。工業(yè)生產(chǎn)中，大功率的電機(jī)（如某企業(yè)現(xiàn)定大于150kw的電機(jī)）必須使用變頻調(diào)速技術(shù)（或軟啟動裝置）以消除電機(jī)啟動對電流的影響，在運(yùn)行中，則根據(jù)生產(chǎn)需要調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速。由于冬、夏季室外、濕度變化較大，而室內(nèi)要求恒定的溫、濕度，暖通空調(diào)冷、熱負(fù)荷的計算依據(jù)及參數(shù)的選取較復(fù)雜，變頻技長在本領(lǐng)域內(nèi)的使用顯得尤為重要。在暖通空調(diào)中，循環(huán)水泵為系統(tǒng)提供動力，其用電負(fù)荷大，對系統(tǒng)的運(yùn)行起著重要作用，采用變頻技術(shù)，再利用穩(wěn)機(jī)根據(jù)室外的溫度變化，對其進(jìn)行控制。一方面，可以極大地節(jié)省水泵的電能，實現(xiàn)系統(tǒng)的節(jié)能運(yùn)行；另一方面，可以提高系統(tǒng)的運(yùn)行品質(zhì)，實現(xiàn)高精度控制，使室內(nèi)溫度更加穩(wěn)定。
　　1變頻調(diào)速裝置的應(yīng)用選擇
　　（l）對于小區(qū)、樓宇、廠房的供暖，空調(diào)負(fù)荷隨外界氣象條件變化會很大，如果采用流量調(diào)節(jié)的方法，就要求循環(huán)水泵的流量能容易調(diào)節(jié)和控制。尤其是現(xiàn)代化的熱網(wǎng)和智能建筑與智能小區(qū)，對這一面的要求是迫切的。
　　在一般供熱、空調(diào)系統(tǒng)中（如圖l所示），用戶側(cè)采用二通閥調(diào)節(jié)流量，當(dāng)總管上流量減小時，壓差控制閥就會旁通掉多余的流量，多余的壓頭消耗在閥門節(jié)流上。但是，泵的流量沒有發(fā)生變化，能量沒有節(jié)約。
　　
　　（2）原有的系統(tǒng)，由于選型不合理或系統(tǒng)實際供熱、供冷面積發(fā)生變化，造成水泵運(yùn)閉醫(yī)力和流量遠(yuǎn)離額定工況，產(chǎn)生諸如水泵電機(jī)超電流，“大馬拉小車”等情況。
　　水泵與熱網(wǎng)特性曲線分析如圖2所示，當(dāng)水泵實際工作點由于選擇不當(dāng)或熱網(wǎng)阻力減小時，水泵工作點向右移動，當(dāng)循環(huán)水泵與管路特性曲線不相匹配時，如果仍采用原水泵并不加節(jié)流時，工作點將會超過水泵最大流量，長期運(yùn)行會燒毀電機(jī)。為了不燒毀電機(jī)，就必須采用閥門節(jié)流，水泵工作點將從c點移到A點，這樣，大量電能消耗在閥門節(jié)流上。由于閥門開得過小，會有大量管網(wǎng)資用壓頭浪費(fèi)在閥門上，閥后壓頭減少，遠(yuǎn)端用戶水量不足，造成嚴(yán)重的水力失調(diào)。
　　
　　當(dāng)選擇水泵流量、揚(yáng)程過大時會造成“大馬拉小車”的現(xiàn)象，如圖3所示。在這種情況下，如果不采用節(jié)流，就會使系統(tǒng)流量過大，造成大流量、小溫差的運(yùn)行方式，這顯然是不經(jīng)濟(jì)的。如果采用節(jié)流，使流量達(dá)到實際需要，浪費(fèi)在閥門上的能量一定會很大，而且閥門老是工作在節(jié)流狀態(tài)下，對閥門不利（因為一般水泵出口閥門是起關(guān)斷作用的，不適合節(jié)流）。對水泵而言，在這種情況下，水泵會偏離最佳效率點，容易損壞。
　　
　　（3）分期建設(shè)的熱網(wǎng)或房地產(chǎn)項目中，供熱、空調(diào)面積加大后，流量也要加大，如果按照一期完成的負(fù)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(fù)荷選擇循環(huán)水泵，一期到二期這段時間內(nèi)就會浪費(fèi)很多能量，而且系統(tǒng)運(yùn)行狀況不佳。
　　2各種對策及技術(shù)經(jīng)濟(jì)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，見表l。
　　表1各種解決方案經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較表＊
　　＊1閥門節(jié)流指上文提到的使電動機(jī)不超電流而關(guān)小水泵出口；2并聯(lián)運(yùn)行指設(shè)置2臺一用一備的水泵現(xiàn)在一同運(yùn)行，不設(shè)備用；3系統(tǒng)安全性是指水泵、閥門是否易于損壞系統(tǒng)備用是否得當(dāng)；4對電力負(fù)荷的影響是指水泵啟動安全性是否需要增容。
　　3變頻技術(shù)節(jié)能分析
　　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”；另一種為“變壓變流量”。“定壓變流量”的控制式就是通過變頻器恒定循環(huán)水泵的進(jìn)出口壓差或最不利熱用戶的資用壓差來實現(xiàn)循環(huán)水泵的變流量運(yùn)行。由圖4可以看到，如果不采用閥門節(jié)流的措施，是無法按照系統(tǒng)實際需要進(jìn)行調(diào)整的。如果采用“變壓變流量”，根本無需調(diào)節(jié)閥門，是最方便和最節(jié)能的方式。
　　
　　圖4為采用變頻后的節(jié)能比較效果圖，A為采用閥門節(jié)流后的水泵工作狀態(tài)點，B為采用定壓變流量控制方式水泵工作狀態(tài)點，C為采用變壓變流量控制方式水泵工作狀態(tài)點，O為零點。由圖4可見，采用勿醫(yī)變流量，由于功率和流量是三次方的關(guān)系，當(dāng)流量下降為額定流量的80％時，功率下降為原功率的51.2%，當(dāng)流量下降為原來的50％時，功率只有原來的12.5％。節(jié)能效果不僅大大超過了閥門節(jié)流的方法，也遠(yuǎn)勝于“定壓變流量”。大量統(tǒng)計結(jié)果表明，采用變頻后，每年節(jié)約電量可達(dá)30％～60%，2年內(nèi)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(jié)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(jié)能的.
　　
　　4循環(huán)水泵設(shè)置的形式
　　對于換熱器來說，在運(yùn)行期間，換熱器對循環(huán)流量大小并無嚴(yán)格限制。因此，循環(huán)水泵的設(shè)置如圖l所示，換熱站循環(huán)泵與熱用戶循環(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(jī)組的負(fù)荷調(diào)節(jié)可以在10％～100％內(nèi)無極調(diào)節(jié)；冷水流量可在50％～100％內(nèi)無極調(diào)節(jié)；如果采用2臺饑組即可在25％～100％內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)。
　　對于鍋爐來說，鍋爐循環(huán)流量一般不應(yīng)小于額定流量的70%，當(dāng)循環(huán)流量過小時，會引起鍋爐浸水管水副務(wù)配不均，出現(xiàn)熱偏差，導(dǎo)致鍋爐爆管等事故；同時由于回水溫度過低，造成鍋爐尾部腐蝕。因此，常采用雙級泵系統(tǒng)。
　　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，冷水溫度會很低，甚至結(jié)冰，造成喘振，可能引起機(jī)器停車，造成冷量波動。所以，壓縮式冷水饑組也得采用雙級泵系統(tǒng)。如圖6所示，冷熱源側(cè)循環(huán)泵一般采用定流量運(yùn)行，負(fù)荷側(cè)泵采用變流量運(yùn)行，以適應(yīng)負(fù)荷的變化。
　　
　　5控制策略
　　對于流量一揚(yáng)程曲線比較平緩的循環(huán)水泵，采用壓差控制比較困難，可以采用流量控制，就是時時采集泵出口流量的數(shù)值，將其與當(dāng)時外溫條件下為保證室溫所需要的流量進(jìn)行比較，進(jìn)而通過變頻控制水泵流量，實現(xiàn)系統(tǒng)的變流量運(yùn)行。
　　問題是流量的測量比較麻煩，尤其大管徑的流量測量裝置，造價十分昂貴。按圖7、圖8的控制方法對系統(tǒng)進(jìn)行控制，不論供熱／空調(diào)系統(tǒng)是采用質(zhì)調(diào)節(jié)、量調(diào)節(jié)，還是質(zhì)、量并調(diào)的調(diào)節(jié)方式，系統(tǒng)供、回水溫度在室內(nèi)溫度要求恒定、室外溫度已知的情況下，都是系統(tǒng)循環(huán)流量的單值函數(shù)。這樣，時時采集系統(tǒng)回水溫度或分集水器的壓差，并反饋至變頻器中，與系統(tǒng)在當(dāng)時外溫條件下計算出的回水溫度或壓差進(jìn)行比較，以指導(dǎo)變頻器控制循環(huán)水泵的運(yùn)行頻率。
　　對于不同的供熱／空調(diào)系統(tǒng)，是采用壓差控制、流量控制還是溫度控制，應(yīng)當(dāng)綜含考慮水泵流量特性、系統(tǒng)調(diào)節(jié)式及各種系統(tǒng)參變送器的取得難易與否來確定。
　　6結(jié)束語
　　在能源日益緊張的今天，如何在各行各業(yè)節(jié)能已經(jīng)成了人們廣泛關(guān)注的話題，使用變頻調(diào)速技術(shù)無疑是眾多節(jié)能方法中大有前途的一種，使用得當(dāng)，必將會大大提高能源使用效率，也為用戶節(jié)約大量經(jīng)費(fèi)。
　　采集室外溫度的測量數(shù)據(jù)及天氣預(yù)報等剔歡，通過簡單的程序，利用計算機(jī)對循環(huán)水泵進(jìn)行“智能”控制，能夠?qū)崿F(xiàn)室外溫度變化而室內(nèi)溫度隱定，以達(dá)到心幸對溫度要求的舒適度。
　　參考文獻(xiàn)：
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