變頻調速技術(shù)在集中采暖循環(huán)水系統中的節能應用

制冷空調電力機械專(zhuān)題研討變頻調速技術(shù)在集中采暖循環(huán)水系統中的節能應用甘月林，蔡守軍(工程兵指揮學(xué)院，江蘇徐州221004 )摘要分析了 變頻調速技術(shù)應用于集中采暖循環(huán)水系統中存在的巨大節能潛力,介紹了變頻控制:系統的組成和基本原理，闡述了變頻控制系統的基本特點(diǎn)，并以實(shí)例計算說(shuō)明了其節能效果和經(jīng)濟效關(guān)鍵詞:變頻調速;采暖系統;節能中圖分類(lèi)號: TM921.51，TU831文獻標識碼: A文章編號: 1006-8449(2004)04 -0041-031引言當前，隨著(zhù)我國供暖體制改革的進(jìn)行,分戶(hù)采暖已若用n表示水泵的效率,則水泵軸功率的計算公式是大勢所趨,而分戶(hù)采暖的一個(gè)主要特點(diǎn)就是采暖負荷為 :的不穩定性。傳統的集中采暖管網(wǎng)均采用定流量系統,)HP=Pg(4)即根據采暖最大熱負荷設計水系統,而實(shí)際上分戶(hù)采暖系統大部分時(shí)間處于部分負荷運行狀態(tài),這就勢必浪費式中ρ -被輸送流體的相對密度，kg/m'。大量的電能。如將變頻調速技術(shù)應用于采暖循環(huán)水系式(4)表示，當η一定時(shí),水泵軸功率P與流量Q .統，在滿(mǎn)足采暖系統設計工況的前提下,根據負荷變化和揚程H的乘積成正比。情況改變水泵電機的運行工況，實(shí)現系統節能,這將是③2一項很有意義的工作。本文主要就變頻調速技術(shù)應用于采暖循環(huán)水系統的節能問(wèn)題作一分析。Hh FHF是2節能原理H2 F水泵的運行工況點(diǎn)由管網(wǎng)特性曲線(xiàn)和水泵的性能曲線(xiàn)的交點(diǎn)確定。圖1中的A、B、C點(diǎn)即為水泵的運行工況點(diǎn)。依據流體力學(xué)及其相似理論可知,當水泵轉速由n,'Qm3有一一變化到n,時(shí)，水泵的揚程H、流量Q和軸功率P之間的圖1 水泵H-Q曲線(xiàn)關(guān)系為:圖1為水泵調速節能和常用閥門(mén)控制流量的對比曲21. n(1)線(xiàn)圖。當水泵以n,的速度運行時(shí),水泵特性如圖1中曲Q2 n2線(xiàn)①所示,管網(wǎng)的阻力特性如曲線(xiàn)②所示。曲線(xiàn)①和曲4-(1)線(xiàn)②的交點(diǎn)A為工況點(diǎn)，此時(shí)水泵軸功率P.與圖中矩(2)形AH,OQ,的面積成正比。當采暖負荷下降需要將水流(3)量減少到Q.時(shí)，如保持轉速n,不變而通過(guò)閥門(mén)節流控n2)制流量，則工況點(diǎn)由A點(diǎn)移動(dòng)到B點(diǎn),軸功率P與圖式中H， Q，P n.一分別表示設計工況時(shí)水泵揚程，中矩形 BH,0Q2的面積成正比，軸功率變化不大，節能m;流量, m/s;功率, kW;電機轉速, r/min;效果不明顯，如保持管網(wǎng)特性不變而通過(guò)調整轉速至n,H, 2,P, n,-分別表示變頻時(shí)水泵的揚程， m;中國煤化工點(diǎn)，軸功率P。與圖流量，m/s;功率, kW,電機轉速r/min。中矩YHCN M H G所對應的矩形面積41 5制冷空調專(zhuān)題研討電力機械相比，P所對應的矩形面積CH,0Q,大大減少,節能效3.2 節能f t計算果明顯。由此可見(jiàn)，在對管網(wǎng)壓力無(wú)特殊要求的場(chǎng)合水泵的功率與頻率有以下關(guān)系:下，水泵在n2工況下運行，即可維持Q,不變,又可大B= R(m2/n)'(5)幅度節省電能。式中P，一設計工況時(shí)水泵功率, kW;n一設計工況時(shí)運行頻率，等于50Hz;節能應用P,一變頻時(shí)水泵功率，kW;3.1系統組成n,- 變頻時(shí)運行頻率, Hz。如圖2所示，系統主要由變頻器、可編程控制器:變頻后，水泵功率減少值為:OP=R-P =P[1-(n2/n)}](6)PLC、切換控制器.聯(lián)鎖接觸器和水泵電機組成，水泵電機的個(gè)數可以是任意個(gè)。通過(guò)PLC和切換控制器的控當電機頻率由50Hz變化到40Hz時(shí)，節能率制,可使任- -臺電機處于變頻工作狀態(tài),從而實(shí)現在任p|1(制( n,何時(shí)候都有一臺電機處于容量可調狀態(tài),而其余電機根P-(翻)”= 48.8%據實(shí)際負載的需要,或是處于停機狀態(tài),或是工作在工由此可見(jiàn)，通過(guò)對水泵電機實(shí)施變頻調速，可大幅頻狀態(tài)。并且,這種組合可以是任意的。聯(lián)鎖接觸器是度的節省電能。為了在切換過(guò)程中從硬件上確保三相交流電源不會(huì )串人變頻器的輸出端而設置的。否則，當三相交流電源串人3.3動(dòng)態(tài)投資 回收期變頻器的輸出端時(shí)，變頻器會(huì )被損壞。為了評價(jià)和比較工程技術(shù)方案的經(jīng)濟效果,通常采當熱負荷較小、只需-臺電機工作在低于工頻狀態(tài)用動(dòng)態(tài)投資回收期進(jìn)行分析。動(dòng)態(tài)投資回收期是指在給就能滿(mǎn)足要求時(shí)，變頻裝置會(huì )根據供回水管網(wǎng)的溫差,定基準貼現率i情況下，用項目方案的凈現金收入償還通過(guò)PLC控制器和切換控制器使任- - 臺電機工作在變全部投資的時(shí)間。具體到本文要探討的問(wèn)題是,因采用頻狀態(tài)，且運行頻率可根據實(shí)際負荷的大小進(jìn)行調節。變頻技術(shù)增加的初投資，用節省的能源費用予以全部?jì)敭敓嶝摵稍龃?開(kāi)一臺電機不夠,而開(kāi)兩臺電機又還，究竟需要多長(cháng)的時(shí)間。一般認為,投資回收期不應有余時(shí),PLC控制器會(huì )根據供回水溫差信號發(fā)出起動(dòng)另超過(guò)5a,以愈短愈好。動(dòng)態(tài)投資回收期的計算公式如下一臺電機的指令,PLC控制器和切換控制器會(huì )自動(dòng)地將原來(lái)工作在變頻狀態(tài)的電機的頻率從運行頻率提升至工t=- log[l -(F0/F )i]/log(!+i) (7)頻50Hz，然后將它從變頻器上切除并直接掛接到工頻式中1- 動(dòng)態(tài)投資回收期，a;電源上，再將第二臺電機掛接到變頻器上,使第二臺電F。一因采用變頻技術(shù)增加的初投資,元;機實(shí)現平滑軟起動(dòng),運行頻率由PLC控制器依溫差信號F。-每年節省的運行費用(主要是能源費用),元;而進(jìn)行控制。當熱負荷進(jìn)- -步增 大,上述切換控制過(guò)程i一貸款利率。不斷重復，直至所有電機全部投人。系統能提供的最大3.4系統特點(diǎn)容量是全部電機均工作在工頻滿(mǎn)負荷狀態(tài)。(1)節約能源，節約資金。采用先進(jìn)的可編程控制技術(shù)，使水泵轉速隨負荷變化而變化,因而水泵的平均管網(wǎng)溫差信司.0轉速下降,達到節能的目的。雖然初投資較大，但在實(shí)施變頻控制的兩、三年內，基本可以收回初投資?；負Q控制春(2 )變頻器具有調頻調壓功能,水泵電機啟動(dòng)為軟啟動(dòng)，對電網(wǎng)影響小，延長(cháng)設備壽命。b&u 3元9...(3 )變頻系統一般具備標準接口,可以與上位機連IR力2RJ 3u] mRiJ接，便于實(shí)現樓宇的集中控制，采用微機控制，其運行實(shí)現自動(dòng)化，無(wú)需人工管理，安裝簡(jiǎn)單，維護方便。團2 循環(huán)水系統變頻控制原理圈中國煤化工(1C,與IC, 2C;5與.... nC,與nC,是連鎖接觸器)4MHCNMHG總第9用第250制冷空調專(zhuān)題研討電力機械某住宅小區集中采暖系統裝了由3臺電機各帶- - 臺t= -og[-(Ff1F)ij/log(1+i)循環(huán)水泵的循環(huán)水系統，用- -臺變頻控制器、一臺PLC=-log[ - (8000/242)0.0558]1og( + 0.0558)控制器以及一臺切換控制器控制采暖循環(huán)水系統，電機=1.6( a)和水泵均為兩用一備， 每臺循環(huán)水泵的流量為100m'/h,5結語(yǔ)揚程為32m,電機功率為l5kW,設采暖期為100d,電機水泵是采暖系統中的重要組成部分,也是重要的用連續運行時(shí)間為2400h,采暖負荷運行時(shí)間分配見(jiàn)表1。電設備。將變頻調速裝置應用于水泵控制系統中,通過(guò)表1某住宅小區采暖負荷運行時(shí)間分配表改變水泵電機的轉速,可以獲得較大的節能效果。隨著(zhù)序號采暖負荷率, %所占運行時(shí)間的比例，%變頻技術(shù)的不斷發(fā)展,變頻器的功能越來(lái)越完善,且價(jià)10030格會(huì )越來(lái)越便宜,其較高的初投資可以在更短的時(shí)間內8010予以回收。在節能呼聲高漲的今天,變頻調速采暖系統2040具有重要而深遠的意義,在今后的工程中應大力推廣使用，提高系統的運行經(jīng)濟性。以當地三相電電價(jià)為1.1元/kWh計,比較定流量循環(huán)水系統和變流量水系統的經(jīng)濟性見(jiàn)表2:詩(shī)文獻:2某小區定流系統和變流系統經(jīng)濟性對比表[1]周謨仁.流體力學(xué)泵與風(fēng)機[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社, 1995.(2]韓安榮.通用變頻器及其應用[M]北京:機械工業(yè)出版社，200.0運行方式全年耗電量，kWh全年電費, 元[3]管文吉.變頻調速在空調風(fēng)系統中的實(shí)際應用[]暖通空調，1997,定流量系統72 00079 200變流量系統48 14452 958[4]財政部注冊會(huì )計師考試委員會(huì )辦公室.財務(wù)成本管理M].大連:東以貸款利率為5.58%，整套變頻裝置費用為3.8萬(wàn)北財經(jīng)大學(xué)出版社，199.元計算，則動(dòng)態(tài)投資回收期為:收稿日期: 2004-04-07Energy Saving Application of Frequency Conversion Technology inCycle Water System of Concentrated Heating SystemGAN Yue-lin, CAI Shou-jun(Engineer Command Corps, Xuzhou 221004, China)Abstract: This paper analyses the great potential of saving energy in frequency convert's application to cycle watersystem of central-heating system. It introduces the configuration and principle of frequency conversion control system,and expounds the basic characteristics of frequency conversion control system. Finally, its energy saving effect andeconomical effect are iluminated by example of actual project.Key words: Frequency conversion;Heating system;Energy saving作者簡(jiǎn)介:甘月林 (1976-)，男，湖南長(cháng)沙人，工學(xué)碩士，工程師。手書(shū)訊《高層建筑采暖設計技術(shù)》一書(shū)出版發(fā)行本書(shū)針對高層建筑采暖設計特點(diǎn)，從設計人員具體工作的角度出發(fā)，對高層建筑采暖設計熱負荷、采暖方式、采暖系統、分產(chǎn)熱計量及其熱源形式等進(jìn)行了較為詳細的分析和介紹,總結了近些年來(lái)高層建筑采暖設計及運行中的一些經(jīng)驗教訓，論述了高層建筑直連供暖專(zhuān)利技術(shù)及其它高層建筑與熱網(wǎng)連接方法的設計和調試方法，還列舉了有代表性的典型工程設計實(shí)例。本書(shū)觀(guān)點(diǎn)明確、實(shí)用性強，文字通俗易懂、內容簡(jiǎn)明扼要，是高層建筑實(shí)用技術(shù)指南叢書(shū)系列之一,可供工程設計、施工技術(shù)人員及大中專(zhuān)院校師生參考。本書(shū)由劉夢(mèng)真、王宇清著(zhù),機械工業(yè)出版社出版發(fā)行,全國各地新華書(shū)店銷(xiāo)售。全書(shū)共35.4萬(wàn)字,定價(jià)28元。購書(shū)熱線(xiàn): 010 - 68993821, 88379646中國煤化工MHCNMHG(本刊訊)43|