空調循環(huán)水泵變頻控制方法的應用探討

第23卷第3期北京建筑工程學(xué)院學(xué)報Vol.23 No.32007年9月Journal of Beijing University of Civil Enginecring and ArchitectureSep.2007文章編號: 1004 - 6011(2007)03 -0018-04空調循環(huán)水泵變頻控制方法的應用探討許淑惠,馬麥囤，王娟(北京建筑工程學(xué)院環(huán)境與能源工程學(xué)院，北京10044)摘要:分析比較了目前常用的幾種變頻控制方法的節能效果與可行性.通過(guò)定性分析與定量計算得出溫差控制方法節能效罘最好,其次是最小阻力控制方法,最差的是定壓差控制方法.工程采用何種控制方法,應根據空調水系統的規模、負荷的組成、空調系統配置、水系統的阻力平衡、末端設備的同時(shí)使用率等具體情況加以分析判斷.關(guān)鍵詞:循環(huán)水泵;變頻;節能;可行性中圖分類(lèi)號: TB61+92文獻標志碼: AApplication Discuss Analysis of Water Pumps FrequencyConversion Control in Air Conditioning SystemsXu Shuhui, Ma Maidun, W ang Juan(School of Environment and Energy Engncering. BUCEA Beijing 10044Abstract: The energy- saving effect and feasibility of several kinds of variable frequency circulatingpump control in air conditioning system were analyzed and compared. Both qualitative analysis andnumerical calculation show that the temperature diference control method has the best energy -savingeffect, and the second is the minimum resistance control method, and the pressure difference controlhas the worst energy-saving efct. The utilization of the control method in engineering design needs agood balance and careful analysis according to the system size, composing of the load, the balance ofthe resistance of the water system, and the frequency of the appliation of the end equipment.Key words: water circulating pump; frequency conversion; energy saving effect; feasibility隨著(zhù)國民經(jīng)濟的迅速發(fā)展，對能源的需求量也。 方法節能效果是不同的.本文通過(guò)對當前變頻控制快速提升.而能源消耗量的不斷增加，不僅造成了的幾種方法比較,探討空調冷熱水循環(huán)泵變轉速運能源形勢的嚴峻,而且使人類(lèi)生存環(huán)境嚴重惡化.行的節能效果與可行性.為此,國家制定了一系列的有關(guān)節約能源的法規.節能已成為空調系統設計的熱門(mén)話(huà)題.使用變頻器1 水泵變頻控制原理控制空調冷熱水循環(huán)泵的變轉速運行e成為眾多的空調系統節能設計中應用最為廣泛的一種.但是,循環(huán)水泵變頻調速控制原理,是通過(guò)變頻器改怎樣才能更有效地達到預期的節能效果,在空調設變電動(dòng)機的供電頻率,進(jìn)而改變水泵的轉速,見(jiàn)式計過(guò)程中仍是-一個(gè)十分值得注意的問(wèn)題.應用變頻(1).器控制空調冷熱水循環(huán)泵的轉速,采用不同的控制中國煤化工收稿日期: 2007 -08 - 25MYHCNMHG作者簡(jiǎn)介:許衩惠(1966-),女,副教授,工學(xué)碩士.研究方向:傳熱、傳質(zhì)、節能.第3期許淑惠等:空調循環(huán)水泵變額控制方法的應用探討1處于全開(kāi)狀態(tài)的控制方法.n=60f(1)(4)溫差控制.控制供、回水干管水溫差保持式中, n為轉子轉速, r/ min;60為換算系數, s/ min; .恒定的控制方法,稱(chēng)為溫差控制[3].當負荷下降時(shí)，f為電源頻率, Hz;s為定子與轉子之間的轉差率;如流量保持不變,則回水溫度下降，溫差相應變小，m為電動(dòng)機繞組的極對數.由式(1)可見(jiàn),轉數與要保持溫差不變,可通過(guò)控制溫差控制器、變頻器來(lái)頻率成正比,改變頻率就可以實(shí)現水泵調速.降低水泵轉速,臧少水流量,此時(shí)水泵能耗以轉速三根據水泵的相似定律,兩種流體應滿(mǎn)足幾何相次方的關(guān)系遞減.似、動(dòng)力相似和運動(dòng)相似,則水泵的轉速、流量揚程和功率之間存在以下關(guān)系[":3控制方法的節能效果比較Q= n(2)圖1是不同控制方式下水泵運行工況示意圖.是=(衛”(3)采用 不同的控制方式,所對應的管路特性曲線(xiàn)各不相同采用定揚程控制,曲線(xiàn)A為水力特性曲線(xiàn)，N=(衛(4)水泵工作點(diǎn)揚程始終為H.采用定末端壓差控制，式(2)-(4)中,n為水泵轉速, r/min;Q為水泵流曲線(xiàn)B為水力特性曲線(xiàn)，H是末端環(huán)路要求保持量,m/h;H為水泵揚程, m;N為水泵功率,kW.的壓差, Q=0時(shí),△H= H.采用最小阻力控制, .曲線(xiàn)C為水力特性曲線(xiàn),Q=0時(shí),0H=H2.采用把(2)式代入(4)式得到溫差控制,曲線(xiàn)D是的水力特性曲線(xiàn),此曲線(xiàn)即為是=器!”(5)空調水系統原有的管路特性曲線(xiàn), Q=0時(shí),管路系式(5)表明,水泵所耗功率與流量的三次方成正比.統阻力△H=0.水泵變頻控制節能分析以此為理論依據,但在實(shí)際H應用中,式(5)只在極少情況下成立(21.2控制方法當前應用較多的空調冷熱水循環(huán)泵變轉速調節方法有定壓差控制、定末端壓差控制、最小阻力控制和溫差控制.(1)定壓差控制.控制供、回水干管壓差保持圖1幾種控制方 法的比較恒定的控制方法稱(chēng)為定壓差控制.供、回水干管壓采用單一調節閥控制時(shí)，比較前述4種控制方差不變時(shí)水泵提供的揚程保持恒定，故定壓差控制法的節能效果.當流量從Qo減小到Qi時(shí),定揚程又稱(chēng)為定揚程控制.此控制方法做法是:根據冷熱控制的工作點(diǎn)從a.定揚程移到b.定末端壓差控制水循環(huán)泵前后的集水器和分水器的靜壓差,控制冷的工作點(diǎn)從1沿定末端壓差控制水力特性曲線(xiàn)變揚熱水循環(huán)泵的轉速，使此靜壓差始終穩定在設定值程移到c.而最小阻力控制的工作點(diǎn)從1沿管路水附近[3].力特性曲線(xiàn)變揚程移到d.溫差控制從1移到5.(2)定末端壓差控制.控制末端(最不利)環(huán)路在上述4種控制方案里,當流量調節到Q1時(shí)，溫差壓差保持恒定的控制方法稱(chēng)為末端壓差控制.此控控制的冷熱水循環(huán)泵轉速最小,因此節能效果最顯制方法的做法是:根據空調水系統中處于最不利環(huán)著(zhù)路中空調設備前后的靜壓差,控制冷熱水循環(huán)泵的流量從Q。減小到Q1時(shí),采用上述4種控制方轉速,使此靜壓差始終穩定在設定值附近法,中國煤化工周節閥全開(kāi)阻力損(3)最小阻力控制.最小阻力控制是根據空調失)是CNMH民持冷熱水循環(huán)泵冷熱水循環(huán)系統中各空調設備的調節閥開(kāi)度,控制的揚程小文，必須非大小網(wǎng)衛網(wǎng)力度增加調節閥阻冷熱水循環(huán)泵的轉速,使這些調解閥中至少有. -個(gè)力, 調節閥的阻力損失為點(diǎn)2和點(diǎn)S間揚程差.用20北京建筑工程學(xué)院學(xué)報2007年定末端壓差控制,因為要保持最不利環(huán)路空調設備是對于多分支的枝狀異程管路系統,特別是對于動(dòng)前后的靜壓差不變,也必須掌關(guān)小調節閥開(kāi)度來(lái)增態(tài)運行,判斷何處為最不利末端比較困難.因此,實(shí)加調節閥阻力,以彌補由于流量減小而使空調設備際工程中往往使用多個(gè)末端壓差傳感器,相應定出的管路系統中靜壓差測量點(diǎn)之間的阻力損失減小，多個(gè)末端壓差設定值,然后根據最不利末端壓差偏即點(diǎn)3和點(diǎn)5間揚程差.對于單- -調節閥空調系統差來(lái)控制冷熱水循環(huán)泵的轉速.另外,如果空調系的最小阻力控制，其控制目標為盡量讓這個(gè)調節閥統的自控系統委托自控公司去做,為安全起見(jiàn)，不少始終處于全開(kāi)狀態(tài),即用冷熱水循環(huán)泵的轉速控制調試入員往往將末端壓差值設定得偏大.因此,其來(lái)直接控制空調末端設備的流量.末端壓差控制測節能效果還受人為因索的影響.量點(diǎn)之間的距離越大,最小阻力控制和定末端壓差最小阻力控制網(wǎng)路系統較復雜,初投資比較高.控制節能效益的差異也越大.因此最小阻力控制，需要控制冷熱水循環(huán)泵轉速的控制器與控制各個(gè)空只有在某些特定情況下，即所有末端設備負荷同比調設備的控制器組成控制通訊網(wǎng)絡(luò ),冷熱水循環(huán)泵例減少,所有支管上的調節閥門(mén)一直處于全開(kāi)狀態(tài),轉速控制器可以通過(guò)該網(wǎng)絡(luò )獲得空調水系統中各調整個(gè)系統的管路阻抗s才可能保持不變,此時(shí)曲線(xiàn)節閥開(kāi)度的信息,再把風(fēng)機盤(pán)管單元的控制并入樓C才能與曲線(xiàn)D重合,但這種情況在系統實(shí)際運行宇自控網(wǎng)絡(luò )系統,實(shí)施最小阻力控制的條件就完全中不大可能出現.通過(guò)以上分析比較,可以發(fā)現溫具備了.從控制原理來(lái)看,最小阻力控制不需要測差控制節能效益最顯著(zhù),其次是最小阻力控制,節能量空調水系統的供回水壓差.但考慮到分散控制的效益最差的是定揚程控制.特性,為了使控制網(wǎng)絡(luò )的通訊發(fā)生故障或中斷(檢.修)時(shí)對冷熱水循環(huán)泵的控制依然有效,最小阻力控.4控制方 法的可行性對比制保留了壓差控制,最小阻力控制法實(shí)施的是變壓差控制.在這里的壓差控制僅僅是分散控制系統的在自控系統設計和構成方面,由于定揚程控制需要,而不是其控制原理本身的需要，相當多的最小的測量目標非常明確,揚程設定值幾乎與水泵選型阻力控制采用了控制冷熱水循環(huán)泵集水器和分水器無(wú)關(guān),因此在實(shí)際工程壓差傳感器的選型與安裝、檢壓差的方式，從而繼承了定揚程控制的優(yōu)點(diǎn).最小修等是非常方便的.這種方法是空調水系統冷熱水阻力控制法是根據空調水系統的各調節閥閥位設定循環(huán)泵變轉速運行最早采用的.在壓差控制系統壓差值的,因此要求各調解閥為比例調解閥，這在一中，當水泵轉速改變時(shí),水泵不滿(mǎn)足相似定律中的運定程度上限制了它的應用.動(dòng)相似和動(dòng)力相似這兩個(gè)條件,僅滿(mǎn)足幾何相似[4].因此,水泵的變工況和額定工況不相似.也就是說(shuō),水泵轉速改變時(shí),其流量、揚程、功率不能簡(jiǎn)單采用相似定律來(lái)計算.定壓差控制系統節能效果C F2不是很理想，現已被定末端壓差控制所取代.-囚目前定末端壓差控制法應用最為廣泛.壓差控⑦-0-制點(diǎn)安裝在遠離冷凍機房的最不利環(huán)路上,雖然測點(diǎn)之間的壓差保持恒定,但是最不利環(huán)路由于分支系統開(kāi)啟狀況不同,其壓差是變化的,所以對整個(gè)空調水系統來(lái)說(shuō)壓力是變化的,水泵的揚程也是變化L冷水機組P 冷水循環(huán)泵的,因此能取得較好的節能效果.但在實(shí)際空調水K變頻控制器F 風(fēng)機盤(pán)管用戶(hù)系統中,末端裝置常用電動(dòng)二通閥控制,在負荷調節團供水溫度傳感器過(guò)程中,流量減少并非僅由水泵的轉速降低所致,而D回水溫度傳感器是由水泵轉速和電動(dòng)二通閥共同作用的結果,致使中國煤化工管路特性曲線(xiàn)發(fā)生改變,水泵的相似定律不成立,且CHCNMHG原理圖在實(shí)際應用中,其末端位置及壓差設定值也不好確圖2的班成還是比牧間甲時(shí)，在實(shí)際應用中也定.對于異程空調水系統,末端位置比較好判斷,但比較容易做到有些技術(shù)人員擔心采用溫差控制會(huì )第3期許淑惠等:空調循環(huán)水案變額控制方法的應用探討2147.3%, Np/No= 40.8%.最小阻力控制水泵功率介于溫差控制水泵功率和定末端壓差控制水泵功率之間.從上述分析計算可知,不同控制方法的節能效益有一定差別. .◎-Q6結論a.溫差控制遵守相似規律.定壓差控制、定末4口- J端壓差控制.、最小阻力控制皆不遵守相似規律.節能效果最好的是溫差控制,其次是最小阻力控制,最②供水壓力傳感器③回水壓力傳感器差的是定壓差控制. b.定壓差控制由于節能性較麗壓差控制器差,目前已不采用。定末端壓差控制是應用最多的控制方法,但在很多情況下不能確定最末端回路,節圖3 壓差控制水泵變轉速原理圖能效果不顯著(zhù).實(shí)施最小阻力控制的是一種有較好影響某些場(chǎng)所空調系統的使用效果,如餐廳、歌舞廳發(fā)展的控制方法，但其要求空調冷熱水系統要全部等,主要是影響這些場(chǎng)所室內冷負荷的主要因素不使用兩通比例調解閥,控制網(wǎng)絡(luò )設置較復雜,初投資是室外氣象條件,而是室內人數的多少，這種情況比較大,因此限制了它的推廣與應用.溫差控制系可以采用一些控制策略,如可以采用分時(shí)段控制或統簡(jiǎn)單,并能起到很好的節能效果,但當人員較多，者在人員較集中的場(chǎng)所設置溫度傳感器,滿(mǎn)足特殊室內冷負荷主要是人員形成的，采用溫差控制可能場(chǎng)所的需要[5].會(huì )影響房間的使用效果. c.具體工程采用何種控制方法，應根據空調水系統的規模、負荷的組成、水系5實(shí)例說(shuō)明統的阻力平衡、末端設備的同時(shí)使用率等具體情況加以分析判斷.舉例說(shuō)明幾種流量控制的實(shí)際節能效果.某空調水系統水泵流量Qo= 400 m'/h,揚程參考文獻:Ho=33m,水泵軸功率No=48kW.采用定揚程控[1] 蔡增基,龍天榆，流體力學(xué)泵與風(fēng)機[M].北京:中國制H=24 m,采用定末端壓差控制H=8m.流量建筑工業(yè)出版社, 1999變化到Q =0.7Qo= 280 m/h,計算幾種控制方式[2] 沈翔,王建民.也談空調冷熱水循環(huán)泵變額節能問(wèn)題[J].暖通空調, 2006, 36(4):47-49下水泵的節能效果.[3]徐亦波. 空調冷熱水循環(huán)泵變轉速節能控制方法[J].計算結果為:暖通空調, 2004, 34(9):32-35(1)定揚程控制:QA= 280 m'/h,HA=24 m,[4] 姚國良.空調變頻水泵節能問(wèn)題探討[J].暖通空調, .功A=69%,NA=26.6 kW;2004, 34(6):32-34(2)定末端壓差控制:Qg= 280 m/h, Hg=[s]孫一堅. 水流量變化對空調系統運行的影響[].暖通20.25 m, B= 68%,Ng= 22.72 kW;空調, 2004, 34(7):60-62(3)溫差控制:Qp= 280 m'/h, Hp= 16.17 m,[6] 孫一堅,潘尤貴.變頻調速水泵的合理應用[].暖通空調, 2005, 35(10):90-92p=63%,Np=19.58 kW; .結果中n為水泵效率.則N/No= 55.4%, Ng/No=[責任編輯:王克黎}中國煤化工MHCNM HG