空調循環(huán)水系統兩臺水泵并聯(lián)運行方式節能分析

劉辛國付靜空調循環(huán)水系統兩臺水泵并聯(lián)運行方式節能分析北京建筑工程學(xué)院自動(dòng)化系 北京 100044摘要:本文分析了兩臺同型號水泵并聯(lián)運行的三種運行方式:均工頻運行、一工頻- -變頻運行、均變頻運行。對其節能效果進(jìn)行了大量的實(shí)驗操作和數據處理，通過(guò)比較，分析并論證了負荷變化時(shí)三種運行方式的水泵節能情況。關(guān)鍵詞:并聯(lián)水泵變頻調速中央空調節能 分析Abstract: This paper analyzed two sets similar type pump parallel connection three kinds ofmovement ways all work frequency, one work frequency another variable frequency, all variablefrequency.As to its economized on energy effect to carry on a great deal of experiment operationand data processing, analysis pump economy energy circumstance on three kinds of movementways along with load variety.Key word: w ater pump parallel connection; variable frequency speed control ; central aircondition ; economize on energy analysis引言隨著(zhù)大型和超大型建筑的不斷增多,中央空調水系統越來(lái)越多的采用兩臺或多臺水泵并聯(lián)的運行方式，對于采用兩臺水泵并聯(lián)運行的系統，有些系統采用兩臺泵均工頻運行方式，有些系統采用一-工頻-變頻運行方式,還有些系統則采用兩臺泵同時(shí)變頻的運行方式，因為空調負荷是隨室內室外環(huán)境的變化而不斷變化的，顯然兩臺水泵均采用工頻運行會(huì )造成很大浪費。節能空調系統大多采用變頻調速系統，但既有工頻又有變頻的運行狀態(tài)和兩泵同時(shí)變頻哪個(gè)更節能，針對此問(wèn)題現有“同時(shí)變頻更節能”的結論，但這些結論大多是基于簡(jiǎn)單的理論分析而得出，而本文則通過(guò)大量的試驗操作及數據處理，對此結論進(jìn)行了定性和定量的分析。1.空調系統應用現狀及存在的問(wèn)題據統計，我國建筑物能耗約占能源總消耗量的30%。在設有中央空調的公共建筑物中,中央空調的能耗約占本建筑總能耗的60%,而且呈逐年增長(cháng)的趨勢。根據有關(guān)資料統計，實(shí)際中，在一年的絕大部分時(shí)間內空調負荷遠比設計的負荷(全年最大負荷)要低，全年約有60%的時(shí)間實(shí)際負荷是在設計負荷的50%~70%以下運行，并且時(shí)刻都在波動(dòng)，所以實(shí)際負荷總不能達到設計的滿(mǎn)負荷狀態(tài)，造成了能量的嚴重浪費,嚴重影響經(jīng)濟效益和人們的生活水平，因而如何能降低空調的能耗，成為--個(gè)亟待解決的大課題。2.中央空調水系統簡(jiǎn)介及本論文所應用試驗平臺的描述2.1中央空調水系統的簡(jiǎn)介中央空調系統供冷的冷源為冷水機組，其冷凝器側為冷卻水系統，蒸發(fā)器側為冷凍水系統，因此空調水系統由冷凍水系統和冷卻水系統組成。冷卻水中國煤化工冷卻塔及相應的閥門(mén)、管道。冷凍水系統包括冷凍循環(huán)水泵、分集MHCN MH G的空劉辛國付靜空調循環(huán)水系統兩臺水泵并聯(lián)運行方式節能分析調末端設備。2.2試驗平臺的描述實(shí)驗設備:一套擬建的兩單元五層樓的空調冷水機組的給水系統，每單元分別裝有風(fēng)機盤(pán)管，系統中的水量由高位水箱補充，水流揚程由兩臺同型號的變頻水泵(3.7KW)提供，每層樓供水由閥門(mén)控制，供水管道裝有壓力傳感器、流量計、閥門(mén)等，其位置及標號如示意圖所示;此外還包括兩臺變頻柜及功率表、流量計、轉速儀等。設兩單元五層的10個(gè)閥門(mén)均打開(kāi)時(shí)，負載為100%，每關(guān)掉一一個(gè)閥門(mén)， 負載降低10%,實(shí)驗中分別測試兩臺泵隨負載和流量的變化采用均工頻、一工頻--變頻、均變頻時(shí)的各泵頻率、流量、功率等參數值，通過(guò)繪制P-Q曲線(xiàn)圖對三種運行方式進(jìn)行對比，分析其節能效果。3.試驗及理論分析3.1 兩臺泵均工頻此實(shí)驗中，始終保持兩臺泵的頻率為額定值50HZ,通過(guò)關(guān)閉閥門(mén)降低負載，測試各階段的參數值，記錄數值如下:表-兩臺泵均工頻的實(shí)驗數據負載率流量 (m2/h)總流量頻率(H2)功率(KW)總功率1號泵| 2號泵( m/h)1泵2號泵| 1號泵2號泵(KW)100%27249502.22. 244.4480%26.821.42.12 2. 184. 360%25.920.546. 42.12.184. 2840%23.519. 242.702. 012. 074.08.30%21.316. 61.94.1. 983. 92繪制總功率總流量隨負載率變化的曲線(xiàn)圖如下:.5 [.4.3.2.1t.9 t5415Q(m3)/h圖1兩臺水泵均工頻時(shí)的總流與總功率曲線(xiàn)圖由繪制曲線(xiàn)和試驗數據可看出:盡管隨著(zhù)流量的降低水泵的功耗在減小，但即使當負載率減少到30%，流量減少到37.9 (m/h)時(shí)，此時(shí)的功率仍為3.92KW，這就意味著(zhù)即使很小的室內負荷，仍需耗費很大的水泵功率，造成電能的嚴重浪費，節能效果很差。3.2 - -臺工頻一臺變頻此試驗中，令1號泵隨流量的變化而變頻，2號泵工頻，在負載率分別為100%、90%、80%，70%、60%、50%、40%時(shí)，通過(guò)調頻改變流量(以每組負載率下的原始流量的20%為梯度，依次下降，直至降到原始流量的20%為止)，記錄各參數值如下:表二1號泵工頻2號泵變頻的試驗數據負載率流量(m/h)頻率(Hz)中國煤化工1號泵2號泵|(m2Ah)|1號泵2號泵YHCNMH G劉辛國付靜空調循環(huán)水系統兩臺水泵并聯(lián)運行方式節能分析100%26234955(2.122.164.28 .80% 20.8!343.84(.173.3360%| 15.638.63500.522.6833.4220.22.4180%21472.12.244.3580%| 20.841.123.3660% 15.637.60.562.8040%10.4?232.42:0.292.50%202.084.2441.8413.2836.6322.72131.420.32.46l92.064.0680% 17.61.193.2660%| 13.2932.234).72.808.827.80.42.48繪制總功率總流量曲線(xiàn)如下:4. 504.00+100%負載。-90%負載3.50.+- 80%負載* 70%負載3. 00- *- 60%負載_ + 50%負載40%負載2. 502. 0030Q(m3/h)圖2 -號泵變頻號泵工頻時(shí)總流量總功率曲線(xiàn)由曲線(xiàn)可看出:一工頻- -變頻時(shí)，同一負載情況下，隨著(zhù)流量的降低所耗功率的明顯呈指數型遞減，流量越低功耗遞減越慢，且流量低于30 (m?/h) 時(shí)，各負載率下所耗的功率差別不大，當流量大于35 (m%h)后，相同流量下負載率越大水泵功耗越低，這是因為流量越低管網(wǎng)阻力越大，水泵相當一部分 能量要用來(lái)克服阻力。與圖2曲線(xiàn)相比，體現了明顯的節能效果，且流量越低節能效果越顯著(zhù)。因為實(shí)驗所用的兩臺水泵是同型號的，試驗中對1號泵工頻2號泵變頻也進(jìn)行了測試，經(jīng)分析的得出結論與上述結論-致，在此不在續寫(xiě)其試驗數據.與繪制的曲線(xiàn)。3.3兩臺均變頻此試驗中，令1號泵、2-號泵均隨流量的變化而變頻，在負載分別為100%、90%、80%、70%、60%、50%、40%時(shí)，通過(guò)調頻改變流量(以每組負載率下的原始流量的20%為梯度，依次下降,直至降到原始流量的20%為止)，記錄各參數值如下:表三兩臺泵均變頻的試驗數據中國煤化工，負載率流量(m2/h)總流量頻率(Hz)YHC NMH G-劉辛國付靜空調循環(huán)水系統兩臺水泵并聯(lián)運行方式節能分析1號泵2號泵(m3/h)| 1號泵 2號泵| 1號泵2號泵| (KW)100% .27100%| 2249502.22.244.4480%| 21.680% 17.639.240.51.191.2460%16.260%| 13.229.430.130.60.570.581.1540%10.840%| 8.819.620.220.60.260.220.48100%| 26.800% 21.448.22.122.184.380%21.480%| 17.138.540.21.22.3916.160%| 12.828.928.730.40.50.561.0610.740%| 8.619.320.80.20.46100%| 25.9100% 20.546.45(2.14.2820.780%| 16.437.1440.11.221.182.415.5| 60%| 12.327.828.330.30.541.0410.440% 8.218.620.30%100%| 23.5100% 19.242.752.012.074.0818.880%| 15.434.242.341.51.282.514.160%| 11.525.62831.51.059.9.717.62:21.70.30.230.53繪制總流量總功率曲線(xiàn)如下:4.5→100%負載3.5. 90%負載--80%負載- * 70%負載*- 60%負載- 50%負載1.5.40%負載0..0203406Q(m3)/h圈3兩泵均變頻時(shí)的總流t總功率曲線(xiàn)由曲線(xiàn)可看出:當兩臺泵均變頻時(shí)，隨著(zhù)流量的降低，功率仍呈指數型降低，且與圖3曲線(xiàn)相比，有著(zhù)更大的降低幅度，這首先說(shuō)明均變頻的運行方式節能效果優(yōu)于一工- 變的運行方式，當然也更優(yōu)于均工頻的運行方式，例如對應與流量為30 (m3h)時(shí)，一工頻- -變頻的運行方式各負載率下所耗的功率大約為2.4 (KW)，而兩泵都變頻時(shí)各負載率下所耗的功率大約為1(KW)左右，節能率近于60%，體現了明顯的節能效果。對比圖3曲線(xiàn)仍可看出，流量越低時(shí)均變頻的運行方式較- -工一 變的運行方式節能效果越顯著(zhù)。圖中，流量越低時(shí)，各負載率下消耗的功率降低度越小的原因仍為:流量越低，水泵 需克服的管網(wǎng)阻力越大,當流量小到一定值時(shí)，管網(wǎng)阻力幾乎達到最大極限值，此時(shí)各負載率下所消耗的功率值也很相近。4總結由以上三組試驗數據及曲線(xiàn)分析可看出，變頻調速技術(shù)用于空調水泵控制系統.具有調速性能好、節能效果顯著(zhù)等優(yōu)點(diǎn)。繼而可得出以下三條結論:中國煤化工并聯(lián)MHCNMH G劉辛國付靜空調循環(huán)水系統兩臺水泵并聯(lián)運行方式節能分析的運行的情況，兩臺水泵同時(shí)變頻調速節能效果最好，-工頻--變頻的運行方式次之，兩臺均工頻的節能效果最差; 2、 流量越低時(shí)，相對節能效果越顯著(zhù); 3、流量越低，水泵需克服的管網(wǎng)阻力越大。銬文獻[1] 符錫理.“變頻調速供水泵原理和實(shí)踐”，《變頻器世界》, 1999 , NO10.[2]王剛崔明輝空調水系統并聯(lián)水泵的選擇配置與分析2008[3] 呂文陳洪亮多臺并聯(lián)變頻調速水泵的控制方式 2005中國煤化工YHCNMH G