变频调速技术在集中采暖循环水系统中的节能应用

制冷空调电力机械专题研讨变频调速技术在集中采暖循环水系统中的节能应用甘月林，蔡守军(工程兵指挥学院，江苏徐州221004 )摘要分析了 变频调速技术应用于集中采暖循环水系统中存在的巨大节能潜力,介绍了变频控制:系统的组成和基本原理，阐述了变频控制系统的基本特点，并以实例计算说明了其节能效果和经济效关键词:变频调速;采暖系统;节能中图分类号: TM921.51，TU831文献标识码: A文章编号: 1006-8449(2004)04 -0041-031引言当前，随着我国供暖体制改革的进行,分户采暖已若用n表示水泵的效率,则水泵轴功率的计算公式是大势所趋,而分户采暖的一个主要特点就是采暖负荷为 :的不稳定性。传统的集中采暖管网均采用定流量系统,)HP=Pg(4)即根据采暖最大热负荷设计水系统,而实际上分户采暖系统大部分时间处于部分负荷运行状态,这就势必浪费式中ρ -被输送流体的相对密度，kg/m'。大量的电能。如将变频调速技术应用于采暖循环水系式(4)表示，当η一定时,水泵轴功率P与流量Q .统，在满足采暖系统设计工况的前提下,根据负荷变化和扬程H的乘积成正比。情况改变水泵电机的运行工况，实现系统节能,这将是③2一项很有意义的工作。本文主要就变频调速技术应用于采暖循环水系统的节能问题作一分析。Hh FHF是2节能原理H2 F水泵的运行工况点由管网特性曲线和水泵的性能曲线的交点确定。图1中的A、B、C点即为水泵的运行工况点。依据流体力学及其相似理论可知,当水泵转速由n,'Qm3有一一变化到n,时，水泵的扬程H、流量Q和轴功率P之间的图1 水泵H-Q曲线关系为:图1为水泵调速节能和常用阀门控制流量的对比曲21. n(1)线图。当水泵以n,的速度运行时,水泵特性如图1中曲Q2 n2线①所示,管网的阻力特性如曲线②所示。曲线①和曲4-(1)线②的交点A为工况点，此时水泵轴功率P.与图中矩(2)形AH,OQ,的面积成正比。当采暖负荷下降需要将水流(3)量减少到Q.时，如保持转速n,不变而通过阀门节流控n2)制流量，则工况点由A点移动到B点,轴功率P与图式中H， Q，P n.一分别表示设计工况时水泵扬程，中矩形 BH,0Q2的面积成正比，轴功率变化不大，节能m;流量, m/s;功率, kW;电机转速, r/min;效果不明显，如保持管网特性不变而通过调整转速至n,H, 2,P, n,-分别表示变频时水泵的扬程， m;中国煤化工点，轴功率P。与图流量，m/s;功率, kW,电机转速r/min。中矩YHCN M H G所对应的矩形面积41 5制冷空调专题研讨电力机械相比，P所对应的矩形面积CH,0Q,大大减少,节能效3.2 节能f t计算果明显。由此可见，在对管网压力无特殊要求的场合水泵的功率与频率有以下关系:下，水泵在n2工况下运行，即可维持Q,不变,又可大B= R(m2/n)'(5)幅度节省电能。式中P，一设计工况时水泵功率, kW;n一设计工况时运行频率，等于50Hz;节能应用P,一变频时水泵功率，kW;3.1系统组成n,- 变频时运行频率, Hz。如图2所示，系统主要由变频器、可编程控制器:变频后，水泵功率减少值为:OP=R-P =P[1-(n2/n)}](6)PLC、切换控制器.联锁接触器和水泵电机组成，水泵电机的个数可以是任意个。通过PLC和切换控制器的控当电机频率由50Hz变化到40Hz时，节能率制,可使任- -台电机处于变频工作状态,从而实现在任p|1(制( n,何时候都有一台电机处于容量可调状态,而其余电机根P-(翻)”= 48.8%据实际负载的需要,或是处于停机状态,或是工作在工由此可见，通过对水泵电机实施变频调速，可大幅频状态。并且,这种组合可以是任意的。联锁接触器是度的节省电能。为了在切换过程中从硬件上确保三相交流电源不会串人变频器的输出端而设置的。否则，当三相交流电源串人3.3动态投资 回收期变频器的输出端时，变频器会被损坏。为了评价和比较工程技术方案的经济效果,通常采当热负荷较小、只需-台电机工作在低于工频状态用动态投资回收期进行分析。动态投资回收期是指在给就能满足要求时，变频装置会根据供回水管网的温差,定基准贴现率i情况下，用项目方案的净现金收入偿还通过PLC控制器和切换控制器使任- - 台电机工作在变全部投资的时间。具体到本文要探讨的问题是,因采用频状态，且运行频率可根据实际负荷的大小进行调节。变频技术增加的初投资，用节省的能源费用予以全部偿当热负荷增大,开一台电机不够,而开两台电机又还，究竟需要多长的时间。一般认为,投资回收期不应有余时,PLC控制器会根据供回水温差信号发出起动另超过5a,以愈短愈好。动态投资回收期的计算公式如下一台电机的指令,PLC控制器和切换控制器会自动地将原来工作在变频状态的电机的频率从运行频率提升至工t=- log[l -(F0/F )i]/log(!+i) (7)频50Hz，然后将它从变频器上切除并直接挂接到工频式中1- 动态投资回收期，a;电源上，再将第二台电机挂接到变频器上,使第二台电F。一因采用变频技术增加的初投资,元;机实现平滑软起动,运行频率由PLC控制器依温差信号F。-每年节省的运行费用(主要是能源费用),元;而进行控制。当热负荷进- -步增 大,上述切换控制过程i一贷款利率。不断重复，直至所有电机全部投人。系统能提供的最大3.4系统特点容量是全部电机均工作在工频满负荷状态。(1)节约能源，节约资金。采用先进的可编程控制技术，使水泵转速随负荷变化而变化,因而水泵的平均管网温差信司.0转速下降,达到节能的目的。虽然初投资较大，但在实施变频控制的两、三年内，基本可以收回初投资。回换控制春(2 )变频器具有调频调压功能,水泵电机启动为软启动，对电网影响小，延长设备寿命。b&u 3元9...(3 )变频系统一般具备标准接口,可以与上位机连IR力2RJ 3u] mRiJ接，便于实现楼宇的集中控制，采用微机控制，其运行实现自动化，无需人工管理，安装简单，维护方便。團2 循环水系统变频控制原理圈中国煤化工(1C,与IC, 2C;5与.... nC,与nC,是连锁接触器)4MHCNMHG总第9用第250制冷空调专题研讨电力机械某住宅小区集中采暖系统装了由3台电机各带- - 台t= -og[-(Ff1F)ij/log(1+i)循环水泵的循环水系统，用- -台变频控制器、一台PLC=-log[ - (8000/242)0.0558]1og( + 0.0558)控制器以及一台切换控制器控制采暖循环水系统，电机=1.6( a)和水泵均为两用一备， 每台循环水泵的流量为100m'/h,5结语扬程为32m,电机功率为l5kW,设采暖期为100d,电机水泵是采暖系统中的重要组成部分,也是重要的用连续运行时间为2400h,采暖负荷运行时间分配见表1。电设备。将变频调速装置应用于水泵控制系统中,通过表1某住宅小区采暖负荷运行时间分配表改变水泵电机的转速,可以获得较大的节能效果。随着序号采暖负荷率, %所占运行时间的比例，%变频技术的不断发展,变频器的功能越来越完善,且价10030格会越来越便宜,其较高的初投资可以在更短的时间内8010予以回收。在节能呼声高涨的今天,变频调速采暖系统2040具有重要而深远的意义,在今后的工程中应大力推广使用，提高系统的运行经济性。以当地三相电电价为1.1元/kWh计,比较定流量循环水系统和变流量水系统的经济性见表2:诗文献:2某小区定流系统和变流系统经济性对比表[1]周谟仁.流体力学泵与风机[M].北京:中国建筑工业出版社, 1995.(2]韩安荣.通用变频器及其应用[M]北京:机械工业出版社，200.0运行方式全年耗电量，kWh全年电费, 元[3]管文吉.变频调速在空调风系统中的实际应用[]暖通空调，1997,定流量系统72 00079 200变流量系统48 14452 958[4]财政部注册会计师考试委员会办公室.财务成本管理M].大连:东以贷款利率为5.58%，整套变频装置费用为3.8万北财经大学出版社，199.元计算，则动态投资回收期为: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作者简介:甘月林 (1976-)，男，湖南长沙人，工学硕士，工程师。手书讯《高层建筑采暖设计技术》一书出版发行本书针对高层建筑采暖设计特点，从设计人员具体工作的角度出发，对高层建筑采暖设计热负荷、采暖方式、采暖系统、分产热计量及其热源形式等进行了较为详细的分析和介绍,总结了近些年来高层建筑采暖设计及运行中的一些经验教训，论述了高层建筑直连供暖专利技术及其它高层建筑与热网连接方法的设计和调试方法，还列举了有代表性的典型工程设计实例。本书观点明确、实用性强，文字通俗易懂、内容简明扼要，是高层建筑实用技术指南丛书系列之一,可供工程设计、施工技术人员及大中专院校师生参考。本书由刘梦真、王宇清著,机械工业出版社出版发行,全国各地新华书店销售。全书共35.4万字,定价28元。购书热线: 010 - 68993821, 88379646中国煤化工MHCNMHG(本刊讯)43|