智能变频调速在供暖空调循环水泵系统中的应用

第28卷第8期水利电力机械Vol.28 No. 82006年8月WATER CONSERVANCY & ELECTRIC POWER MACHINERYAug.2006电气与控制.智能变频调速在供暖空调循环水泵系统中的应用Applications of the intellectual speed adjustment by frequency change in watercirculation pump for the heating and air - conditioning system李爱华'梁予波'衡少亭2LI Ai-hua' LIANG Yu-bo' HENG Shao-ting2( 1.郑州市热力总公司河南郑州450002 ;2.中铝河南分公司设计院河南郑州450000 )( 1. Zhengzhou Heating Genaral Company Zhengzhou 450052 China 2. Institute of Henan SubsidiaryCompany of China Aluminium Industrial Company Zhengzhou 45000 China )摘要阐述了暖通空调运行中 变频技术用于循环水泵的广泛性和必要性。理论上和实际运行的数值说明了变频技术的节能效果。冬夏季室外温度一直在变化 ,而室内温度要求的舒适度是稳定的,在变化的室外温度条件下要达到稳定的室内温度除了合理的系统设计外还要在系统运行中不断地进行调节。通过对各种调节方式的比较变频技术变压变流量”调节法是最方便、最经济的。利用对室外温度采集的数据通过计算机对变频调速的智能”控制,可达到精确、经济、节能、可靠运行之目的。关键词:变频调速;室外温度智能调节循环水泵;负荷中图分类号:TK730.4+ 1 TK223. 5文献标识码A文章编号:1006 - 6446( 2006 )08 -0043 -04Abstract :The article expatiate the universality and prerequisite of frequency change techrique in the system of heatingand air - conditioning water circulation pump. The numerical value from theory and practice shows that energy - savingeffect is obvious. Temperature changes between winter and summer. But constant room temperature is needed. To a-chieve the goal , we need to design a reasonable system and do some adjustment. By the comparison of different ways ,this technology proves to be the most economical and convenient one. By the collction of outside temperature data andcomputer controlling , accurate , economical , energy saving and reliability operation can be achieved.Key words :adjusting rapidity intellective and changeable frequency ;extraventricular temperature aptitude ;adjus-ting pcircultive water pump ;load大对系统的运行起着重要作用，采用变频技术,再0引言利用微机根据室外的温度变化，对其进行控制。一近十几年来变频器已广泛地用于交流电动机.方面,可以极大地节省水泵的电能实现系统的节能的速度控制。工业生产中大功率的电机(如某企业运行;另-方面,可以提高系统的运行品质，实现高规定大于150kW的电机)必须使用变频调速技术精度控制 使室内温度更加稳定。(或软启动装置)以消除电机启动对电流的影响在1变频调速装置的应用选择运行中则根据生产需要调整电机转速。由于冬、夏季室外、湿度变化较大而室内要求恒定的温、湿度,中国煤化工的供暖空调负荷随外暖通空调冷、热负荷的计算依据及参数的选取较复YHCN M H采用流量调节的方法,杂变频技术在本领域内的使用显得尤为重要。在就要求循环水泵的流量能容易调节和控制。尤其是暖通空调中循环水泵为系统提供动力其用电负荷现代化的热网和智能建筑与智能小区对这一方面收稿日期2006 -06-14作者简介李爱俱强据)女江西吉安人郑州市热力总公司工程师从事集中供热工程管网、热力站空调系统的建设及运行管理方面的工作。水利电力机械2006年8月的要求是迫切的。差的运行方式这显然是不经济的。如果采用节流,在一般供热、空调系统中(如图1所示) ,用户使流量达到实际需要浪费在阀门上的能量-定会.侧采用二通阀调节流量，当总管上流量减小时压差很大而且阀门老是工作在节流状态下对阀门不利控制阀就会旁通掉多余的流量，多余的压头消耗在(因为一般水泵出口阀门是起关断作用的,不适合阀门节流上。但是泵的流量没有发生变化能量没节流)。对水泵而言在这种情况下,水泵会偏离最有节约。佳效率点容易损坏。锅炉热交换器- -D*Ch-qv-D比C ]-x-Dx-xC ]-∞- r- -ix-一ξB、. 正确选择的水泵制冷机q向各个用户率p类水缸分水缸qv( mth)A为水泵作流后的工作点: B. C为理想的水泵工作点「温度计， 9压力传感器;冈阀门;水泵;●压力表:马逆止阀;一 Y型过媳器:呙出差控制阀图3水泵与热网特性曲线分析图1-般供热、 空调水系统图( 3 )分期建设的热网或房地产项目中,供热、空(2)原有的系统,由于选型不合理或系统实际调面积加大后流量也要加大如果按照-期完成的供热、供冷面积发生变化造成水泵运行压力和流量负荷选择循环水泵二期完成后就得重新换泵;如远离额定工况产生诸如水泵电机超电流",大马拉果按照二期完成后的负荷选择循环水泵,-期到二小车"等情况。期这段时间内就会浪费很多能量,而且系统运行状水泵与热网特性曲线分析如图2所示,当水泵况不佳。实际工作点由于选择不当或热网阻力减小时,水泵工作点向右移动，当循环水泵与管路特性曲线不相2各种对 策及技术经济比较匹配时，如果仍采用原水泵并不加节流时工作点将针对以上3种情况提出了多种解决方案,下面会超过水泵最大流量,长期运行会烧毁电机。为了只对水泵超电流情况对以下方案进行比较,见表1。不烧毁电机就必须采用阀门节流水泵工作点将从表1各种 解决方案经济技术比较表”C点移到A点这样，大量电能消耗在阀门节流上。司门更换换电并联切削采用由于阀门开得过小,会有大量管网资用压头浪费在节流水泵动机运行叶轮变频阀门上,阀后压头减少,远端用户水量不足造成严初投资小中高重的水力失调。流量可调性差一般一般良好一般很好系统安全性差一般一般差一般好对电力负荷的影响无无无不好无较好增加供热面积与否E不能不能能不能能h-9v运行能耗大1.阀门节流指上文提到的使电动机不超电流而关小水泵出口2.并联运行指设置2台一用一备的水泵现在一同运行不设备o下王正确选择的水塑用3.系统安全性是指水泵、阀门是否易于损坏系统备用是否得当;4.对电力负荷的影响是指水泵启动安全性是否需要增容。qvt m'h)中国煤化工A为水泵节流后的工作点: B. C为理想的水泵1.作点MHCN MH G有两种策略,一种为图2水泵 与热网特性曲线分析定压变流量”;另一种为变压变流量”。”定压变当选择水泵流量、扬程过大时会造成大马拉流量”的控制方式就是通过变频器恒定循环水泵的小车”的现象如图3所示。在这种情况下,如果不进出口压差或最不利热用户的资用压差来实现循环采用节流就会便系统流量过大造成大流量、小温水泵的变流量运行。由图4可以看到如果不采用第28卷第8期李爱华等:智能变频调速在供暖空调循环水泵系统中的应用45.阀门节流的措施是无法按照系统实际需要进行调冷水机组的负荷调节可以在10% ~ 100%内无极调整的。如果采用变压变流量”,根本无需调节阀节泠水流量可在50% ~ 100%内无极调节;如果采门是最方便和最节能的方式。用2台机组即可在25% ~ 100%内进行调节。图4为采用变频后的节能比较效果图A为采用对于锅炉来说,锅炉循环流量一般不应小于 额阀门节流后的水泵工作状态点B为采用定压变流量定流量的70% ,当 循环流量过小时,会引起锅炉浸控制方式水泵工作状态点C为采用变压变流量控制水管水量分配不均,出现热偏差导致锅炉爆管等事方式水泵工作状态点0为零点。由图4可见采用故同时由于回水温度过低造成锅炉尾部腐蚀。因变压变流量由于功率和流量是三次方的关系当流此,常采用双级泵系统。量下降为额定流量的80%时功率下降为原功率的对于压缩式冷水机组流经蒸发器的流量低于51.2%当流量下降为原来的50%时功率只有原来其额定流量时冷水温度会很低,甚至结冰造成喘的12.5%。节能效果不仅大大超过了阀门节流的方振,可能引起机器停车造成冷量波动。所以,压缩.法也远胜于定压变流量"。大量统计结果表明采式冷水机组也得采用双级泵系统。如图6所示冷用变频后每年节约电量可达30% ~60% 2年内即热源侧循环泵-般采用定流量运行,负荷侧泵采用可回收全部投资于变频装置的成本。变流量运行，以适应负荷的变化。5、_ S2热交换器锅炉-级泵口∞τxn制冷机集水缸分水缸外二级聚图6二级循环水泵 系统原理图流量A为OE表示节流能耗: B为h.OE表示“定压变流址”能耗;C为hOE表示“变压变流量”能耗5控制策略图4 节能比较效果图对于流量-扬程曲线比较平缓的循环水泵采图5是按月份计算的节能比较效果图。很明用压差控制比较困难,可以采用流量控制就是时时显循环水泵采用变压变流量"的控制方式是最节采集泵出口流量的数值将其与当时外温条件下为能的。保证室温所需要的流量进行比较进而通过变频控制水泵流量实现系统的变流量运行。100%90%问题是流量的测量比较麻烦尤其大管径的流80%70%量测量装置造价十分昂贵。按图7、图8的控制方60%0%。定压变流量法对系统进行控制不论供热/空调系统是采用质调无0口变压变流量节、量调节,还是质、量并调的调节方式系统供、回20水温度在室内温度要求恒定、室外温度已知的情况下都是系统循环流量的单值函数。这样时时采集月份系统回水温度或分集水器的压差并反馈至变频器图5按月 份计算节能比较效果图中与系统在当时外温条件下计算出的回水温度或压差中国煤化工控制循环水泵的运行4循环水泵设置的形式频率YHCNMHG对于换热器来说在运行期间换热器对循环流对于不同的供热/空调系统,是采用压差控制、量大小并无严格限制。因此,循环水泵的设置如图流量控制还是温度控制应当综合考虑水泵流量特1所示,换热站循环泵与热用户循环泵合二为一。性、系统调节方式及各种系统参数变送器的取得难这种情况也适用手采用吸收式冷热水机组。吸收式易与否来确定。水利电力机械2006年8月热交换器锅炉中外温传感器6结束语在能源日益紧张的今天,如何在各行各业节能x- COHx已经成了人们广泛关注的话题使用变频调速技术-舸冷机.无疑是众多节能方法中大有前途的一种使用得当向各个用户文必将会大大提高能源使用效率,也为用户节约大量.集水缸C分水缸经费。. F温度传感器。压力传感器:网阀门:。 g水系采集室外温度的测量数据及天气预报等参数,。外温传感器;与逆止阀:一 过滤器;器岛电动阀.通过简单的程序,利用计算机对循环水泵进行智图7变流量供热、空调水系统能”控制能够实现室外温度变化而室内温度稳定,热交换器锅加以达到人体对温度要求的舒适度。印外温传感器参考文献:8661-城τ∞口x个切[ 1 ]陆耀庆.实用供热空调设计手册[ M ]北京:中国建筑制冷机工业出版社,1993.分水缸[2]周漠仁.流体力学泵与风机[M]北京:中国建筑工业出版社,1993.b外温传感器;。压力传感器;田阀[门; 0 水泵:o温度传感器;斗逆止阀:一过滤器;禺电动阀(编辑王书平)图8二级循环水 泵变压流量控制原理图(上接第15页)方法基本能解决或预防水泵故障的出现。这样,就能保证其24 h运行的状态就可以尽力发挥它运转平稳、高效节能、长久耐用的优势，为深圳源源不断实践证明在正常运行时水泵易磨损的部件，地输送优质的原水。也是可能会出现问题的部位,当 水泵运行到厂家规定的相应小时数或有故障迹象出现时按以上检修(编辑刘芳)(上接第31页)2005[4 ]程向荣种亚奇.换热器动态特性的研究与仿真[ J ]化工装备技术2005(2) ;40 ~43.[5]王书中,由世俊董玉平.基于Matlab的板式换热器动[1]李颖朱伯立张威.Simulink动态系统建模与仿真基础态特性建模与仿真[ J ].计算机仿真,2004 ( l0):44 ~. [ M]西安西安电子科技大学出版社2004.47.[2]杨世铭传热学基础[M].北京高等教育出版社2003.[3]张泠.燃气空调技术[M]北京:中国建筑工业出版社,中国煤化工MHCNMHG