闭式循环水系统的变频水泵能耗测试 闭式循环水系统的变频水泵能耗测试

闭式循环水系统的变频水泵能耗测试

  • 期刊名字:沈阳建筑大学学报(自然科学版)
  • 文件大小:611kb
  • 论文作者:王岳人,宋涛,于晶
  • 作者单位:沈阳建筑大学市政与环境工程学院
  • 更新时间:2020-07-10
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论文简介

2009年07月沈阳建筑大学学报(自然科学版)Jul. 2009第25卷第4期Joumal of Shenyang Jianzhu University ( Natural Science)Vol.25, No. 4文章编号:1671 -2021(2009)04 -0757 -05闭式循环水系统的变频水泵能耗测试王岳人,宋涛,于晶(沈阳建筑大学市政与环境工程学院,辽宁沈阳110168)摘要:目的 探讨影响闭式循环水系统水泵变频运行节能效果的原因及工程应用中循环水泵变频运行的控制范围.方法通过人工模拟空调负荷变化的方法对压力控制下的空调实验系统变频冷水泵的节能特性进行了实测分析.结果水泵有效功率和输入功率均随着电机频率的下降而不断降低,同时水泵效率也随着频率下降而降低.当电机频率由“效率突降点"40.82 Hz下降至39.74 Hz时,水泵效率η,从32.43%急剧下滑至23.05%.结论压力(差)控制下的变频水系统,在包含“效率突降点”的某一频段上水泵的运行效率具有急剧下滑的特性.处于或低于该频段时变频水泵往往不具备预估的节能效果.同时比例定律的直接套用也是导致变频水系统节能效果预估失真的原因.而高于“效率突降点”的频段时变频水系统具有明显的节能效果.关键词:压差控制;水泵效率;节能;变频中图分类号:TU831.3*6文献标志码:A0引言1变频水系统的压差控制原理随着我国经济的飞速发展,空调系统已经广压差控制是变频水系统的-一种最常见控制方泛应用于各种建筑中.目前我国绝大多数高层商式[1] ,主要由压差传感器、变频器(部分由PLC或业建筑的集中式空调系统均为定流量系统,并且DDC等控制器来控制变频器)、水泵及管路等组按空调设计负荷配置,而系统90%的时间是在成.其闭环压差控制系统图见图1.65%空调设计负荷以下运行,普遍存在“大流量干找小温差"问题['.随着能源形势的严峻,为了解决↓这一问题,水泵变频技术被引入中央空调系统--交频控制器冷陈水第二一空调末端用户个中1-3] ,然而技术人员普遍反映该技术在实际工设定压差值f4sP程中的节能效果并不如预期的那么显著(4].笔者压差传感器对压力控制下空调实验冷水系统的变频水泵进行圄1闭环压差控制系统图了实测,发现变频水泵效率随电机频率的下降而降低,在某频段上效率会出现急剧下滑现象,使得压差控制主要有2种控制方式:供回水干管电机频率降至该频段后变频水泵不具备预估的节压差控制和最不利环路末端压差控制(6] ,本实验能效果.技术人员在采用变频技术时,应考虑效率中测试的空调实验系统采用了冷水供水干管压力下滑因素对水泵变频节能特性的影响,从而得出控制,空调实验系统如图2所示.由图2可以看出,由于膨胀水箱在回水干管客观合理的预测分析.b点处的定压作用,使得压差设定值可近似简化中国煤化工基金项目:国家+一五科技支撑计划项目(2006DAJ02A12);辽宁收稿日期:2009 -02 -23.MHCNMHG_- 20090作者简介:王岳人(1956一),男,教授,主要从事供热空调系统节能技术研究.758沈阳建筑大学学报(自然科学版)第25卷为供水千管恒压点a处的压力设定值,系统中的泵性能曲线1。(工频)与管网特性曲线的交点压差传感器也相应地可简化为压力传感器,故而M6.随着室内负荷下降,部分空调末端机组停止此实验系统中供水千管的压力控制实际上即是供运行,管路系统中电动二通阀的开度相应减小,系回水干管压差控制.统阻力增加,管网特性曲线由S。变化至S.负荷变化过程中,水泵的运行工况点在干管压力控制目胀水箱下沿等压力线P=P。(等压差线)由M。变化至M,水泵电机转速由额定转速no变化至n;,流量测点由Qo减小至Q.水泵有效功率与其流量关系(”压力变送器为除帮C J99调N, =yQH=Q(Po-Pb),(1)冷水机组式中:N。为水泵有效功率,kW;r为水的重度,变频器kg/m' 's;Q为水泵流量, m'/s;P为系统设计压力,MPa;P,为系统定压点b处的压力,MPa.由式(1)可以看到,对于AP=(Po-P,)为常图2空调实验系统当空调负荷变化时,由于相应管路上控制阀数的定压系统,水泵的有效功率是与水泵流量成门开度的自动变化而引起供回水干管上压差变化正比的.当空调系统流量减小时水泵输人功率也(供水压力的变化) ,压力传感器采样后将这一-变随之相应减小,从而达到水泵节能的目的.根据冷化传送给变频控制器,变频控制器与预设的供水冻水泵的额定扬程,笔者将水泵的供水压力P。设压力值进行比较后,产生输出信号调节水泵电机为0.3MPa,水泵实际运行工况如图4所示.从图的运行频率和转速,从而实现改变水泵的流量来中可以看出,整个实验过程中水泵扬程基本稳定在定值H=27 m处.适应空调的负荷变化.2压力控制下变频水泵的节能分析,-++"+2st图3为供水干管压力控制下水泵的运行工况图.图中S.-.S为管网的特性曲线,对于空调系统而言,管网特性变化主要取决于系统中阀门的相对开度. ...I为水泵变频(工频)状态下的性能曲线.当频点改变引起水泵转速改变,水泵的性能曲线也随着发生变化.士设定压力加.3MPa,一管网的特性曲线一变频水泵的性能曲线0iz↓4ζ65,变频水泵的工作点SQ/(m' .b")。圄4压力控制下 水泵的实际运行工况图3变频水泵的能耗测试与分析I,M/MM(M,")3.1实验 系统的概况与测试参数空调实验系统主要由冷水机组、冷冻水泵、组合式空调箱、管路及测试仪表等组成,由图2所示.其中冷冻水泵为清水离心泵,型号为ISG40 -160A,主要参数如下:额定流量5.6 m'/h,额定扬團3压力控制下 水泵的理论运行工况图程28中国煤化工斤配三相电机额如图3所示,额定工况下水泵在设计压力P。,定功YHCNMHG和设计流量l。状态下运行,其运行工况点为水本实验主要测试参数及测量仪表见表1.为第25卷王岳人等:闭式循环水系统的变频水泵能耗测试759了确保测试数据的准确性,测试在空调系统及相调负荷改变的方法,即通过对冷水管路上的主要关测量仪器运行稳定后进行实测之前通过对冷阀门开度的手动调节(阀1~阀4),达到调节冷冻管路上某阀门(阀5)开度的手动调节使水泵在冻水泵转速(频率)的目的.因此测试中除空调负变频下的初始工况点M。尽可能与工频下的额定荷是人工改变外,其他方面均由系统自身调节,做工况点Mo'重合,调节完毕后该阀门开度在整个到了与实际相-致.变频水泵的能耗测试数据如实验过程中将不再变化.同时为了能在较大范围表2所示.内获得相应数据,测试过程中主要采用了模拟空表1所测参数及测量仪表参数测试仪表型号规格备注水泵供水压力P。压力显示调节仪SL-62SSE沈阳天星微电子研究所水泵回水压力P,压力表0-0.25MPa沈阳天星仪表厂流量Q超声波流量计TDS- 100艾博达(珠海)自动控制设备公司水泵输人功率NDEXILI变频器CDI9100P1R574德力西(杭州)变频有限公司水泵运行频率/转速f/m;DEXIL变频器褒2水泵变频运行能耗测试数据电机频点/Hz供水压力/MPa回水压力/MPa 流量/(m'.h-') 有 效功率/kW输入功率/kW效率/%45.960. 2900. 0257.030.5171.3937.230.2980. 026.590. 4961.2938. 4643. 960. 3000.0296.070.4571.1938. 4042. 840.3000.0305.300.3981.0836.8141. 860. 0304.600.3450.9934.8540.820.0313. 820.2850.8832. 4439. 740.0332.300. 1710.7423.0539. 220.0350.900.066 .0.6410. 353.2压力控制下变频水 泵的能耗分析输人功率也因有效功率的减小相应的减小.由此通过测试结果分别得出压力控制下变频水泵可以看出压力(差)控制下的变频水系统的确具的有效功率-电机频率、输人功率-电机频率及有一定程度上的节能效果.效率-电机频率3组变化曲线,如图5~6所示.0[3stof0.5rof40.8号量1s◆压力设定0.3MPa“水泵有效功率+0.2★水泵输人功事955°444444水泵电机频率/Hz-的离随颊壑的套化曲线圈5水泵有效( 输人)功率随频率的变化曲线中国煤化工)功率下降时,从图5中可看出,在整个测试过程中,水泵的水泵YHCNMHG而不断降低.当有效功率是随着频率下降而不断降低的,水泵的电机频率低于某- 频点继续 下降时,水泵效率会760沈阳建筑大学学报(自然科学版)第25卷发生突发性地急剧下滑,笔者将该频点称为“效功率.因此在分析变频水泵输配能耗问题时,直接率突降点”.如表2所示.实验的“效率突降点"出套用比例定律无疑会夸大变频水泵的节能效果.现在f=40.82Hz处,当电机频率f从40. 82 Hz .4结论下降至39.74 Hz时,水泵的运行效率η从32. 43%急剧下滑至23.05%.(1)变频节能技术使用过程中,往往单方面在工程应用中压力(差)控制下变频水系统追求水泵有效功率或输人功率的降幅,而忽略了同样存在着的效率急剧下滑的类似特性.MichelA水泵效率随频率的变化,更没有意识到该变化过Bermier 曾指出对于高效电机及变频装置而言,当程中水泵效率急剧下滑特性.这是导致对变频水转速降低到额定值的30%~40%时,继续降低转系统的节能效果判断失真的原因之- -.速已不再有节能效果[8).鉴于实验测试的误差性(2)人们在分析变频水系统输配能耗向题以及工程实践的复杂性,笔者认为这种效率的急时,习惯于直接套用比例定律对变频水泵的节能剧下滑现象表明在水泵变频范围内存在着包含效果进行预估,忽略了比例定律的适用条件,片面“效率突降点”的某-频段. 水泵在该频段变频运夸大了水泵变频节能的效果,这是影响变频水系行时,效率会发生急剧下滑,而该频段的具体范围统节能效果评价的另一原因.则应结合工程中的多方面因素(如:水泵型号参(3)压力(差)控制下的变频水系统在某段频数变频控制方式、压差设定值、阀门特性'°等)率范围内存 在水泵效率急剧下滑现象,而在高于综合分析得出.该频率范围时变频水系统则具有明显的节能效由于空调冷水系统是闭式循环系统,人们在果.分析水泵变频特性时,通常认为空调系统的管网参考文献:特性曲线始终与满负荷时(管路阀门开度最大)的等效率线重合,满足相似工祝条件(0].于是直[1] 李彬,肖勇全,李德英,等.变流量空调水系统的节接套用泵的比例定律来确定冷水泵变频(速)时能探讨[J].暖通空调,2003 ,6(1):132 - 136.的流量Q、扬程H、和功率pl").并简单地认为变[2] Rishel J B. Twenty years' experience with variable频冷水泵的能耗与流量的立方成正比,只要降低speed pumps on hot and chlled water systems[J].泵的流量就能以三次方的规律降低耗电量.ASHRAE Transactions .1998 ,94(2) :215 ~219.然而事实并非如此.对于压力控制下的变频[3] Rishel J B. Control of variable - spee pumps on hot水系统而言,伴随电机频率的下降管网特性曲线and chilled water systems [ C]. NY: AHRAE Trans-也发生变化,已不再满足相似工况条件.由图7可actions ,1991.1.4F[4] Lamy Tllack, Rishel J B. Proper control of HVACvariable speed pumps[J]. ASHRAE Jourmal, 1998,11:41 -47.[5]Rishel J B. Control of variable speed pumps forHVAC water systems [ J]. ASHRAE Transactions,2003 , 109 :380 -389.[6] 李彬,肖勇全,李振,等压差控制下vwV系统特士水秦实际输人功率性节能分析[J].建筑热能通风空调,2005 ,24(1):44-47.678[7] 付祥钊,王岳人,王元,等.流体输配管网[M].北圈7水泵实际( 理论)输人功率随流量的变化曲线京:中国建筑工业出版社,2001.以看出,实验中水泵的实际输人功率曲线与比例中国煤化工variable frequency定律所确定的理论输入功率曲线之间存在着明显差异,实际输人功率的降幅要远远小于理论输入YHCN MH G.41(12):37-38.第25卷王岳人等:闭式循环水系统的变频水泵能耗测试761[9]王岳人,杨毅,宋锦 ,等.调节阀特性对变流量空调社,2003.水系统的影响分析[J].沈阳建筑大学学报:自然[11]周谟仁. 流体力学泵与风机[ M].北京:中国建筑科学版,2006 ,22(3) :445 -449.工业出版社,1991.[10]陈乃详 ,吴玉林.离心泵[M].北京:机械工业出版Measure and Analyses of Pump Energy Consumeinof Variable Frequency Water SystemWANG Yueren , SONG Tao,YU Jing(School of Municipal and Environmental Engineering ,Shenyang Jianzhu University ,Shenyang China.110168)Abstract:The aim of the study is to analyze the reasons that affect the energy-saving effect of variable fre-quency pump in closed circulating water system , and research the variable frequency range of circulating wa-ter pump in the engineering practice. Through simulating the change of air-conditioning load , the energY-sav-ing characteristics of the variable-speed chilled water pump in air-condition experimental system were tested.The results show that available power and power input of water pump continuously decline with motor fre-quency reducing , and pump efficiency also decrease at the same time. Especially , pump efficiency suddenlyglides from 34. 43% to 23. 05% when motor frequency falls from“eficiency break point" 40. 82 Hz to39. 74 Hz. Based on the above analysis , under control of pressure difference , we can conclude that pump eff-ciency will suddenly glide in a frequency range including“ eficiency break point" . Variable-speed chilledwater pump has an obvious energy-saving effect when motor frequency is higher than the frequency range;otherwise variable frequency pump perhaps has not the predicted energy-saving effect.Key words: pressure difference control;pump efficiency ;energy-saving; variable frequency中国煤化工MYHCNMHG

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