制冷空調(diào)電力機械專題研討變頻調(diào)速技術(shù)在集中采暖循環(huán)水系統(tǒng)中的節(jié)能應(yīng)用甘月林，蔡守軍(工程兵指揮學(xué)院，江蘇徐州221004 )摘要分析了 變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于集中采暖循環(huán)水系統(tǒng)中存在的巨大節(jié)能潛力,介紹了變頻控制:系統(tǒng)的組成和基本原理，闡述了變頻控制系統(tǒng)的基本特點，并以實例計算說明了其節(jié)能效果和經(jīng)濟效關(guān)鍵詞:變頻調(diào)速;采暖系統(tǒng);節(jié)能中圖分類號: TM921.51，TU831文獻(xiàn)標(biāo)識碼: A文章編號: 1006-8449(2004)04 -0041-031引言當(dāng)前，隨著我國供暖體制改革的進(jìn)行,分戶采暖已若用n表示水泵的效率,則水泵軸功率的計算公式是大勢所趨,而分戶采暖的一個主要特點就是采暖負(fù)荷為 :的不穩(wěn)定性。傳統(tǒng)的集中采暖管網(wǎng)均采用定流量系統(tǒng),)HP=Pg(4)即根據(jù)采暖最大熱負(fù)荷設(shè)計水系統(tǒng),而實際上分戶采暖系統(tǒng)大部分時間處于部分負(fù)荷運行狀態(tài),這就勢必浪費式中ρ -被輸送流體的相對密度，kg/m'。大量的電能。如將變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于采暖循環(huán)水系式(4)表示，當(dāng)η一定時,水泵軸功率P與流量Q .統(tǒng)，在滿足采暖系統(tǒng)設(shè)計工況的前提下,根據(jù)負(fù)荷變化和揚程H的乘積成正比。情況改變水泵電機的運行工況，實現(xiàn)系統(tǒng)節(jié)能,這將是③2一項很有意義的工作。本文主要就變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于采暖循環(huán)水系統(tǒng)的節(jié)能問題作一分析。Hh FHF是2節(jié)能原理H2 F水泵的運行工況點由管網(wǎng)特性曲線和水泵的性能曲線的交點確定。圖1中的A、B、C點即為水泵的運行工況點。依據(jù)流體力學(xué)及其相似理論可知,當(dāng)水泵轉(zhuǎn)速由n,'Qm3有一一變化到n,時，水泵的揚程H、流量Q和軸功率P之間的圖1 水泵H-Q曲線關(guān)系為:圖1為水泵調(diào)速節(jié)能和常用閥門控制流量的對比曲21. n(1)線圖。當(dāng)水泵以n,的速度運行時,水泵特性如圖1中曲Q2 n2線①所示,管網(wǎng)的阻力特性如曲線②所示。曲線①和曲4-(1)線②的交點A為工況點，此時水泵軸功率P.與圖中矩(2)形AH,OQ,的面積成正比。當(dāng)采暖負(fù)荷下降需要將水流(3)量減少到Q.時，如保持轉(zhuǎn)速n,不變而通過閥門節(jié)流控n2)制流量，則工況點由A點移動到B點,軸功率P與圖式中H， Q，P n.一分別表示設(shè)計工況時水泵揚程，中矩形 BH,0Q2的面積成正比，軸功率變化不大，節(jié)能m;流量, m/s;功率, kW;電機轉(zhuǎn)速, r/min;效果不明顯，如保持管網(wǎng)特性不變而通過調(diào)整轉(zhuǎn)速至n,H, 2,P, n,-分別表示變頻時水泵的揚程， m;中國煤化工點，軸功率P。與圖流量，m/s;功率, kW,電機轉(zhuǎn)速r/min。中矩YHCN M H G所對應(yīng)的矩形面積41 5制冷空調(diào)專題研討電力機械相比，P所對應(yīng)的矩形面積CH,0Q,大大減少,節(jié)能效3.2 節(jié)能f t計算果明顯。由此可見，在對管網(wǎng)壓力無特殊要求的場合水泵的功率與頻率有以下關(guān)系:下，水泵在n2工況下運行，即可維持Q,不變,又可大B= R(m2/n)'(5)幅度節(jié)省電能。式中P，一設(shè)計工況時水泵功率, kW;n一設(shè)計工況時運行頻率，等于50Hz;節(jié)能應(yīng)用P,一變頻時水泵功率，kW;3.1系統(tǒng)組成n,- 變頻時運行頻率, Hz。如圖2所示，系統(tǒng)主要由變頻器、可編程控制器:變頻后，水泵功率減少值為:OP=R-P =P[1-(n2/n)}](6)PLC、切換控制器.聯(lián)鎖接觸器和水泵電機組成，水泵電機的個數(shù)可以是任意個。通過PLC和切換控制器的控當(dāng)電機頻率由50Hz變化到40Hz時，節(jié)能率制,可使任- -臺電機處于變頻工作狀態(tài),從而實現(xiàn)在任p|1(制( n,何時候都有一臺電機處于容量可調(diào)狀態(tài),而其余電機根P-(翻)”= 48.8%據(jù)實際負(fù)載的需要,或是處于停機狀態(tài),或是工作在工由此可見，通過對水泵電機實施變頻調(diào)速，可大幅頻狀態(tài)。并且,這種組合可以是任意的。聯(lián)鎖接觸器是度的節(jié)省電能。為了在切換過程中從硬件上確保三相交流電源不會串人變頻器的輸出端而設(shè)置的。否則，當(dāng)三相交流電源串人3.3動態(tài)投資 回收期變頻器的輸出端時，變頻器會被損壞。為了評價和比較工程技術(shù)方案的經(jīng)濟效果,通常采當(dāng)熱負(fù)荷較小、只需-臺電機工作在低于工頻狀態(tài)用動態(tài)投資回收期進(jìn)行分析。動態(tài)投資回收期是指在給就能滿足要求時，變頻裝置會根據(jù)供回水管網(wǎng)的溫差,定基準(zhǔn)貼現(xiàn)率i情況下，用項目方案的凈現(xiàn)金收入償還通過PLC控制器和切換控制器使任- - 臺電機工作在變?nèi)客顿Y的時間。具體到本文要探討的問題是,因采用頻狀態(tài)，且運行頻率可根據(jù)實際負(fù)荷的大小進(jìn)行調(diào)節(jié)。變頻技術(shù)增加的初投資，用節(jié)省的能源費用予以全部償當(dāng)熱負(fù)荷增大,開一臺電機不夠,而開兩臺電機又還，究竟需要多長的時間。一般認(rèn)為,投資回收期不應(yīng)有余時,PLC控制器會根據(jù)供回水溫差信號發(fā)出起動另超過5a,以愈短愈好。動態(tài)投資回收期的計算公式如下一臺電機的指令,PLC控制器和切換控制器會自動地將原來工作在變頻狀態(tài)的電機的頻率從運行頻率提升至工t=- log[l -(F0/F )i]/log(!+i) (7)頻50Hz，然后將它從變頻器上切除并直接掛接到工頻式中1- 動態(tài)投資回收期，a;電源上，再將第二臺電機掛接到變頻器上,使第二臺電F。一因采用變頻技術(shù)增加的初投資,元;機實現(xiàn)平滑軟起動,運行頻率由PLC控制器依溫差信號F。-每年節(jié)省的運行費用(主要是能源費用),元;而進(jìn)行控制。當(dāng)熱負(fù)荷進(jìn)- -步增 大,上述切換控制過程i一貸款利率。不斷重復(fù)，直至所有電機全部投人。系統(tǒng)能提供的最大3.4系統(tǒng)特點容量是全部電機均工作在工頻滿負(fù)荷狀態(tài)。(1)節(jié)約能源，節(jié)約資金。采用先進(jìn)的可編程控制技術(shù)，使水泵轉(zhuǎn)速隨負(fù)荷變化而變化,因而水泵的平均管網(wǎng)溫差信司.0轉(zhuǎn)速下降,達(dá)到節(jié)能的目的。雖然初投資較大，但在實施變頻控制的兩、三年內(nèi)，基本可以收回初投資?；?fù)Q控制春(2 )變頻器具有調(diào)頻調(diào)壓功能,水泵電機啟動為軟啟動，對電網(wǎng)影響小，延長設(shè)備壽命。b&u 3元9...(3 )變頻系統(tǒng)一般具備標(biāo)準(zhǔn)接口,可以與上位機連IR力2RJ 3u] mRiJ接，便于實現(xiàn)樓宇的集中控制，采用微機控制，其運行實現(xiàn)自動化，無需人工管理，安裝簡單，維護方便。團2 循環(huán)水系統(tǒng)變頻控制原理圈中國煤化工(1C,與IC, 2C;5與.... nC,與nC,是連鎖接觸器)4MHCNMHG總第9用第250制冷空調(diào)專題研討電力機械某住宅小區(qū)集中采暖系統(tǒng)裝了由3臺電機各帶- - 臺t= -og[-(Ff1F)ij/log(1+i)循環(huán)水泵的循環(huán)水系統(tǒng)，用- -臺變頻控制器、一臺PLC=-log[ - (8000/242)0.0558]1og( + 0.0558)控制器以及一臺切換控制器控制采暖循環(huán)水系統(tǒng)，電機=1.6( a)和水泵均為兩用一備， 每臺循環(huán)水泵的流量為100m'/h,5結(jié)語揚程為32m,電機功率為l5kW,設(shè)采暖期為100d,電機水泵是采暖系統(tǒng)中的重要組成部分,也是重要的用連續(xù)運行時間為2400h,采暖負(fù)荷運行時間分配見表1。電設(shè)備。將變頻調(diào)速裝置應(yīng)用于水泵控制系統(tǒng)中,通過表1某住宅小區(qū)采暖負(fù)荷運行時間分配表改變水泵電機的轉(zhuǎn)速,可以獲得較大的節(jié)能效果。隨著序號采暖負(fù)荷率, %所占運行時間的比例，%變頻技術(shù)的不斷發(fā)展,變頻器的功能越來越完善,且價10030格會越來越便宜,其較高的初投資可以在更短的時間內(nèi)8010予以回收。在節(jié)能呼聲高漲的今天,變頻調(diào)速采暖系統(tǒng)2040具有重要而深遠(yuǎn)的意義,在今后的工程中應(yīng)大力推廣使用，提高系統(tǒng)的運行經(jīng)濟性。以當(dāng)?shù)厝嚯婋妰r為1.1元/kWh計,比較定流量循環(huán)水系統(tǒng)和變流量水系統(tǒng)的經(jīng)濟性見表2:詩文獻(xiàn):2某小區(qū)定流系統(tǒng)和變流系統(tǒng)經(jīng)濟性對比表[1]周謨?nèi)?流體力學(xué)泵與風(fēng)機[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社, 1995.(2]韓安榮.通用變頻器及其應(yīng)用[M]北京:機械工業(yè)出版社，200.0運行方式全年耗電量，kWh全年電費, 元[3]管文吉.變頻調(diào)速在空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)中的實際應(yīng)用[]暖通空調(diào)，1997,定流量系統(tǒng)72 00079 200變流量系統(tǒng)48 14452 958[4]財政部注冊會計師考試委員會辦公室.財務(wù)成本管理M].大連:東以貸款利率為5.58%，整套變頻裝置費用為3.8萬北財經(jīng)大學(xué)出版社，199.元計算，則動態(tài)投資回收期為: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作者簡介:甘月林 (1976-)，男，湖南長沙人，工學(xué)碩士，工程師。手書訊《高層建筑采暖設(shè)計技術(shù)》一書出版發(fā)行本書針對高層建筑采暖設(shè)計特點，從設(shè)計人員具體工作的角度出發(fā)，對高層建筑采暖設(shè)計熱負(fù)荷、采暖方式、采暖系統(tǒng)、分產(chǎn)熱計量及其熱源形式等進(jìn)行了較為詳細(xì)的分析和介紹,總結(jié)了近些年來高層建筑采暖設(shè)計及運行中的一些經(jīng)驗教訓(xùn)，論述了高層建筑直連供暖專利技術(shù)及其它高層建筑與熱網(wǎng)連接方法的設(shè)計和調(diào)試方法，還列舉了有代表性的典型工程設(shè)計實例。本書觀點明確、實用性強，文字通俗易懂、內(nèi)容簡明扼要，是高層建筑實用技術(shù)指南叢書系列之一,可供工程設(shè)計、施工技術(shù)人員及大中專院校師生參考。本書由劉夢真、王宇清著,機械工業(yè)出版社出版發(fā)行,全國各地新華書店銷售。全書共35.4萬字,定價28元。購書熱線: 010 - 68993821, 88379646中國煤化工MHCNMHG(本刊訊)43|