制冷空調(diào)電力機(jī)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(diǎn)，并以實(shí)例計(jì)算說明了其節(jié)能效果和經(jīng)濟(jì)效關(guān)鍵詞:變頻調(diào)速;采暖系統(tǒng);節(jié)能中圖分類號(hào): TM921.51，TU831文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A文章編號(hào): 1006-8449(2004)04 -0041-031引言當(dāng)前，隨著我國(guó)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(jì)算公式是大勢(shì)所趨,而分戶采暖的一個(gè)主要特點(diǎn)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(jì)水系統(tǒng),而實(shí)際上分戶采暖系統(tǒng)大部分時(shí)間處于部分負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài),這就勢(shì)必浪費(fèi)式中ρ -被輸送流體的相對(duì)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(shí),水泵軸功率P與流量Q .統(tǒng)，在滿足采暖系統(tǒng)設(shè)計(jì)工況的前提下,根據(jù)負(fù)荷變化和揚(yáng)程H的乘積成正比。情況改變水泵電機(jī)的運(yùn)行工況，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)節(jié)能,這將是③2一項(xiàng)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(yùn)行工況點(diǎn)由管網(wǎng)特性曲線和水泵的性能曲線的交點(diǎn)確定。圖1中的A、B、C點(diǎn)即為水泵的運(yùn)行工況點(diǎn)。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(shí)，水泵的揚(yáng)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(duì)比曲21. n(1)線圖。當(dāng)水泵以n,的速度運(yùn)行時(shí),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(diǎn)A為工況點(diǎn)，此時(shí)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(shí)，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(diǎn)由A點(diǎn)移動(dòng)到B點(diǎn),軸功率P與圖式中H， Q，P n.一分別表示設(shè)計(jì)工況時(shí)水泵揚(yáng)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(jī)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(shí)水泵的揚(yáng)程， m;中國(guó)煤化工點(diǎn)，軸功率P。與圖流量，m/s;功率, kW,電機(jī)轉(zhuǎn)速r/min。中矩YHCN M H G所對(duì)應(yīng)的矩形面積41 5制冷空調(diào)專題研討電力機(jī)械相比，P所對(duì)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(jì)算果明顯。由此可見，在對(duì)管網(wǎng)壓力無特殊要求的場(chǎng)合水泵的功率與頻率有以下關(guān)系:下，水泵在n2工況下運(yùn)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(jì)工況時(shí)水泵功率, kW;n一設(shè)計(jì)工況時(shí)運(yùn)行頻率，等于50Hz;節(jié)能應(yīng)用P,一變頻時(shí)水泵功率，kW;3.1系統(tǒng)組成n,- 變頻時(shí)運(yùn)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(jī)組成，水泵電機(jī)的個(gè)數(shù)可以是任意個(gè)。通過PLC和切換控制器的控當(dāng)電機(jī)頻率由50Hz變化到40Hz時(shí)，節(jié)能率制,可使任- -臺(tái)電機(jī)處于變頻工作狀態(tài),從而實(shí)現(xiàn)在任p|1(制( n,何時(shí)候都有一臺(tái)電機(jī)處于容量可調(diào)狀態(tài),而其余電機(jī)根P-(翻)”= 48.8%據(jù)實(shí)際負(fù)載的需要,或是處于停機(jī)狀態(tài),或是工作在工由此可見，通過對(duì)水泵電機(jī)實(shí)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(huì)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(dòng)態(tài)投資 回收期變頻器的輸出端時(shí)，變頻器會(huì)被損壞。為了評(píng)價(jià)和比較工程技術(shù)方案的經(jīng)濟(jì)效果,通常采當(dāng)熱負(fù)荷較小、只需-臺(tái)電機(jī)工作在低于工頻狀態(tài)用動(dòng)態(tài)投資回收期進(jìn)行分析。動(dòng)態(tài)投資回收期是指在給就能滿足要求時(shí)，變頻裝置會(huì)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(xiàng)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(tái)電機(jī)工作在變?nèi)客顿Y的時(shí)間。具體到本文要探討的問題是,因采用頻狀態(tài)，且運(yùn)行頻率可根據(jù)實(shí)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(fèi)用予以全部?jī)敭?dāng)熱負(fù)荷增大,開一臺(tái)電機(jī)不夠,而開兩臺(tái)電機(jī)又還，究竟需要多長(zhǎng)的時(shí)間。一般認(rèn)為,投資回收期不應(yīng)有余時(shí),PLC控制器會(huì)根據(jù)供回水溫差信號(hào)發(fā)出起動(dòng)另超過5a,以愈短愈好。動(dòng)態(tài)投資回收期的計(jì)算公式如下一臺(tái)電機(jī)的指令,PLC控制器和切換控制器會(huì)自動(dòng)地將原來工作在變頻狀態(tài)的電機(jī)的頻率從運(yùn)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(dòng)態(tài)投資回收期，a;電源上，再將第二臺(tái)電機(jī)掛接到變頻器上,使第二臺(tái)電F。一因采用變頻技術(shù)增加的初投資,元;機(jī)實(shí)現(xiàn)平滑軟起動(dòng),運(yùn)行頻率由PLC控制器依溫差信號(hào)F。-每年節(jié)省的運(yùn)行費(fèi)用(主要是能源費(fèi)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(jī)全部投人。系統(tǒng)能提供的最大3.4系統(tǒng)特點(diǎn)容量是全部電機(jī)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(shí)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(jī)啟動(dòng)為軟啟動(dòng)，對(duì)電網(wǎng)影響小，延長(zhǎng)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(jī)連IR力2RJ 3u] mRiJ接，便于實(shí)現(xiàn)樓宇的集中控制，采用微機(jī)控制，其運(yùn)行實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，無需人工管理，安裝簡(jiǎn)單，維護(hù)方便。團(tuán)2 循環(huán)水系統(tǒng)變頻控制原理圈中國(guó)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(jī)械某住宅小區(qū)集中采暖系統(tǒng)裝了由3臺(tái)電機(jī)各帶- - 臺(tái)t= -og[-(Ff1F)ij/log(1+i)循環(huán)水泵的循環(huán)水系統(tǒng)，用- -臺(tái)變頻控制器、一臺(tái)PLC=-log[ - (8000/242)0.0558]1og( + 0.0558)控制器以及一臺(tái)切換控制器控制采暖循環(huán)水系統(tǒng)，電機(jī)=1.6( a)和水泵均為兩用一備， 每臺(tái)循環(huán)水泵的流量為100m'/h,5結(jié)語(yǔ)揚(yáng)程為32m,電機(jī)功率為l5kW,設(shè)采暖期為100d,電機(jī)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(yùn)行時(shí)間為2400h,采暖負(fù)荷運(yùn)行時(shí)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(yùn)行時(shí)間分配表改變水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速,可以獲得較大的節(jié)能效果。隨著序號(hào)采暖負(fù)荷率, %所占運(yùn)行時(shí)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(jià)10030格會(huì)越來越便宜,其較高的初投資可以在更短的時(shí)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(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。以當(dāng)?shù)厝嚯婋妰r(jià)為1.1元/kWh計(jì),比較定流量循環(huán)水系統(tǒng)和變流量水系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性見表2:詩(shī)文獻(xiàn):2某小區(qū)定流系統(tǒng)和變流系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性對(duì)比表[1]周謨?nèi)?流體力學(xué)泵與風(fēng)機(jī)[M].北京:中國(guó)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(jī)械工業(yè)出版社，200.0運(yùn)行方式全年耗電量，kWh全年電費(fèi), 元[3]管文吉.變頻調(diào)速在空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)中的實(shí)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(cái)政部注冊(cè)會(huì)計(jì)師考試委員會(huì)辦公室.財(cái)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(fèi)用為3.8萬北財(cái)經(jīng)大學(xué)出版社，199.元計(jì)算，則動(dòng)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(jiǎn)介:甘月林 (1976-)，男，湖南長(zhǎng)沙人，工學(xué)碩士，工程師。手書訊《高層建筑采暖設(shè)計(jì)技術(shù)》一書出版發(fā)行本書針對(duì)高層建筑采暖設(shè)計(jì)特點(diǎn)，從設(shè)計(jì)人員具體工作的角度出發(fā)，對(duì)高層建筑采暖設(shè)計(jì)熱負(fù)荷、采暖方式、采暖系統(tǒng)、分產(chǎn)熱計(jì)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(jì)及運(yùn)行中的一些經(jīng)驗(yàn)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(jì)和調(diào)試方法，還列舉了有代表性的典型工程設(shè)計(jì)實(shí)例。本書觀點(diǎn)明確、實(shí)用性強(qiáng)，文字通俗易懂、內(nèi)容簡(jiǎn)明扼要，是高層建筑實(shí)用技術(shù)指南叢書系列之一,可供工程設(shè)計(jì)、施工技術(shù)人員及大中專院校師生參考。本書由劉夢(mèng)真、王宇清著,機(jī)械工業(yè)出版社出版發(fā)行,全國(guó)各地新華書店銷售。全書共35.4萬字,定價(jià)28元。購(gòu)書熱線: 010 - 68993821, 88379646中國(guó)煤化工MHCNMHG(本刊訊)43|