劉辛國(guó)付靜空調(diào)循環(huán)水系統(tǒng)兩臺(tái)水泵并聯(lián)運(yùn)行方式節(jié)能分析北京建筑工程學(xué)院自動(dòng)化系 北京 100044摘要:本文分析了兩臺(tái)同型號(hào)水泵并聯(lián)運(yùn)行的三種運(yùn)行方式:均工頻運(yùn)行、一工頻- -變頻運(yùn)行、均變頻運(yùn)行。對(duì)其節(jié)能效果進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)操作和數(shù)據(jù)處理，通過比較，分析并論證了負(fù)荷變化時(shí)三種運(yùn)行方式的水泵節(jié)能情況。關(guān)鍵詞:并聯(lián)水泵變頻調(diào)速中央空調(diào)節(jié)能 分析Abstract: This paper analyzed two sets similar type pump parallel connection three kinds ofmovement ways all work frequency, one work frequency another variable frequency, all variablefrequency.As to its economized on energy effect to carry on a great deal of experiment operationand data processing, analysis pump economy energy circumstance on three kinds of movementways along with load variety.Key word: w ater pump parallel connection; variable frequency speed control ; central aircondition ; economize on energy analysis引言隨著大型和超大型建筑的不斷增多,中央空調(diào)水系統(tǒng)越來越多的采用兩臺(tái)或多臺(tái)水泵并聯(lián)的運(yùn)行方式，對(duì)于采用兩臺(tái)水泵并聯(lián)運(yùn)行的系統(tǒng)，有些系統(tǒng)采用兩臺(tái)泵均工頻運(yùn)行方式，有些系統(tǒng)采用一-工頻-變頻運(yùn)行方式,還有些系統(tǒng)則采用兩臺(tái)泵同時(shí)變頻的運(yùn)行方式，因?yàn)榭照{(diào)負(fù)荷是隨室內(nèi)室外環(huán)境的變化而不斷變化的，顯然兩臺(tái)水泵均采用工頻運(yùn)行會(huì)造成很大浪費(fèi)。節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)大多采用變頻調(diào)速系統(tǒng)，但既有工頻又有變頻的運(yùn)行狀態(tài)和兩泵同時(shí)變頻哪個(gè)更節(jié)能，針對(duì)此問題現(xiàn)有“同時(shí)變頻更節(jié)能”的結(jié)論，但這些結(jié)論大多是基于簡(jiǎn)單的理論分析而得出，而本文則通過大量的試驗(yàn)操作及數(shù)據(jù)處理，對(duì)此結(jié)論進(jìn)行了定性和定量的分析。1.空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀及存在的問題據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)建筑物能耗約占能源總消耗量的30%。在設(shè)有中央空調(diào)的公共建筑物中,中央空調(diào)的能耗約占本建筑總能耗的60%,而且呈逐年增長(zhǎng)的趨勢(shì)。根據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，實(shí)際中，在一年的絕大部分時(shí)間內(nèi)空調(diào)負(fù)荷遠(yuǎn)比設(shè)計(jì)的負(fù)荷(全年最大負(fù)荷)要低，全年約有60%的時(shí)間實(shí)際負(fù)荷是在設(shè)計(jì)負(fù)荷的50%~70%以下運(yùn)行，并且時(shí)刻都在波動(dòng)，所以實(shí)際負(fù)荷總不能達(dá)到設(shè)計(jì)的滿負(fù)荷狀態(tài)，造成了能量的嚴(yán)重浪費(fèi),嚴(yán)重影響經(jīng)濟(jì)效益和人們的生活水平，因而如何能降低空調(diào)的能耗，成為--個(gè)亟待解決的大課題。2.中央空調(diào)水系統(tǒng)簡(jiǎn)介及本論文所應(yīng)用試驗(yàn)平臺(tái)的描述2.1中央空調(diào)水系統(tǒng)的簡(jiǎn)介中央空調(diào)系統(tǒng)供冷的冷源為冷水機(jī)組，其冷凝器側(cè)為冷卻水系統(tǒng)，蒸發(fā)器側(cè)為冷凍水系統(tǒng)，因此空調(diào)水系統(tǒng)由冷凍水系統(tǒng)和冷卻水系統(tǒng)組成。冷卻水中國(guó)煤化工冷卻塔及相應(yīng)的閥門、管道。冷凍水系統(tǒng)包括冷凍循環(huán)水泵、分集MHCN MH G的空劉辛國(guó)付靜空調(diào)循環(huán)水系統(tǒng)兩臺(tái)水泵并聯(lián)運(yùn)行方式節(jié)能分析調(diào)末端設(shè)備。2.2試驗(yàn)平臺(tái)的描述實(shí)驗(yàn)設(shè)備:一套擬建的兩單元五層樓的空調(diào)冷水機(jī)組的給水系統(tǒng)，每單元分別裝有風(fēng)機(jī)盤管，系統(tǒng)中的水量由高位水箱補(bǔ)充，水流揚(yáng)程由兩臺(tái)同型號(hào)的變頻水泵(3.7KW)提供，每層樓供水由閥門控制，供水管道裝有壓力傳感器、流量計(jì)、閥門等，其位置及標(biāo)號(hào)如示意圖所示;此外還包括兩臺(tái)變頻柜及功率表、流量計(jì)、轉(zhuǎn)速儀等。設(shè)兩單元五層的10個(gè)閥門均打開時(shí)，負(fù)載為100%，每關(guān)掉一一個(gè)閥門， 負(fù)載降低10%,實(shí)驗(yàn)中分別測(cè)試兩臺(tái)泵隨負(fù)載和流量的變化采用均工頻、一工頻--變頻、均變頻時(shí)的各泵頻率、流量、功率等參數(shù)值，通過繪制P-Q曲線圖對(duì)三種運(yùn)行方式進(jìn)行對(duì)比，分析其節(jié)能效果。3.試驗(yàn)及理論分析3.1 兩臺(tái)泵均工頻此實(shí)驗(yàn)中，始終保持兩臺(tái)泵的頻率為額定值50HZ,通過關(guān)閉閥門降低負(fù)載，測(cè)試各階段的參數(shù)值，記錄數(shù)值如下:表-兩臺(tái)泵均工頻的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)負(fù)載率流量 (m2/h)總流量頻率(H2)功率(KW)總功率1號(hào)泵| 2號(hào)泵( m/h)1泵2號(hào)泵| 1號(hào)泵2號(hào)泵(KW)100%27249502.22. 244.4480%26.821.42.12 2. 184. 360%25.920.546. 42.12.184. 2840%23.519. 242.702. 012. 074.08.30%21.316. 61.94.1. 983. 92繪制總功率總流量隨負(fù)載率變化的曲線圖如下:.5 [.4.3.2.1t.9 t5415Q(m3)/h圖1兩臺(tái)水泵均工頻時(shí)的總流與總功率曲線圖由繪制曲線和試驗(yàn)數(shù)據(jù)可看出:盡管隨著流量的降低水泵的功耗在減小，但即使當(dāng)負(fù)載率減少到30%，流量減少到37.9 (m/h)時(shí)，此時(shí)的功率仍為3.92KW，這就意味著即使很小的室內(nèi)負(fù)荷，仍需耗費(fèi)很大的水泵功率，造成電能的嚴(yán)重浪費(fèi)，節(jié)能效果很差。3.2 - -臺(tái)工頻一臺(tái)變頻此試驗(yàn)中，令1號(hào)泵隨流量的變化而變頻，2號(hào)泵工頻，在負(fù)載率分別為100%、90%、80%，70%、60%、50%、40%時(shí)，通過調(diào)頻改變流量(以每組負(fù)載率下的原始流量的20%為梯度，依次下降，直至降到原始流量的20%為止)，記錄各參數(shù)值如下:表二1號(hào)泵工頻2號(hào)泵變頻的試驗(yàn)數(shù)據(jù)負(fù)載率流量(m/h)頻率(Hz)中國(guó)煤化工1號(hào)泵2號(hào)泵|(m2Ah)|1號(hào)泵2號(hào)泵YHCNMH G劉辛國(guó)付靜空調(diào)循環(huán)水系統(tǒng)兩臺(tái)水泵并聯(lián)運(yùn)行方式節(jié)能分析100%26234955(2.122.164.28 .80% 20.8!343.84(.173.3360%| 15.638.63500.522.6833.4220.22.4180%21472.12.244.3580%| 20.841.123.3660% 15.637.60.562.8040%10.4?232.42:0.292.50%202.084.2441.8413.2836.6322.72131.420.32.46l92.064.0680% 17.61.193.2660%| 13.2932.234).72.808.827.80.42.48繪制總功率總流量曲線如下:4. 504.00+100%負(fù)載。-90%負(fù)載3.50.+- 80%負(fù)載* 70%負(fù)載3. 00- *- 60%負(fù)載_ + 50%負(fù)載40%負(fù)載2. 502. 0030Q(m3/h)圖2 -號(hào)泵變頻號(hào)泵工頻時(shí)總流量總功率曲線由曲線可看出:一工頻- -變頻時(shí)，同一負(fù)載情況下，隨著流量的降低所耗功率的明顯呈指數(shù)型遞減，流量越低功耗遞減越慢，且流量低于30 (m?/h) 時(shí)，各負(fù)載率下所耗的功率差別不大，當(dāng)流量大于35 (m%h)后，相同流量下負(fù)載率越大水泵功耗越低，這是因?yàn)榱髁吭降凸芫W(wǎng)阻力越大，水泵相當(dāng)一部分 能量要用來克服阻力。與圖2曲線相比，體現(xiàn)了明顯的節(jié)能效果，且流量越低節(jié)能效果越顯著。因?yàn)閷?shí)驗(yàn)所用的兩臺(tái)水泵是同型號(hào)的，試驗(yàn)中對(duì)1號(hào)泵工頻2號(hào)泵變頻也進(jìn)行了測(cè)試，經(jīng)分析的得出結(jié)論與上述結(jié)論-致，在此不在續(xù)寫其試驗(yàn)數(shù)據(jù).與繪制的曲線。3.3兩臺(tái)均變頻此試驗(yàn)中，令1號(hào)泵、2-號(hào)泵均隨流量的變化而變頻，在負(fù)載分別為100%、90%、80%、70%、60%、50%、40%時(shí)，通過調(diào)頻改變流量(以每組負(fù)載率下的原始流量的20%為梯度，依次下降,直至降到原始流量的20%為止)，記錄各參數(shù)值如下:表三兩臺(tái)泵均變頻的試驗(yàn)數(shù)據(jù)中國(guó)煤化工，負(fù)載率流量(m2/h)總流量頻率(Hz)YHC NMH G-劉辛國(guó)付靜空調(diào)循環(huán)水系統(tǒng)兩臺(tái)水泵并聯(lián)運(yùn)行方式節(jié)能分析1號(hào)泵2號(hào)泵(m3/h)| 1號(hào)泵 2號(hào)泵| 1號(hào)泵2號(hào)泵| (KW)100% .27100%| 2249502.22.244.4480%| 21.680% 17.639.240.51.191.2460%16.260%| 13.229.430.130.60.570.581.1540%10.840%| 8.819.620.220.60.260.220.48100%| 26.800% 21.448.22.122.184.380%21.480%| 17.138.540.21.22.3916.160%| 12.828.928.730.40.50.561.0610.740%| 8.619.320.80.20.46100%| 25.9100% 20.546.45(2.14.2820.780%| 16.437.1440.11.221.182.415.5| 60%| 12.327.828.330.30.541.0410.440% 8.218.620.30%100%| 23.5100% 19.242.752.012.074.0818.880%| 15.434.242.341.51.282.514.160%| 11.525.62831.51.059.9.717.62:21.70.30.230.53繪制總流量總功率曲線如下:4.5→100%負(fù)載3.5. 90%負(fù)載--80%負(fù)載- * 70%負(fù)載*- 60%負(fù)載- 50%負(fù)載1.5.40%負(fù)載0..0203406Q(m3)/h圈3兩泵均變頻時(shí)的總流t總功率曲線由曲線可看出:當(dāng)兩臺(tái)泵均變頻時(shí)，隨著流量的降低，功率仍呈指數(shù)型降低，且與圖3曲線相比，有著更大的降低幅度，這首先說明均變頻的運(yùn)行方式節(jié)能效果優(yōu)于一工- 變的運(yùn)行方式，當(dāng)然也更優(yōu)于均工頻的運(yùn)行方式，例如對(duì)應(yīng)與流量為30 (m3h)時(shí)，一工頻- -變頻的運(yùn)行方式各負(fù)載率下所耗的功率大約為2.4 (KW)，而兩泵都變頻時(shí)各負(fù)載率下所耗的功率大約為1(KW)左右，節(jié)能率近于60%，體現(xiàn)了明顯的節(jié)能效果。對(duì)比圖3曲線仍可看出，流量越低時(shí)均變頻的運(yùn)行方式較- -工一 變的運(yùn)行方式節(jié)能效果越顯著。圖中，流量越低時(shí)，各負(fù)載率下消耗的功率降低度越小的原因仍為:流量越低，水泵 需克服的管網(wǎng)阻力越大,當(dāng)流量小到一定值時(shí)，管網(wǎng)阻力幾乎達(dá)到最大極限值，此時(shí)各負(fù)載率下所消耗的功率值也很相近。4總結(jié)由以上三組試驗(yàn)數(shù)據(jù)及曲線分析可看出，變頻調(diào)速技術(shù)用于空調(diào)水泵控制系統(tǒng).具有調(diào)速性能好、節(jié)能效果顯著等優(yōu)點(diǎn)。繼而可得出以下三條結(jié)論:中國(guó)煤化工并聯(lián)MHCNMH G劉辛國(guó)付靜空調(diào)循環(huán)水系統(tǒng)兩臺(tái)水泵并聯(lián)運(yùn)行方式節(jié)能分析的運(yùn)行的情況，兩臺(tái)水泵同時(shí)變頻調(diào)速節(jié)能效果最好，-工頻--變頻的運(yùn)行方式次之，兩臺(tái)均工頻的節(jié)能效果最差; 2、 流量越低時(shí)，相對(duì)節(jié)能效果越顯著; 3、流量越低，水泵需克服的管網(wǎng)阻力越大。銬文獻(xiàn)[1] 符錫理.“變頻調(diào)速供水泵原理和實(shí)踐”，《變頻器世界》, 1999 , NO10.[2]王剛崔明輝空調(diào)水系統(tǒng)并聯(lián)水泵的選擇配置與分析2008[3] 呂文陳洪亮多臺(tái)并聯(lián)變頻調(diào)速水泵的控制方式 2005中國(guó)煤化工YHCNMH G