供暖系統變頻調速補水泵定壓技術應用

孫金星

摘要：隨著經濟和科技水平的快速發展，進入新時代后，隨著城市化進程的深入，人們生活質量逐漸提高，這也使得能源消耗逐漸成為了限制我國經濟健康發展的一個重要因素。目前，水泵、風機中的電動機大部分都是非調速性的電動機，若將其改成調速電動機，那么就能夠達到理想節能效果，因此，必須了解變頻技術節能原理與優點，并加強對其的運用，從而有效解決能源不足問題。空調系統大部分時間在部分負荷工況下運行，若空調水系統按設計水流量運行，必然會導致空調水系統大部分時間在小溫差、大流量工況下運行，浪費大量的不必要的電能。隨著對水泵變頻節能的推廣越來越多，有必要對使用變頻泵的實際節電率進行分析，以判斷其節能效果是否顯著。

關鍵詞：高壓變頻器；補水泵；節能

引言

基于一級泵系統（冷源側定流量末端變流量），對不同熱負荷、冷負荷比例下空氣源熱泵空調水系統中循環水泵的選型進行了探討，并對具體工程實例中循環水泵的選型進行了計算。結果表明，空氣源熱泵空調水系統，需根據制冷、制熱工況下系統的水流量決定循環水泵采用一套定速水泵、采用一套變頻調速水泵還是分設冷熱水循環水泵。

1變頻技術的優點

變頻技術具有以下四方面優點：首先，對電機啟動電流進行控制。在直接啟動工頻電機時，啟動的電流會超出額定電流，通常情況下是比額定電流高出4到7倍，而這也就會使電阻繞機電應力大幅增加并導致熱量的產生，會減少電機的使用壽命。而變頻技術的運用則可以實現電機的零電壓、零速啟動。只要將電壓與頻率聯系起來，變頻器就能夠通過矢量控制方法或者是WF來帶動負載，并完成相應工作。通過這一方式，不僅可以使電機啟動電流大幅度下降，還能夠促進繞組承受能力的提升，從而增加電機使用壽命并減少維護成本。其次，降低電壓波動。在啟動電機時，不僅電流會增加，電壓也會出現較大波動。其中電機啟動功率的大小與配電網容量對電壓下降程度起著決定性作用。同時，電壓的下降也會給電壓敏感設備帶來不良影響，如故障跳閘或者是接觸器、傳感器、咒機以及接近開關等出現錯誤。但是，在使用變頻技術之后，因為電機可以實現零壓力、零頻啟動，所以可以有效避免電壓下降問題的出現。再次，變頻技術可以實現電機與風機的低速運行，減少其受到的磨損并降低噪音，從而延長二者額使用壽命。最后，節能效果較好。因為能耗和電機轉速之間成立方比，所以，在運用變頻技術之后，可以節省大量成本。

2水泵節能原理

在對水泵進行設計時，設計人員會在綜合考慮用戶平均消耗量總和的基礎上，合理設計其容量，并根據額定用量來明確水泵類型。但是，在實際運行過程中，用戶需求量會在天氣和氣候等的影響下出現變化，并導致水壓力與流量的變化，所以，必須對水泵進行調節。以往給水調節主要是運用管路壓力調節閥來完成節流調節，但是這種方式不僅不會減少對電能的消耗，還有著較大的擾動范圍。若是使用分布式的水泵系統，那么在變頻技術的作用下，則不需要安裝調節閥門就可以完成節流調節。在離心泵中，流量Q和轉速n之間成正比例，即Q1/Q=n1/n2；揚程H和轉速n的二次方也成正比例，即H1/H2=n12/n22；而軸功率N則是和轉速三次方之間成正比例，即N1/N2=n13/n23。同時，異步電動機的轉速公式是n=60f（1-s）/p，其中f是頻率，s是轉差率，p則是極對數。由于轉速和頻率之間是正比例關系，所以，在頻率發生變化時，轉速也會相應變化。通過這一原理的運用，變頻器可以實現對水泵的節流調節。另外，在不考慮水泵轉動速度下降導致效率降低的情況下，通過上述公式可知，在流量Q下降到Q1后，水泵轉速、壓力以及電機功率等都會呈現不同程度的下降。由此看來，將變頻技術運用到水泵中可以實現有效節能。

3水泵變頻運行實際節能效果

3.1變頻調速改造設計

供暖的洗選工作量很大，生產用水都需要及時供應，因為原有的循環水泵主要采用的是“一用一備”的供水模式，如果每臺水泵都配備變頻裝置需花費的成本過高，且運行效率低，所以采用“一拖二”變頻調速裝置，這次改造中將保留了原先的軟啟動裝置，并與變頻器一起對電機進行控制。對變頻裝置進行檢修的過程中，能夠手動操作開關，切斷主回路電源，確保了工作人員的生命安全；如果變頻器出現安全故障，同樣可以手動控制開關，將變頻裝置隔離開，使工頻電源正常運行，保障安全、高效生產。經現場試驗，將閥門開到最大，電機變頻裝置設置成最小頻率38Hz，主要是為了有效控制水泵的最小揚程，使其滿足供暖循環水供應的實際需求。為了使水泵供水更為穩定，在供水期間將回流閥關閉，使用水位閉環控制方式，并在主廠房水箱內壁裝上液位感應裝置，通過變頻器自動調節功能，當水位在預設高度時，變頻器頻率就會迅速下降，水泵處于低速運行狀態；達到高水位時，自動降低轉速。同時，將水位信息立即傳輸至控制柜，便于操作人員全面了解液位情況。通過這樣方式，能夠使循環水箱中的水量保持不變，實現恒量動態平衡。

3.2解決方法

根據制冷/制熱設計工況下空調水系統管網的流量和阻力損失，可采取水泵調節流量或分設冷熱水泵來保證水泵在高效區運行。單臺水泵流量調節方法有節流調節、變速調節兩種方式，節流調節通過改變水泵出口管路上閥門的開度，使工況點發生變化，利用節流過程中的壓力損失使流量減少，水泵效率降低，輸送單位流量的功耗增大，一般不建議采用此種方式。變速調節一般通過變頻，改變水泵轉速，使流量適應系統的變化，水泵效率不變，功率下降，節能效果明顯，一般建議采用此種方式。因此，若制熱工況下流量與制冷工況下流量的比值小于0.5，建議分設冷熱水泵，使水泵流量、揚程適應系統流量的變化；若制熱工況下流量與制冷工況下流量的比值在0.5-0.9之間，可采用變頻調速方法使水泵流量、揚程適應系統流量的變化；若制熱工況下流量與制冷工況下流量的比值在0.9-1.0之間，可僅設一套循環水泵。

結語

進入新時代后，隨著城市化進程的深入，人們生活質量逐漸提高，這也使得能源消耗逐漸成為了限制我國經濟健康發展的一個重要因素。目前，水泵、風機中的電動機大部分都是非調速性的電動機，若將其改成調速電動機，那么就能夠達到理想節能效果，因此，空氣源熱泵空調水系統中循環水泵的選型，需根據制熱工況下流量與制冷工況下流量的比值具體確定。若制熱工況下流量與制冷工況下流量的比值小于0.5，建議分設冷熱水泵，使水泵流量、揚程適應系統流量的變化；若制熱工況下流量與制冷工況下流量的比值在0.5-0.9之間，可采用變頻調速方法使水泵流量、揚程適應系統流量的變化；若制熱工況下流量與制冷工況下流量的比值在0.9-1.0之間，可僅設一套循環水泵。

參考文獻：

[1]張德全.變頻技術在電廠泵與風機中的運用綜述[J].變頻器世界，2018（06）：51-54.

[2]程麗娟，程麗娟.變頻技術在火電廠的泵與風機中的應用[J].電子世界，2017（20）：169+171.

[3]宋曉芳.論工業電氣自動化控制中變頻調速技術的應用[J].課程教育研究，2017（34）：281，288.

[4]王雅坤.論工業電氣自動化控制中變頻調速技術的應用[J].魅力中國，2017（15）：214.

[5]朱娟娟.芻議工業電氣自動化控制中變頻調速技術的應用[J].企業技術開發（下半月），2014（18）：60，70.