变频调速水泵在暖通空调系统中应用推广

 

变频调速水泵在暖通空调系统中应用推广

        水泵，众所周知，它是用来输送液体的动力元件，在国民经济的许多部门要用到它。其品种规格繁多。对它的分类方法也各不相同，按其工作原理可以分为三大类：叶片式水泵，容积式水泵，其他类型水泵。离心泵是叶片泵的一种，亦为应用最为广泛的泵型。此种泵的工作原理是靠叶轮高速旋转时叶片拨动液体旋转，使液体获得离心力而完成水泵的输水过程，所以这种泵称为离心泵。其应用领域涉及生活热水供水、污水排水、工业应用、商业建筑暖通空调循环、冷却水输送等各个方面。由于离心泵是一种重要的设备，它的运转需要消耗大量的动力！据统计，全世界20%的电能是消耗在水泵系统上。而事实上，通过采取必要的技术措施及控制手段，其中的30%-50%的能耗是可以节省下来的。

一、定速泵与变速泵：

        传统的供热、空调系统，是按单独质调节的运行方式选择循环水泵，选泵的原则是泵的流量不能小于外网的所需流量，一般按照外网理论流量的1.1～1.2倍，扬程按管路及用户总阻力的1.05～1.10倍进行选择，这时对应的轴功率已大于100%。可见按定流量的运行方式，水泵运行电耗是很大的。而且带来的调节效果也不十分理想。

        水泵按定流量的运行方式，如图1：当部分负荷状态下，系统所需流量降低，为适应其流量变化，需通过减小阀门开度的调节以改变系统特性曲线，即消耗多余的压头，浪费了大量电能！

        除了通过改变阀门开度完成对水泵运行点的调节，我们还可以采用改变泵转速的方法：

        由可以看出：当泵的转速改变后泵的性能曲线将同时改变，而转速将随频率[Hz]改变而改变。对循环水泵性能分析可知：水泵的流量、扬程和轴功率均与水泵的叶轮转速之间存在着一定的比例关系：

        如由此可以看出，水泵的扬程与电机转速的平方成正比，水泵的轴功率与电机转速的立方成正比。即当水泵的流量降低20%的时候，电机的转速应降低20%，水泵的电耗将降低50%；当水泵的流量降低50%的时候，电机的转速就降低50%，水泵的电耗降低87.5%。当系统需要的流量降低时，通过降低转速，相应地水泵的流量降低，水泵的轴功率降低，节约电能效果显著。并且，由于采用变速调节，也避免了采用阀门调节时不必要的阀门压头损耗。

二、速度控制的原理：

        当流量降低时，控制器将检测压力信号（通过传感器或者电机电流或转速的状态）。此时，控制器将向变频器发出一个信号，使其降低输出（较低频率）直至压力回到要求的水平（设定点）。反之，当流量再次升高时，控制器将检测到压力在降低。控制器将向变频器发出一个信号，使其提高输出（较高频率）直至压力回到要求的水平（设定点）。

三、变速泵的总体效率

        通常人们所指的泵的效率，仅为水泵效率[hp],而严格意义上说，我们应该衡量的是其总效率：

        总体效率[ht]的评估要同时考虑电机效率[hm]、水泵效率[hp]和转化效率[hd]。总体效率是指P1到P4的变化。电机效率根据电机效率等级（EFF1或EFF2）和电机负荷的不同而不同。

何为电机效率等级？

        美国国会在1997年10月制定和实施了“能源政策法案”（EPACT），该法案对高效电机进行了定义。同样欧盟也有类似的定义，欧洲电机和电力电子制作商协会（CEMEP）也对1.1-90KW，2极和4极范围内的高效电机制定了最低要求的定义。现在CEMEP和EPACT分别是50Hz和60HZ世界上公认的高效电机标准。根据CEMEP标准，电机的效率被分为三个等级：EFF1-最高效率等级；EFF2-中等效率等级；EFF3-低效率等级。

Eff1电机有何优点呢？

效率更高

        相对于普通电机来说，高校意味着对于相同的能量数如而言，电机自身能量损失更少，而输出更多。同样，因为电机自身能量损失少，在相同工作量所需的能量条件下，电机输入的能量就会减少，从而节省了能耗和运行成本。如图7，当负荷很低时（小于25%），意味着效率会急剧降低。但此时Eff1电机效率明显高于Eff2电机。

部分负载时效率更高

        大多数电机都很少在100%的满负载状况下工作。因而在非满负载的情况下，电机的标称效率是多少，这一点是很重要的。对于普通电机而言，则一般不提供此数据，但是EFF1电机的效率必须是在75%负载和100%负载时的效率。对于EFF1电机来说，这两个效率值通常是相同的。

电机工作温度低

        因为EFF1电机的效率高，有能量损失所产生的热量非常少，所以工作时电机的温度要比普通电机的工作温度低。由此，高效电机就能够在更高的环境温度下工作，所需的环境冷却要求也要比通常使用的标准电机低。

        同样，受温度影响的电机定子绕组的电阻也能保持在正常的范围内，EFF1电机很少会出现电机定子绕组过热的现象。这样，电机定子绕组绝缘和电机轴承的使用寿命都会增加。

噪音低

        通常情况下，电机的噪音主要是由冷却风扇产生的。对于EFF1电机，因为效率更高，由能量损失所产生的热量较少，用于降低电机温升所需的冷却空气也较少。所以大多数额EFF1电机的冷却风扇都较小，从而产生的噪音也会降低。

运行成本降低

        EFF1电机能够节省能量、减少维修成本和其它的相关运行成本，大大减少了业主成本。就此而言，EFF1电机的价格非常有竞争力。实际上，在正常工作的情况下，增加的最初采购成本在可以不到3年的时间内完全收回。

转化效率

        计算转化效率时要考虑电机负荷和频率输出的因素。但当负荷降低至30%时，效率变化将很大。

水泵效率

        泵的效率根据流量不同而不同。

        同时泵的最大效率根据泵的大小而不同，通常来讲大泵会比小泵效率更高。当泵的速度改变时，泵的效率将同时改变。如果速度降低小于20％，效率的改变很小。
        虽然总效率对能耗来讲是很重要的，但控制模式却对能耗有着更大的影响。下图展示了不同控制模式下的节能效果：

四、结论：

        随着技术的进步，变频技术将越来越多的被人们认可和应用，配合正确的系统设计（如三次泵系统）以及科学的选泵配泵，在使用户感受到更高舒适性的同时，得到更加明显的节能效果。
 

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