浅谈变频器在供暖系统中的应用

张乐 杨学伦

摘要：阐述了暖通空调运行中变频技术用于循环水泵的广泛性和必要性。理论上和实际运行的数值说明了变频技术的节能效果。冬、夏季室外温度一直在变化，而室内温度要求的舒适度是稳定的，在变化的室外温度条件下，要达到稳定的室内温度，除了合理的系统设计外，还要在系统运行中不断地进行调节。通过对各种调节方式的比较，变频技术“变压变流量”调节法是最方便、最经济的。利用对室外温度采集的数据，通过计算机对变频调速的“智能”控制，可达到精确、经济、节能、可靠运行之目的。相关研究工作制的从业人员借鉴与参考。

关键词:变频调速室外温度调节负荷

Abstract: the article discusses the hvac operation of frequency conversion technology used in the circulating water pump of universality and necessity. Theory and the practical values that the energy saving effect of frequency conversion technology. Winter and summer outdoor temperature has been changed, and indoor temperature requirements of the comfort is stable, changes in the outdoor temperature conditions, to achieve stable indoor temperature, but reasonable system design, but also in the operation of the system continuously adjusted. Through the comparison of the of all kinds of regulating mode, frequency conversion technology "variable pressure and variable flow" adjustment method is the most convenient and the most economic. Use of outdoor temperature gathering data, through the computer for variable frequency speed "intelligent" control, can achieve precise, economy, energy saving and reliable operation purposes. Related research work week employees for reference and reference.

Keywords: frequency control the temperature outside adjust the load

中图分类号：TN773文献标识码：A 文章编号：

引言

近十几年来，变频器已广泛地用于交流电动机的速度控制。引风、鼓风、循环供水是供暖系统中的三个必须环节，也是电能消耗的主体。目前，供暖系统大部分使用的水泵及风机均为交流拖动，且大多都采用通过改变进、出口阀门的开启度的办法来调节风量和水的流量，既浪费了拖动电机运行在额定状态的富裕功率的能量，也浪费了由于限制流量造成的过载的能量-采用变频调速装置，通过调节电动机转速来控制流量可达到节能的目的-工业生产中，大功率的电机（如某企业现定大于150kw的电机）必须使用变频调速技术（或软启动装置）以消除电机启动对电流的影响，在运行中，则根据生产需要调整电机转速。由于冬、夏季室外、湿度变化较大，而室内要求恒定的温、湿度，暖通空调冷、热负荷的计算依据及参数的选取较复杂，变频技术在本领域内的使用显得尤为重要。在暖通空调中，循环水泵为系统提供动力，其用电负荷大，对系统的运行起着重要作用，采用变频技术，再利用稳机根据室外的温度变化，对其进行控制。一方面，可以极大地节省水泵的电能，实现系统的节能运行；另一方面，可以提高系统的运行品质，实现高精度控制，使室内温度更加稳定。

1变频调速装置的应用选择

1.1对于小区、楼宇、厂房的供暖，空調负荷随外界气象条件变化会很大，如果采用流量调节的方法，就要求循环水泵的流量能容易调节和控制。尤其是现代化的热网和智能建筑与智能小区，对这一面的要求是迫切的。

在一般供热、空调系统中（如图l所示），用户侧采用二通阀调节流量，当总管上流量减小时，压差控制阀就会旁通掉多余的流量，多余的压头消耗在阀门节流上。但是，泵的流量没有发生变化，能量没有节约。

1.2原有的系统，由于选型不合理或系统实际供热、供冷面积发生变化，造成水泵运闭医力和流量远离额定工况，产生诸如水泵电机超电流，“大马拉小车”等情况。

水泵与热网特性曲线分析如图2所示，当水泵实际工作点由于选择不当或热网阻力减小时，水泵工作点向右移动，当循环水泵与管路特性曲线不相匹配时，如果仍采用原水泵并不加节流时，工作点将会超过水泵最大流量，长期运行会烧毁电机。为了不烧毁电机，就必须采用阀门节流，水泵工作点将从c点移到A点，这样，大量电能消耗在阀门节流上。由于阀门开得过小，会有大量管网资用压头浪费在阀门上，阀后压头减少，远端用户水量不足，造成严重的水力失调。

当选择水泵流量、扬程过大时会造成“大马拉小车”的现象，如图3所示。在这种情况下，如果不采用节流，就会使系统流量过大，造成大流量、小温差的运行方式，这显然是不经济的。如果采用节流，使流量达到实际需要，浪费在阀门上的能量一定会很大，而且阀门老是工作在节流状态下，对阀门不利（因为一般水泵出口阀门是起关断作用的，不适合节流）。对水泵而言，在这种情况下，水泵会偏离最佳效率点，容易损坏。

1.3分期建设的热网或房地产项目中，供热、空调面积加大后，流量也要加大，如果按照一期完成的负荷选择循环水泵，二期完成后，就得重新换泵；如果按照二期完成后的负荷选择循环水泵，一期到二期这段时间内就会浪费很多能量，而且系统运行状况不佳。

2各种对策及技术经济比较

针对以上3种情况，提出了多种解决方案，下面只对水等电流情况对以下方案进行比较，见表l。

表1各种解决方案经济技术比较表＊

＊1阀门节流指上文提到的使电动机不超电流而关小水泵出口；2并联运行指设置2台一用一备的水泵现在一同运行，不设备用；3系统安全性是指水泵、阀门是否易于损坏系统备用是否得当；4对电力负荷的影响是指水泵启动安全性是否需要增容。

3变频技术节能分析

循环水泵进行变频控制有两种策略，一种为“定压变流量”；另一种为“变压变流量”。“定压变流量”的控制式就是通过变频器恒定循环水泵的进出口压差或最不利热用户的资用压差来实现循环水泵的变流量运行。由图4可以看到，如果不采用阀门节流的措施，是无法按照系统实际需要进行调整的。如果采用“变压变流量”，根本无需调节阀门，是最方便和最节能的方式。

图4为采用变频后的节能比较效果图，A为采用阀门节流后的水泵工作状态点，B为采用定压变流量控制方式水泵工作状态点，C为采用变压变流量控制方式水泵工作状态点，O为零点。由图4可见，采用变压变流量，由于功率和流量是三次方的关系，当流量下降为额定流量的80％时，功率下降为原功率的51.2%，当流量下降为原来的50％时，功率只有原来的12.5％。节能效果不仅大大超过了阀门节流的方法，也远胜于“定压变流量”。大量统计结果表明，采用变频后，每年节约电量可达30％～60%，2年内即可回收全部投资于变频装置的成本。

图5是按月份计算的节能比较效果图。很明显，循环水泵采用“变压变流量”的控制方式是最节能的.

4循环水泵设置的形式

对于换热器来说，在运行期间，换热器对循环流量大小并无严格限制。因此，循环水泵的设置如图l所示，换热站循环泵与热用户循环泵合二为一。这种情况也适用于采用吸收式冷热水机组。吸收式冷水机组的负荷调节可以在10％～100％内无极调节；冷水流量可在50％～100％内无极调节；如果采用2台饥组即可在25％～100％内进行调节。

对于锅炉来说，锅炉循环流量一般不应小于额定流量的70%，当循环流量过小时，会引起锅炉浸水管水分配不均，出现热偏差，导致锅炉爆管等事故；同时由于回水温度过低，造成锅炉尾部腐蚀。因此，常采用双级泵系统。

对于压缩式冷水饥组，流经蒸发器的流量低于其额定流量时，冷水温度会很低，甚至结冰，造成喘振，可能引起机器停车，造成冷量波动。所以，压缩式冷水饥组也得采用双级泵系统。如图6所示，冷热源侧循环泵一般采用定流量运行，负荷侧泵采用变流量运行，以适应负荷的变化。

5控制策略

对于流量一扬程曲线比较平缓的循环水泵，采用压差控制比较困难，可以采用流量控制，就是时时采集泵出口流量的数值，将其与当时外温条件下为保证室温所需要的流量进行比较，进而通过变频控制水泵流量，实现系统的变流量运行。

问题是流量的測量比较麻烦，尤其大管径的流量测量装置，造价十分昂贵。按图7、图8的控制方法对系统进行控制，不论供热／空调系统是采用质调节、量调节，还是质、量并调的调节方式，系统供、回水温度在室内温度要求恒定、室外温度已知的情况下，都是系统循环流量的单值函数。这样，时时采集系统回水温度或分集水器的压差，并反馈至变频器中，与系统在当时外温条件下计算出的回水温度或压差进行比较，以指导变频器控制循环水泵的运行频率。

对于不同的供热／空调系统，是采用压差控制、流量控制还是温度控制，应当综含考虑水泵流量特性、系统调节式及各种系统参变送器的取得难易与否来确定。

结束语

在能源日益紧张的今天，如何在各行各业节能已经成了人们广泛关注的话题，使用变频调速技术无疑是众多节能方法中大有前途的一种，使用得当，必将会大大提高能源使用效率，也为用户节约大量经费。采集室外温度的测量数据及天气预报等替换，通过简单的程序，利用计算机对循环水泵进行“智能”控制，能够实现室外温度变化而室内温度隐定，以达到对温度要求的舒适度。

参考文献：

［１］陆耀庆，实用供热空调设计手册［M］北京：中国建筑工业出版社，2003．

［２］周漠仁，流体力学泵与风机［M］北京：中国建筑工业出版社，2003．

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。