變頻技術(shù)在集中供熱系統(tǒng)中的研究及應(yīng)用

王建國（洛陽北控水務(wù)集團(tuán)有限公司（新區(qū)熱力分公司）,河南 洛陽 471003）

變頻技術(shù)在集中供熱系統(tǒng)中的研究及應(yīng)用

王建國
（洛陽北控水務(wù)集團(tuán)有限公司（新區(qū)熱力分公司）,河南 洛陽 471003）

摘 要：在我國供熱系統(tǒng)中，普遍采用變頻技術(shù)進(jìn)行節(jié)能降耗，它由頻率的改變而帶動水泵轉(zhuǎn)速的變化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)循環(huán)水量的改變，這種方法可以有效的節(jié)省電能。本文從變頻技術(shù)節(jié)能原理入手，介紹了變頻技術(shù)在供熱系統(tǒng)中的使用效果，對相關(guān)技術(shù)人員有一定的借鑒作用。

關(guān)鍵詞：變頻技術(shù)；集中供熱；應(yīng)用

1　前言

在我國供熱系統(tǒng)中，普遍采用變頻技術(shù)進(jìn)行節(jié)能降耗，它由頻率的改變而帶動水泵轉(zhuǎn)速的變化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)循環(huán)水量的改變，這種方法可以有效的節(jié)省電能，差不多可以全部節(jié)省因用電量變化和設(shè)計(jì)冗余而浪費(fèi)的電能；變頻技術(shù)功率因素和調(diào)速精度均較高，采用這種技術(shù)可以有效減少設(shè)備的損耗，與此同時降低設(shè)備噪音和磨損，改變傳統(tǒng)集中供熱系統(tǒng)的條件，可以很好的滿足對于生產(chǎn)工藝的要求。

2　 變頻技術(shù)的節(jié)能原理

以集中供熱系統(tǒng)中所用的水泵為例，水泵學(xué)比例律是水泵變頻調(diào)速所采用的一種理論，通過該理論可知，當(dāng)同一臺水泵以不同的轉(zhuǎn)速運(yùn)行時，該水泵的轉(zhuǎn)速N、軸功率P、揚(yáng)程H以及流量Q滿足以下比例關(guān)系：

由比例關(guān)系式可知，水泵的軸功率與轉(zhuǎn)速的3次方成正比，水泵的揚(yáng)程與轉(zhuǎn)速的2次方成正比，水泵的轉(zhuǎn)速與流量成正比；當(dāng)水泵的轉(zhuǎn)速降低時，就能夠明顯的降低電能的損耗。根據(jù)電工學(xué)知識，電機(jī)的輸入功率和轉(zhuǎn)速之間有以下所示關(guān)系：

N=60F（1-S）/P （4）

該公式中，電機(jī)電源頻率為F，電機(jī)的極對數(shù)為P，電機(jī)的滑差率為S，電機(jī)的轉(zhuǎn)速為N。變頻器的無級調(diào)速是由電機(jī)頻率的改變而實(shí)現(xiàn)的；集中供熱系統(tǒng)通過將水泵轉(zhuǎn)速納入到變頻技術(shù)的調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，由調(diào)節(jié)供熱系統(tǒng)中水泵的轉(zhuǎn)速，使得水泵的揚(yáng)程和流量跟著發(fā)生改變，這樣集中供熱系統(tǒng)就可以實(shí)現(xiàn)在流量改變情況下運(yùn)行，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)供需熱的提高，實(shí)現(xiàn)按照所需流量進(jìn)行系統(tǒng)供熱。

3　 變頻技術(shù)與閥門調(diào)節(jié)技術(shù)的比較分析

集中供熱系統(tǒng)采用變頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)水泵轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)后，將供熱系統(tǒng)中的管線和水泵的閥門全部打開，通過調(diào)節(jié)電機(jī)電源頻率的辦法來實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速改變，從而使流量發(fā)生改變；圖1所示的是水泵以調(diào)速控制或者閥門控制時，水泵的揚(yáng)程H與流量Q的關(guān)系。

如圖1所示，曲線1表示的是水泵在n1轉(zhuǎn)速時H-Q曲線；曲線2表示的是供熱系統(tǒng)管路的阻力特性曲線；曲線3表示的是將閥門關(guān)閉后，Q2流量時的供熱系統(tǒng)管路阻力特性曲線；曲線4表示的是當(dāng)水泵在n2轉(zhuǎn)速時的H-Q曲線；水泵工作情況由A、B、C三點(diǎn)表示。供熱系統(tǒng)中，水泵所需要消耗的軸功率可有以下公式算出：

P=HQr/S （5）

該公式中，水泵的效率用S表示，流體的容重用r表示。從公式5可以得出，水泵的揚(yáng)程與流量的乘積與水泵的軸功率成正比，所以在A點(diǎn)，H1與Q1的乘積的面積A與水泵的軸功率成正比。由系統(tǒng)的工藝要求得出，供熱系統(tǒng)水泵的流量從Q1降低為Q2時，如果使用水泵閥門調(diào)節(jié)的方法就等同于將管路的阻力增加，這樣管路特性由曲線3表示，供熱系統(tǒng)也會轉(zhuǎn)到工況B點(diǎn)工作。如果供熱系統(tǒng)使用變頻技術(shù)對水泵轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)，當(dāng)水泵的轉(zhuǎn)速由n1減少為n2時，曲線4為此時的H-Q曲線，由曲線4可知，當(dāng)水泵的流量為Q2時，水泵的揚(yáng)程H3將明顯降低，與此同時水泵的功率也會相應(yīng)減少，曲線所包圍的面積將同節(jié)省出來的功率成正比，這樣就能產(chǎn)生明顯的節(jié)能效果；即使是將由于水泵轉(zhuǎn)速下降，導(dǎo)致功率降低考慮進(jìn)來，變頻技術(shù)仍然可以產(chǎn)生明顯的節(jié)能效果。

集中供熱系統(tǒng)中使用的離心泵，其流量調(diào)節(jié)主要采用泵變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)和出口閥門調(diào)節(jié)兩種方式，出口閥門調(diào)節(jié)所節(jié)省的能耗要明顯小于泵變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，這個結(jié)論可以由兩種調(diào)節(jié)方式的功耗對比分析和功耗分析中得出。由離心泵的揚(yáng)程和流量之間的關(guān)系圖可以非常明顯的看出采用不同的調(diào)節(jié)方式，二者之間的能量消耗關(guān)系。施工變頻技術(shù)除了可以降低水泵的流量外，還可以有效的減少離心泵汽蝕情況的發(fā)生。變頻調(diào)節(jié)技術(shù)所節(jié)省的能耗隨著流量減少而增大，即使用閥門調(diào)節(jié)技術(shù)所產(chǎn)生的損耗也會相應(yīng)增大，但是采用水泵變速過大時，會降低水泵的工作效率，有可能會超出水泵比例定律的使用范圍，所以，在實(shí)際的集中供熱系統(tǒng)中，應(yīng)當(dāng)充分考慮兩種方式的優(yōu)劣，從而找出流量調(diào)節(jié)的最佳方法。

4　 變頻技術(shù)的應(yīng)用效果

當(dāng)供熱系統(tǒng)水泵出現(xiàn)揚(yáng)程富余且運(yùn)行不穩(wěn)定時，這時就需要大幅度的調(diào)節(jié)水泵的流量，有時水泵會在小流量節(jié)流情況下工作，有時會在大流量汽蝕情況下工作，不僅工作效率低而且會降低水泵的使用壽命；使用變頻技術(shù)可以對水泵流量進(jìn)行非常精確的控制，實(shí)行慢減速和軟啟動，進(jìn)而延長供熱系統(tǒng)中水泵的使用壽命。

應(yīng)用變頻技術(shù)的水泵可以在一定負(fù)荷下工作，當(dāng)處于低頻率時就會進(jìn)入軟啟動，此時的啟動電流要明顯小于沒有進(jìn)行變頻調(diào)速的電流，正常情況下為1.5倍的額定電流。當(dāng)循環(huán)泵開始工作后，頻率會保持在啟動的10HZ上，之后呈線性增長到預(yù)先標(biāo)定的頻率值，此時循環(huán)泵的工作電壓和轉(zhuǎn)速，會隨著頻率的變化而升高到相應(yīng)值，這是由于水泵頻率的變化與轉(zhuǎn)速和工作電壓成線性關(guān)系，因此，當(dāng)系統(tǒng)緩慢啟動時，可以有效的預(yù)防啟動電流過大對循環(huán)水泵絕緣和繞組造成的破壞和損失。同時，由于系統(tǒng)緩慢的啟動，可以有效降低沖擊力，進(jìn)而能夠減少和避免出現(xiàn)接卸故障，進(jìn)而將循環(huán)水泵的使用壽命延長，有效的提高系統(tǒng)效率。

使用變頻技術(shù)調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速，可以使水泵流量實(shí)現(xiàn)無級變運(yùn)行。由于集中供熱的用戶每年都可能出現(xiàn)變化，使得系統(tǒng)的熱負(fù)荷也相應(yīng)的發(fā)生變化，這時需要結(jié)合當(dāng)年情況進(jìn)行熱力工況、水力工況以及運(yùn)行計(jì)劃的編制，并按照編制好的計(jì)劃進(jìn)行流量的調(diào)節(jié)，結(jié)合水溫流量調(diào)節(jié)曲線，進(jìn)而達(dá)到按需供熱的目的，確保用戶室溫達(dá)到設(shè)計(jì)要求，這樣也能夠避免多余供熱的發(fā)生。

5　結(jié)語

隨著相關(guān)技術(shù)研究的深入，供熱系統(tǒng)將會大規(guī)模采用變頻技術(shù)，系統(tǒng)所采用的變頻裝置應(yīng)當(dāng)根據(jù)系統(tǒng)所用水泵的功率進(jìn)行選擇。采用變頻技術(shù)可以有效的降低供熱系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用，大幅度的降低電能的消耗，進(jìn)而使集中供熱成本降低，經(jīng)濟(jì)效果良好。

參考文獻(xiàn)：

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