空調(diào)傳輸泵變頻運(yùn)行安全區(qū)間分析

傅志寶

(廈門(mén)新區(qū)建筑設(shè)計(jì)院有限公司福建廈門(mén)361000)

空調(diào)傳輸泵變頻運(yùn)行安全區(qū)間分析

傅志寶

(廈門(mén)新區(qū)建筑設(shè)計(jì)院有限公司福建廈門(mén)361000)

簡(jiǎn)要分析空調(diào)傳輸泵變頻使用節(jié)能意義，利用簡(jiǎn)化分析方法，分析空調(diào)系統(tǒng)水力工況分布變化，建立簡(jiǎn)易方程式，推導(dǎo)變頻相對(duì)較合適安全運(yùn)行區(qū)間，指導(dǎo)變頻器在空調(diào)傳輸泵中的合理應(yīng)用。

傳輸泵;變頻器;簡(jiǎn)化分析法;并聯(lián);最不利末端;安全運(yùn)行區(qū)間

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，變頻器已越來(lái)越多地在空調(diào)系統(tǒng)中使用，特別是在空調(diào)傳輸泵等設(shè)備的使用中更為常見(jiàn)［1］。水泵功率變化與轉(zhuǎn)速比的三次方成正比，當(dāng)頻率下降至原有的80％時(shí)，功率為原有功率的51.2％，節(jié)能率為48.8％;當(dāng)頻率下降至原有的50％時(shí)，功率為原有功率的12.5％，節(jié)能率為87.5％;從以上數(shù)據(jù)可以看出，當(dāng)頻率降低時(shí)，功率快速降低，節(jié)能效果相當(dāng)明顯［2］。

空調(diào)傳輸泵一般包括了冷凍水泵及冷卻水泵，本文將通過(guò)工程具體實(shí)例，分析冷凍水泵及冷卻水泵變頻使用工況，簡(jiǎn)化分析并建立簡(jiǎn)易方程式，對(duì)變頻區(qū)間進(jìn)行分析把控。

1 冷凍水泵的變頻應(yīng)用分析

1．1系統(tǒng)管網(wǎng)特性分析

某工程空調(diào)冷凍水系統(tǒng)阻力分項(xiàng)值，如表1所示。

表1 某工程空調(diào)冷凍水系統(tǒng)阻力分項(xiàng)值kPa

依據(jù)表1，由于末端設(shè)備會(huì)在達(dá)到設(shè)定溫度值時(shí)，關(guān)閉二通閥，或者在溫度值高于設(shè)定值時(shí)，打開(kāi)二通閥。所以整個(gè)系統(tǒng)的阻力變化情況相對(duì)復(fù)雜，要對(duì)整個(gè)系統(tǒng)阻力進(jìn)行定量分析會(huì)非常困難。本文提出一種大膽假設(shè)思路，用于實(shí)際工程的簡(jiǎn)化計(jì)算，以下簡(jiǎn)稱(chēng)為F分析法。也就是拋開(kāi)整個(gè)系統(tǒng)的總阻力變化，只需保障最不利末端所需的壓力需求，所有的末端均為并聯(lián)關(guān)系，如最不利末端壓力滿(mǎn)足了，其余各個(gè)末端壓力也可以滿(mǎn)足。假定除末端設(shè)備及其閥門(mén)管件等部分有變化之外，其余系統(tǒng)中設(shè)備、閥門(mén)管件等部分均保持不變。

圖1為簡(jiǎn)化之后的空調(diào)冷凍水系統(tǒng)圖，水泵指的可能是一組泵，而不單是一臺(tái)泵，冷水機(jī)組也可能是一組的冷水機(jī)組，在系統(tǒng)出水管與回水管之間設(shè)置壓差旁通閥，所有末端與壓差旁通形成并聯(lián)關(guān)系，各個(gè)末端之間也是并聯(lián)關(guān)系。圖1中最遠(yuǎn)處的設(shè)備為最不利末端設(shè)備，那么保障了最不利的末端設(shè)備所需的壓力，就能滿(mǎn)足所有末端設(shè)備的所需壓力。

當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷降低時(shí)，系統(tǒng)流量變小時(shí)，即末端需求總量變小時(shí)，如考慮各個(gè)閥門(mén)開(kāi)關(guān)動(dòng)作，系統(tǒng)變量太多，應(yīng)簡(jiǎn)化分析變量。假設(shè)所有系統(tǒng)中除末端設(shè)備的閥門(mén)有開(kāi)關(guān)之外，其余閥門(mén)及其他管件均未變化。在此理想情況下，制冷機(jī)房總阻力、水平管道總阻力、立管總阻力、閥門(mén)總阻力等阻力變化與流量變化相關(guān)，將這4個(gè)部分設(shè)備定義為系統(tǒng)管網(wǎng)管段，且系統(tǒng)中所有閥門(mén)的開(kāi)度保持不變。根據(jù)管網(wǎng)阻力特性，流體的壓力損失與管道阻力特性系數(shù)及流量間基本關(guān)系見(jiàn)式(1)［3］。

圖1 簡(jiǎn)化后空調(diào)冷凍水系統(tǒng)圖

ΔP——管網(wǎng)管段的壓力降，Pa;

Q——管網(wǎng)的水流量，m3/h;

S——管網(wǎng)特性阻力系數(shù)，Pa/(m3/h)2;

根據(jù)F分析法，在理想狀態(tài)下，制冷機(jī)房、水平管道、立管、閥門(mén)等4項(xiàng)的總管網(wǎng)特性保持不變;根據(jù)公式(1)，部分負(fù)荷時(shí)除末端之外的所有壓力降ΔPB計(jì)算如式(2)。

ΔPB——部分負(fù)荷時(shí)管網(wǎng)管段的壓力降，Pa;

ΔP滿(mǎn)——滿(mǎn)負(fù)荷時(shí)管網(wǎng)管段的壓力降，Pa;

QB——部分負(fù)荷時(shí)管網(wǎng)的水流量，m3/h;

Q滿(mǎn)——滿(mǎn)負(fù)荷時(shí)管網(wǎng)的水流量，m3/h;

所以系統(tǒng)在部分負(fù)荷時(shí)，總阻力計(jì)算如式(3)。

PB——部分負(fù)荷時(shí)系統(tǒng)總阻力，Pa;

ΔPB——部分負(fù)荷時(shí)管網(wǎng)管段的壓力降，Pa;

PSB——最不利末端設(shè)備壓力降，Pa。

1.2 水泵變頻特性分析

根據(jù)水泵變頻時(shí)，其水力特性及其運(yùn)行曲線(xiàn)在不同頻率時(shí)基本保持平行相似關(guān)系，所以在水泵保持相同效率時(shí)，其變頻(部分負(fù)荷時(shí))揚(yáng)程HB計(jì)算如式(4)。

HB——變頻后水泵揚(yáng)程，Pa;

H滿(mǎn)——滿(mǎn)負(fù)荷時(shí)水泵揚(yáng)程，Pa;

QB——變頻后水泵的水流量，m3/h;

Q滿(mǎn)——滿(mǎn)負(fù)荷時(shí)水泵的水流量，m3/h;

由于水泵流量與水泵頻率成正比關(guān)系，所以，

HB——變頻后水泵揚(yáng)程，Pa;

H滿(mǎn)——滿(mǎn)負(fù)荷時(shí)水泵揚(yáng)程，Pa;

fB——變頻后水泵的頻率，Hz;

f滿(mǎn)——滿(mǎn)負(fù)荷時(shí)水泵的頻率，Hz。

1.3 建立簡(jiǎn)易方程式

根據(jù)F分析法，利用簡(jiǎn)化后的系統(tǒng)管網(wǎng)特性及水泵變頻水力特性，將fB/f滿(mǎn)=QB/Q滿(mǎn)設(shè)置為變量X，根據(jù)公式(3)及公式(5)則可以得出以下關(guān)系:

ΔP滿(mǎn)——滿(mǎn)負(fù)荷時(shí)管網(wǎng)管段的壓力降，kPa;

H滿(mǎn)——滿(mǎn)負(fù)荷時(shí)水泵揚(yáng)程，kPa;

70kPa為最不利設(shè)備最大水壓降，其額定工況下的水壓降本文視為最大水壓降;

代入各個(gè)已知項(xiàng)得70+X2·240=X2·341

解得X=0.832

從公式(6)可以看出，系統(tǒng)通過(guò)F分析法分析之后，在理想狀態(tài)下，系統(tǒng)變頻可以達(dá)到的最低值，與最不利末端的壓降有很大的關(guān)系，最不利末端所需的壓降降低時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)變頻運(yùn)行時(shí)最低流量亦會(huì)降低，所以當(dāng)頻率變化至83.2％即41.6Hz時(shí)，水泵揚(yáng)程可以滿(mǎn)足系統(tǒng)需求。當(dāng)頻率低于41.6Hz時(shí)，流量能滿(mǎn)足系統(tǒng)負(fù)荷變化，但是水泵揚(yáng)程卻滿(mǎn)足不了系統(tǒng)運(yùn)行的需求，此時(shí)水泵流量會(huì)變小，揚(yáng)程提高，工況點(diǎn)左移。當(dāng)流量與設(shè)計(jì)揚(yáng)程背離較多時(shí)，其效率低下，甚至出現(xiàn)電機(jī)拖動(dòng)不了的現(xiàn)象，電機(jī)溫度急劇升高，嚴(yán)重時(shí)可致電機(jī)燒毀。所以在實(shí)際變頻運(yùn)行過(guò)程中，應(yīng)著重分析水泵流量、水泵揚(yáng)程變化值哪個(gè)為最不利變化值。為保障系統(tǒng)安全運(yùn)行，首先保障最不利值在安全區(qū)間內(nèi)運(yùn)行，之后才能考慮系統(tǒng)的節(jié)能運(yùn)行，而不應(yīng)一味地追求節(jié)能，而忽視了系統(tǒng)的安全可靠。

2 冷卻水泵的變頻應(yīng)用分析

2.1 開(kāi)式冷卻塔工況

表2為某一工程空調(diào)冷卻水系統(tǒng)阻力分項(xiàng)值。

表2 某一工程空調(diào)冷卻水系統(tǒng)阻力分項(xiàng)值(冷卻塔為開(kāi)式冷卻塔)kPa

依據(jù)表2，同樣利用F分析法分析，將制冷機(jī)房、系統(tǒng)管道、閥門(mén)等設(shè)備及管件均定義為系統(tǒng)管道，所有系統(tǒng)中的閥門(mén)開(kāi)度均保持不變，如此僅冷卻塔塔體損失與流量不相關(guān)之外，其余制冷機(jī)房總阻力、管道總阻力、閥門(mén)總阻力等阻力變化則可與流量變化相關(guān)。同樣利用F分析法，利用簡(jiǎn)化后的系統(tǒng)管網(wǎng)特性及水泵變頻特性，可以得出冷卻水泵變頻使用時(shí)，建立計(jì)算公式如式(7)。

Analysis of the security interval about the transmission Pump frequency conversion in HVAC

FU Zhibao
(Xiamen New District Architectural Design Institute Co．，Ltd，Xiamen 36100)

This article briefly analysis of transmission pump frequency conversion which used for energy saving in air conditioning，Analyzing the distribution of air conditioning system hydraulic conditions by using simplified analysis method，established simply equation，to deduce the relatively safe operation range of the frequency conversion to direct the reasonable application of the transmission pump frequency converter in air conditioning．

Transfer pump;VFD;Simplify the analysis;Parallel;The most unfavorable terminal;The safe operation of the interval

TU83

:A

:1004－6135(2017)01－0083－03

傅志寶(1980．3－)，男，高級(jí)工程師。

E-mail:13950076557@139．com

2016－07－29