空调循环水泵变频控制方法的应用探讨

第23卷第3期北京建筑工程学院学报Vol.23 No.32007年9月Journal of Beijing University of Civil Enginecring and ArchitectureSep.2007文章编号: 1004 - 6011(2007)03 -0018-04空调循环水泵变频控制方法的应用探讨许淑惠,马麦囤，王娟(北京建筑工程学院环境与能源工程学院，北京10044)摘要:分析比较了目前常用的几种变频控制方法的节能效果与可行性.通过定性分析与定量计算得出温差控制方法节能效罘最好,其次是最小阻力控制方法,最差的是定压差控制方法.工程采用何种控制方法,应根据空调水系统的规模、负荷的组成、空调系统配置、水系统的阻力平衡、末端设备的同时使用率等具体情况加以分析判断.关键词:循环水泵;变频;节能;可行性中图分类号: TB61+92文献标志码: AApplication Discuss Analysis of Water Pumps FrequencyConversion Control in Air Conditioning SystemsXu Shuhui, Ma Maidun, W ang Juan(School of Environment and Energy Engncering. BUCEA Beijing 10044Abstract: The energy- saving effect and feasibility of several kinds of variable frequency circulatingpump control in air conditioning system were analyzed and compared. Both qualitative analysis andnumerical calculation show that the temperature diference control method has the best energy -savingeffect, and the second is the minimum resistance control method, and the pressure difference controlhas the worst energy-saving efct. The utilization of the control method in engineering design needs agood balance and careful analysis according to the system size, composing of the load, the balance ofthe resistance of the water system, and the frequency of the appliation of the end equipment.Key words: water circulating pump; frequency conversion; energy saving effect; feasibility随着国民经济的迅速发展，对能源的需求量也。 方法节能效果是不同的.本文通过对当前变频控制快速提升.而能源消耗量的不断增加，不仅造成了的几种方法比较,探讨空调冷热水循环泵变转速运能源形势的严峻,而且使人类生存环境严重恶化.行的节能效果与可行性.为此,国家制定了一系列的有关节约能源的法规.节能已成为空调系统设计的热门话题.使用变频器1 水泵变频控制原理控制空调冷热水循环泵的变转速运行e成为众多的空调系统节能设计中应用最为广泛的一种.但是,循环水泵变频调速控制原理,是通过变频器改怎样才能更有效地达到预期的节能效果,在空调设变电动机的供电频率,进而改变水泵的转速,见式计过程中仍是-一个十分值得注意的问题.应用变频(1).器控制空调冷热水循环泵的转速,采用不同的控制中国煤化工收稿日期: 2007 -08 - 25MYHCNMHG作者简介:许衩惠(1966-),女,副教授,工学硕士.研究方向:传热、传质、节能.第3期许淑惠等:空调循环水泵变额控制方法的应用探讨1处于全开状态的控制方法.n=60f(1)(4)温差控制.控制供、回水干管水温差保持式中, n为转子转速, r/ min;60为换算系数, s/ min; .恒定的控制方法,称为温差控制[3].当负荷下降时，f为电源频率, Hz;s为定子与转子之间的转差率;如流量保持不变,则回水温度下降，温差相应变小，m为电动机绕组的极对数.由式(1)可见,转数与要保持温差不变,可通过控制温差控制器、变频器来频率成正比,改变频率就可以实现水泵调速.降低水泵转速,臧少水流量,此时水泵能耗以转速三根据水泵的相似定律,两种流体应满足几何相次方的关系递减.似、动力相似和运动相似,则水泵的转速、流量扬程和功率之间存在以下关系[":3控制方法的节能效果比较Q= n(2)图1是不同控制方式下水泵运行工况示意图.是=(卫”(3)采用 不同的控制方式,所对应的管路特性曲线各不相同采用定扬程控制,曲线A为水力特性曲线，N=(卫(4)水泵工作点扬程始终为H.采用定末端压差控制，式(2)-(4)中,n为水泵转速, r/min;Q为水泵流曲线B为水力特性曲线，H是末端环路要求保持量,m/h;H为水泵扬程, m;N为水泵功率,kW.的压差, Q=0时,△H= H.采用最小阻力控制, .曲线C为水力特性曲线,Q=0时,0H=H2.采用把(2)式代入(4)式得到温差控制,曲线D是的水力特性曲线,此曲线即为是=器!”(5)空调水系统原有的管路特性曲线, Q=0时,管路系式(5)表明,水泵所耗功率与流量的三次方成正比.统阻力△H=0.水泵变频控制节能分析以此为理论依据,但在实际H应用中,式(5)只在极少情况下成立(21.2控制方法当前应用较多的空调冷热水循环泵变转速调节方法有定压差控制、定末端压差控制、最小阻力控制和温差控制.(1)定压差控制.控制供、回水干管压差保持图1几种控制方 法的比较恒定的控制方法称为定压差控制.供、回水干管压采用单一调节阀控制时，比较前述4种控制方差不变时水泵提供的扬程保持恒定，故定压差控制法的节能效果.当流量从Qo减小到Qi时,定扬程又称为定扬程控制.此控制方法做法是:根据冷热控制的工作点从a.定扬程移到b.定末端压差控制水循环泵前后的集水器和分水器的静压差,控制冷的工作点从1沿定末端压差控制水力特性曲线变扬热水循环泵的转速，使此静压差始终稳定在设定值程移到c.而最小阻力控制的工作点从1沿管路水附近[3].力特性曲线变扬程移到d.温差控制从1移到5.(2)定末端压差控制.控制末端(最不利)环路在上述4种控制方案里,当流量调节到Q1时，温差压差保持恒定的控制方法称为末端压差控制.此控控制的冷热水循环泵转速最小,因此节能效果最显制方法的做法是:根据空调水系统中处于最不利环著路中空调设备前后的静压差,控制冷热水循环泵的流量从Q。减小到Q1时,采用上述4种控制方转速,使此静压差始终稳定在设定值附近法,中国煤化工周节阀全开阻力损(3)最小阻力控制.最小阻力控制是根据空调失)是CNMH民持冷热水循环泵冷热水循环系统中各空调设备的调节阀开度,控制的扬程小文，必须非大小网卫网力度增加调节阀阻冷热水循环泵的转速,使这些调解阀中至少有. -个力, 调节阀的阻力损失为点2和点S间扬程差.用20北京建筑工程学院学报2007年定末端压差控制,因为要保持最不利环路空调设备是对于多分支的枝状异程管路系统,特别是对于动前后的静压差不变,也必须掌关小调节阀开度来增态运行,判断何处为最不利末端比较困难.因此,实加调节阀阻力,以弥补由于流量减小而使空调设备际工程中往往使用多个末端压差传感器,相应定出的管路系统中静压差测量点之间的阻力损失减小，多个末端压差设定值,然后根据最不利末端压差偏即点3和点5间扬程差.对于单- -调节阀空调系统差来控制冷热水循环泵的转速.另外,如果空调系的最小阻力控制，其控制目标为尽量让这个调节阀统的自控系统委托自控公司去做,为安全起见，不少始终处于全开状态,即用冷热水循环泵的转速控制调试入员往往将末端压差值设定得偏大.因此,其来直接控制空调末端设备的流量.末端压差控制测节能效果还受人为因索的影响.量点之间的距离越大,最小阻力控制和定末端压差最小阻力控制网路系统较复杂,初投资比较高.控制节能效益的差异也越大.因此最小阻力控制，需要控制冷热水循环泵转速的控制器与控制各个空只有在某些特定情况下，即所有末端设备负荷同比调设备的控制器组成控制通讯网络,冷热水循环泵例减少,所有支管上的调节阀门一直处于全开状态,转速控制器可以通过该网络获得空调水系统中各调整个系统的管路阻抗s才可能保持不变,此时曲线节阀开度的信息,再把风机盘管单元的控制并入楼C才能与曲线D重合,但这种情况在系统实际运行宇自控网络系统,实施最小阻力控制的条件就完全中不大可能出现.通过以上分析比较,可以发现温具备了.从控制原理来看,最小阻力控制不需要测差控制节能效益最显著,其次是最小阻力控制,节能量空调水系统的供回水压差.但考虑到分散控制的效益最差的是定扬程控制.特性,为了使控制网络的通讯发生故障或中断(检.修)时对冷热水循环泵的控制依然有效,最小阻力控.4控制方 法的可行性对比制保留了压差控制,最小阻力控制法实施的是变压差控制.在这里的压差控制仅仅是分散控制系统的在自控系统设计和构成方面,由于定扬程控制需要,而不是其控制原理本身的需要，相当多的最小的测量目标非常明确,扬程设定值几乎与水泵选型阻力控制采用了控制冷热水循环泵集水器和分水器无关,因此在实际工程压差传感器的选型与安装、检压差的方式，从而继承了定扬程控制的优点.最小修等是非常方便的.这种方法是空调水系统冷热水阻力控制法是根据空调水系统的各调节阀阀位设定循环泵变转速运行最早采用的.在压差控制系统压差值的,因此要求各调解阀为比例调解阀，这在一中，当水泵转速改变时,水泵不满足相似定律中的运定程度上限制了它的应用.动相似和动力相似这两个条件,仅满足几何相似[4].因此,水泵的变工况和额定工况不相似.也就是说,水泵转速改变时,其流量、扬程、功率不能简单采用相似定律来计算.定压差控制系统节能效果C F2不是很理想，现已被定末端压差控制所取代.-囚目前定末端压差控制法应用最为广泛.压差控⑦-0-制点安装在远离冷冻机房的最不利环路上,虽然测点之间的压差保持恒定,但是最不利环路由于分支系统开启状况不同,其压差是变化的,所以对整个空调水系统来说压力是变化的,水泵的扬程也是变化L冷水机组P 冷水循环泵的,因此能取得较好的节能效果.但在实际空调水K变频控制器F 风机盘管用户系统中,末端装置常用电动二通阀控制,在负荷调节团供水温度传感器过程中,流量减少并非仅由水泵的转速降低所致,而D回水温度传感器是由水泵转速和电动二通阀共同作用的结果,致使中国煤化工管路特性曲线发生改变,水泵的相似定律不成立,且CHCNMHG原理图在实际应用中,其末端位置及压差设定值也不好确图2的班成还是比牧间甲时，在实际应用中也定.对于异程空调水系统,末端位置比较好判断,但比较容易做到有些技术人员担心采用温差控制会第3期许淑惠等:空调循环水案变额控制方法的应用探讨2147.3%, Np/No= 40.8%.最小阻力控制水泵功率介于温差控制水泵功率和定末端压差控制水泵功率之间.从上述分析计算可知,不同控制方法的节能效益有一定差别. .◎-Q6结论a.温差控制遵守相似规律.定压差控制、定末4口- J端压差控制.、最小阻力控制皆不遵守相似规律.节能效果最好的是温差控制,其次是最小阻力控制,最②供水压力传感器③回水压力传感器差的是定压差控制. b.定压差控制由于节能性较丽压差控制器差,目前已不采用。定末端压差控制是应用最多的控制方法,但在很多情况下不能确定最末端回路,节图3 压差控制水泵变转速原理图能效果不显著.实施最小阻力控制的是一种有较好影响某些场所空调系统的使用效果,如餐厅、歌舞厅发展的控制方法，但其要求空调冷热水系统要全部等,主要是影响这些场所室内冷负荷的主要因素不使用两通比例调解阀,控制网络设置较复杂,初投资是室外气象条件,而是室内人数的多少，这种情况比较大,因此限制了它的推广与应用.温差控制系可以采用一些控制策略,如可以采用分时段控制或统简单,并能起到很好的节能效果,但当人员较多，者在人员较集中的场所设置温度传感器,满足特殊室内冷负荷主要是人员形成的，采用温差控制可能场所的需要[5].会影响房间的使用效果. c.具体工程采用何种控制方法，应根据空调水系统的规模、负荷的组成、水系5实例说明统的阻力平衡、末端设备的同时使用率等具体情况加以分析判断.举例说明几种流量控制的实际节能效果.某空调水系统水泵流量Qo= 400 m'/h,扬程参考文献:Ho=33m,水泵轴功率No=48kW.采用定扬程控[1] 蔡增基,龙天榆，流体力学泵与风机[M].北京:中国制H=24 m,采用定末端压差控制H=8m.流量建筑工业出版社, 1999变化到Q =0.7Qo= 280 m/h,计算几种控制方式[2] 沈翔,王建民.也谈空调冷热水循环泵变额节能问题[J].暖通空调, 2006, 36(4):47-49下水泵的节能效果.[3]徐亦波. 空调冷热水循环泵变转速节能控制方法[J].计算结果为:暖通空调, 2004, 34(9):32-35(1)定扬程控制:QA= 280 m'/h,HA=24 m,[4] 姚国良.空调变频水泵节能问题探讨[J].暖通空调, .功A=69%,NA=26.6 kW;2004, 34(6):32-34(2)定末端压差控制:Qg= 280 m/h, Hg=[s]孙一坚. 水流量变化对空调系统运行的影响[].暖通20.25 m, B= 68%,Ng= 22.72 kW;空调, 2004, 34(7):60-62(3)温差控制:Qp= 280 m'/h, Hp= 16.17 m,[6] 孙一坚,潘尤贵.变频调速水泵的合理应用[].暖通空调, 2005, 35(10):90-92p=63%,Np=19.58 kW; .结果中n为水泵效率.则N/No= 55.4%, Ng/No=[责任编辑:王克黎}中国煤化工MHCNM HG