變頻調速水泵在暖通空調系統(tǒng)中應用推廣

        水泵，眾所周知，它是用來輸送液體的動力元件，在國民經濟的許多部門要用到它。其品種規(guī)格繁多。對它的分類方法也各不相同，按其工作原理可以分為三大類：葉片式水泵，容積式水泵，其他類型水泵。離心泵是葉片泵的一種，亦為應用最為廣泛的泵型。此種泵的工作原理是靠葉輪高速旋轉時葉片撥動液體旋轉，使液體獲得離心力而完成水泵的輸水過程，所以這種泵稱為離心泵。其應用領域涉及生活熱水供水、污水排水、工業(yè)應用、商業(yè)建筑暖通空調循環(huán)、冷卻水輸送等各個方面。由于離心泵是一種重要的設備，它的運轉需要消耗大量的動力！據統(tǒng)計，全世界20%的電能是消耗在水泵系統(tǒng)上。而事實上，通過采取必要的技術措施及控制手段，其中的30%-50%的能耗是可以節(jié)省下來的。

一、定速泵與變速泵：

        傳統(tǒng)的供熱、空調系統(tǒng)，是按單獨質調節(jié)的運行方式選擇循環(huán)水泵，選泵的原則是泵的流量不能小于外網的所需流量，一般按照外網理論流量的1.1～1.2倍，揚程按管路及用戶總阻力的1.05～1.10倍進行選擇，這時對應的軸功率已大于100%�？梢姲炊�流量的運行方式，水泵運行電耗是很大的。而且?guī)�來的調節(jié)效果也不十分理想。

        水泵按定流量的運行方式，如圖1：當部分負荷狀態(tài)下，系統(tǒng)所需流量降低，為適應其流量變化，需通過減小閥門開度的調節(jié)以改變系統(tǒng)特性曲線，即消耗多余的壓頭，浪費了大量電能！

        除了通過改變閥門開度完成對水泵運行點的調節(jié)，我們還可以采用改變泵轉速的方法：

        由可以看出：當泵的轉速改變后泵的性能曲線將同時改變，而轉速將隨頻率[Hz]改變而改變。對循環(huán)水泵性能分析可知：水泵的流量、揚程和軸功率均與水泵的葉輪轉速之間存在著一定的比例關系：

        如由此可以看出，水泵的揚程與電機轉速的平方成正比，水泵的軸功率與電機轉速的立方成正比。即當水泵的流量降低20%的時候，電機的轉速應降低20%，水泵的電耗將降低50%；當水泵的流量降低50%的時候，電機的轉速就降低50%，水泵的電耗降低87.5%。當系統(tǒng)需要的流量降低時，通過降低轉速，相應地水泵的流量降低，水泵的軸功率降低，節(jié)約電能效果顯著。并且，由于采用變速調節(jié)，也避免了采用閥門調節(jié)時不必要的閥門壓頭損耗。

二、速度控制的原理：

        當流量降低時，控制器將檢測壓力信號（通過傳感器或者電機電流或轉速的狀態(tài)）。此時，控制器將向變頻器發(fā)出一個信號，使其降低輸出（較低頻率）直至壓力回到要求的水平（設定點）。反之，當流量再次升高時，控制器將檢測到壓力在降低�？刂破鲗⑾蜃冾l器發(fā)出一個信號，使其提高輸出（較高頻率）直至壓力回到要求的水平（設定點）。

三、變速泵的總體效率

        通常人們所指的泵的效率，僅為水泵效率[hp],而嚴格意義上說，我們應該衡量的是其總效率：

        總體效率[ht]的評估要同時考慮電機效率[hm]、水泵效率[hp]和轉化效率[hd]�？傮w效率是指P1到P4的變化。電機效率根據電機效率等級（EFF1或EFF2）和電機負荷的不同而不同。

何為電機效率等級？

        美國國會在1997年10月制定和實施了“能源政策法案”（EPACT），該法案對高效電機進行了定義。同樣歐盟也有類似的定義，歐洲電機和電力電子制作商協(xié)會（CEMEP）也對1.1-90KW，2極和4極范圍內的高效電機制定了最低要求的定義�，F在CEMEP和EPACT分別是50Hz和60HZ世界上公認的高效電機標準。根據CEMEP標準，電機的效率被分為三個等級：EFF1-最高效率等級；EFF2-中等效率等級；EFF3-低效率等級。

Eff1電機有何優(yōu)點呢？

效率更高

        相對于普通電機來說，高校意味著對于相同的能量數如而言，電機自身能量損失更少，而輸出更多。同樣，因為電機自身能量損失少，在相同工作量所需的能量條件下，電機輸入的能量就會減少，從而節(jié)省了能耗和運行成本。如圖7，當負荷很低時（小于25%），意味著效率會急劇降低。但此時Eff1電機效率明顯高于Eff2電機。

部分負載時效率更高

        大多數電機都很少在100%的滿負載狀況下工作。因而在非滿負載的情況下，電機的標稱效率是多少，這一點是很重要的。對于普通電機而言，則一般不提供此數據，但是EFF1電機的效率必須是在75%負載和100%負載時的效率。對于EFF1電機來說，這兩個效率值通常是相同的。

電機工作溫度低

        因為EFF1電機的效率高，有能量損失所產生的熱量非常少，所以工作時電機的溫度要比普通電機的工作溫度低。由此，高效電機就能夠在更高的環(huán)境溫度下工作，所需的環(huán)境冷卻要求也要比通常使用的標準電機低。

        同樣，受溫度影響的電機定子繞組的電阻也能保持在正常的范圍內，EFF1電機很少會出現電機定子繞組過熱的現象。這樣，電機定子繞組絕緣和電機軸承的使用壽命都會增加。

噪音低

        通常情況下，電機的噪音主要是由冷卻風扇產生的。對于EFF1電機，因為效率更高，由能量損失所產生的熱量較少，用于降低電機溫升所需的冷卻空氣也較少。所以大多數額EFF1電機的冷卻風扇都較小，從而產生的噪音也會降低。

運行成本降低

        EFF1電機能夠節(jié)省能量、減少維修成本和其它的相關運行成本，大大減少了業(yè)主成本。就此而言，EFF1電機的價格非常有競爭力。實際上，在正常工作的情況下，增加的最初采購成本在可以不到3年的時間內完全收回。

轉化效率

        計算轉化效率時要考慮電機負荷和頻率輸出的因素。但當負荷降低至30%時，效率變化將很大。

水泵效率

        泵的效率根據流量不同而不同。

        同時泵的最大效率根據泵的大小而不同，通常來講大泵會比小泵效率更高。當泵的速度改變時，泵的效率將同時改變。如果速度降低小于20％，效率的改變很小。
        雖然總效率對能耗來講是很重要的，但控制模式卻對能耗有著更大的影響。下圖展示了不同控制模式下的節(jié)能效果：

四、結論：

        隨著技術的進步，變頻技術將越來越多的被人們認可和應用，配合正確的系統(tǒng)設計（如三次泵系統(tǒng)）以及科學的選泵配泵，在使用戶感受到更高舒適性的同時，得到更加明顯的節(jié)能效果。
 

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