摘要：闡述了暖通空調運行中變頻技術用于循環水泵的廣泛性和必要性。理論上和實際運行的數值說明了變頻技術的節能效果。冬、夏季室外溫度一直在變化，而室內溫度要求的舒適度是穩定的，在變化的室外溫度條件下，要達到穩定的室內溫度，除了合理的系統設計外，還要在系統運行中不斷地進行調節。通過對各種調節方式的比較，變頻技術“變壓變流量”調節法是最方便、最經濟的。利用對室外溫度采集的數據，通過計算機對變頻調速的“智能”控制，可達到精確、經濟、節能、可靠運行之目的。
　　關鍵詞：變頻調速；室外溫度；智能；調節；循環水泵；負荷
　　0引言
　　近十幾年來，變頻器已廣泛地用于交流電動機的速度控制。工業生產中，大功率的電機（如某企業現定大于150kw的電機）必須使用變頻調速技術（或軟啟動裝置）以消除電機啟動對電流的影響，在運行中，則根據生產需要調整電機轉速。由于冬、夏季室外、濕度變化較大，而室內要求恒定的溫、濕度，暖通空調冷、熱負荷的計算依據及參數的選取較復雜，變頻技長在本領域內的使用顯得尤為重要。在暖通空調中，循環水泵為系統提供動力，其用電負荷大，對系統的運行起著重要作用，采用變頻技術，再利用穩機根據室外的溫度變化，對其進行控制。一方面，可以極大地節省水泵的電能，實現系統的節能運行；另一方面，可以提高系統的運行品質，實現高精度控制，使室內溫度更加穩定。
　　1變頻調速裝置的應用選擇
　　（l）對于小區、樓宇、廠房的供暖，空調負荷隨外界氣象條件變化會很大，如果采用流量調節的方法，就要求循環水泵的流量能容易調節和控制。尤其是現代化的熱網和智能建筑與智能小區，對這一面的要求是迫切的。
　　在一般供熱、空調系統中（如圖l所示），用戶側采用二通閥調節流量，當總管上流量減小時，壓差控制閥就會旁通掉多余的流量，多余的壓頭消耗在閥門節流上。但是，泵的流量沒有發生變化，能量沒有節約。
　　
　　（2）原有的系統，由于選型不合理或系統實際供熱、供冷面積發生變化，造成水泵運閉醫力和流量遠離額定工況，產生諸如水泵電機超電流，“大馬拉小車”等情況。
　　水泵與熱網特性曲線分析如圖2所示，當水泵實際工作點由于選擇不當或熱網阻力減小時，水泵工作點向右移動，當循環水泵與管路特性曲線不相匹配時，如果仍采用原水泵并不加節流時，工作點將會超過水泵最大流量，長期運行會燒毀電機。為了不燒毀電機，就必須采用閥門節流，水泵工作點將從c點移到A點，這樣，大量電能消耗在閥門節流上。由于閥門開得過小，會有大量管網資用壓頭浪費在閥門上，閥后壓頭減少，遠端用戶水量不足，造成嚴重的水力失調。
　　
　　當選擇水泵流量、揚程過大時會造成“大馬拉小車”的現象，如圖3所示。在這種情況下，如果不采用節流，就會使系統流量過大，造成大流量、小溫差的運行方式，這顯然是不經濟的。如果采用節流，使流量達到實際需要，浪費在閥門上的能量一定會很大，而且閥門老是工作在節流狀態下，對閥門不利（因為一般水泵出口閥門是起關斷作用的，不適合節流）。對水泵而言，在這種情況下，水泵會偏離最佳效率點，容易損壞。
　　
　　（3）分期建設的熱網或房地產項目中，供熱、空調面積加大后，流量也要加大，如果按照一期完成的負荷選擇循環水泵，二期完成后，就得重新換泵；如果按照二期完成后的負荷選擇循環水泵，一期到二期這段時間內就會浪費很多能量，而且系統運行狀況不佳。
　　2各種對策及技術經濟比較
　　針對以上3種情況，提出了多種解決方案，下面只對水就登電流情況對以下方案進行比較，見表l。
　　表1各種解決方案經濟技術比較表＊
　　＊1閥門節流指上文提到的使電動機不超電流而關小水泵出口；2并聯運行指設置2臺一用一備的水泵現在一同運行，不設備用；3系統安全性是指水泵、閥門是否易于損壞系統備用是否得當；4對電力負荷的影響是指水泵啟動安全性是否需要增容。
　　3變頻技術節能分析
　　循環水泵進行變頻控制有兩種策略，一種為“定壓變流量”；另一種為“變壓變流量”。“定壓變流量”的控制式就是通過變頻器恒定循環水泵的進出口壓差或最不利熱用戶的資用壓差來實現循環水泵的變流量運行。由圖4可以看到，如果不采用閥門節流的措施，是無法按照系統實際需要進行調整的。如果采用“變壓變流量”，根本無需調節閥門，是最方便和最節能的方式。
　　
　　圖4為采用變頻后的節能比較效果圖，A為采用閥門節流后的水泵工作狀態點，B為采用定壓變流量控制方式水泵工作狀態點，C為采用變壓變流量控制方式水泵工作狀態點，O為零點。由圖4可見，采用勿醫變流量，由于功率和流量是三次方的關系，當流量下降為額定流量的80％時，功率下降為原功率的51.2%，當流量下降為原來的50％時，功率只有原來的12.5％。節能效果不僅大大超過了閥門節流的方法，也遠勝于“定壓變流量”。大量統計結果表明，采用變頻后，每年節約電量可達30％～60%，2年內即可回收全部投資于變頻裝置的成本。
　　圖5是按月份計算的節能比較效果圖。很明顯，循環水泵采用“變壓變流量”的控制方式是最節能的.
　　
　　4循環水泵設置的形式
　　對于換熱器來說，在運行期間，換熱器對循環流量大小并無嚴格限制。因此，循環水泵的設置如圖l所示，換熱站循環泵與熱用戶循環泵合二為一。這種情況也適用于采用吸收式冷熱水饑組。吸收式冷水機組的負荷調節可以在10％～100％內無極調節；冷水流量可在50％～100％內無極調節；如果采用2臺饑組即可在25％～100％內進行調節。
　　對于鍋爐來說，鍋爐循環流量一般不應小于額定流量的70%，當循環流量過小時，會引起鍋爐浸水管水副務配不均，出現熱偏差，導致鍋爐爆管等事故；同時由于回水溫度過低，造成鍋爐尾部腐蝕。因此，常采用雙級泵系統。
　　對于壓縮式冷水饑組，流經蒸發器的流量低于其額定流量時，冷水溫度會很低，甚至結冰，造成喘振，可能引起機器停車，造成冷量波動。所以，壓縮式冷水饑組也得采用雙級泵系統。如圖6所示，冷熱源側循環泵一般采用定流量運行，負荷側泵采用變流量運行，以適應負荷的變化。
　　
　　5控制策略
　　對于流量一揚程曲線比較平緩的循環水泵，采用壓差控制比較困難，可以采用流量控制，就是時時采集泵出口流量的數值，將其與當時外溫條件下為保證室溫所需要的流量進行比較，進而通過變頻控制水泵流量，實現系統的變流量運行。
　　問題是流量的測量比較麻煩，尤其大管徑的流量測量裝置，造價十分昂貴。按圖7、圖8的控制方法對系統進行控制，不論供熱／空調系統是采用質調節、量調節，還是質、量并調的調節方式，系統供、回水溫度在室內溫度要求恒定、室外溫度已知的情況下，都是系統循環流量的單值函數。這樣，時時采集系統回水溫度或分集水器的壓差，并反饋至變頻器中，與系統在當時外溫條件下計算出的回水溫度或壓差進行比較，以指導變頻器控制循環水泵的運行頻率。
　　對于不同的供熱／空調系統，是采用壓差控制、流量控制還是溫度控制，應當綜含考慮水泵流量特性、系統調節式及各種系統參變送器的取得難易與否來確定。
　　6結束語
　　在能源日益緊張的今天，如何在各行各業節能已經成了人們廣泛關注的話題，使用變頻調速技術無疑是眾多節能方法中大有前途的一種，使用得當，必將會大大提高能源使用效率，也為用戶節約大量經費。
　　采集室外溫度的測量數據及天氣預報等剔歡，通過簡單的程序，利用計算機對循環水泵進行“智能”控制，能夠實現室外溫度變化而室內溫度隱定，以達到心幸對溫度要求的舒適度。
　　參考文獻：
　　［１］陸耀慶，實用供熱空調設計手冊［M］北京：中國建筑工業出版社，1993．
　　［２］周漠仁，流體力學泵與風機［M］北京：中國建筑工業出版社，1993．