變頻調(diào)速水泵在暖通空調(diào)系統(tǒng)中應(yīng)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(jīng)濟(jì)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。格蘭富公司生產(chǎn)的主要產(chǎn)品為離心泵，是葉片泵的一種，亦為應(yīng)用為廣泛的泵型。此種泵的工作原理是靠葉輪高速旋轉(zhuǎn)時葉片撥動液體旋轉(zhuǎn)，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(yīng)用領(lǐng)域涉及生活熱水供水、污水排水、工業(yè)應(yīng)用、商業(yè)建筑暖通空調(diào)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(shè)備，它的運(yùn)轉(zhuǎn)需要消耗大量的動力！據(jù)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(shù)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(diào)系統(tǒng)，是按單獨(dú)質(zhì)調(diào)節(jié)的運(yùn)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(wǎng)的所需流量，一般按照外網(wǎng)理論流量的1.1～1.2倍，揚(yáng)程按管路及用戶總阻力的1.05～1.10倍進(jìn)行選擇，這時對應(yīng)的軸功率已大于100%�？梢姲炊�流量的運(yùn)行方式，水泵運(yùn)行電耗是很大的。而且?guī)�來的調(diào)節(jié)效果也不十分理想。

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

    除了通過改變閥門開度完成對水泵運(yùn)行點(diǎn)的調(diào)節(jié)，我們還可以采用改變泵轉(zhuǎn)速的方法：

    由可以看出：當(dāng)泵的轉(zhuǎn)速改變后泵的性能曲線將同時改變，而轉(zhuǎn)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(yáng)程和軸功率均與水泵的葉輪轉(zhuǎn)速之間存在著一定的比例關(guān)系：

    如由此可以看出，水泵的揚(yáng)程與電機(jī)轉(zhuǎn)速的平方成正比，水泵的軸功率與電機(jī)轉(zhuǎn)速的立方成正比。即當(dāng)水泵的流量降低20%的時候，電機(jī)的轉(zhuǎn)速應(yīng)降低20%，水泵的電耗將降低50%；當(dāng)水泵的流量降低50%的時候，電機(jī)的轉(zhuǎn)速就降低50%，水泵的電耗降低87.5%。當(dāng)系統(tǒng)需要的流量降低時，通過降低轉(zhuǎn)速，相應(yīng)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(diào)節(jié)，也避免了采用閥門調(diào)節(jié)時不必要的閥門壓頭損耗。

    二：速度控制的原理：

    當(dāng)流量降低時，控制器將檢測壓力信號（通過傳感器或者電機(jī)電流或轉(zhuǎn)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(shè)定點(diǎn)）。反之，當(dāng)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(shè)定點(diǎn)）。

    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(yán)格意義上說，我們應(yīng)該衡量的是其總效率：

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

何為電機(jī)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(jī)進(jìn)行了定義。同樣歐盟也有類似的定義，歐洲電機(jī)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(nèi)的高效電機(jī)制定了低要求的定義。現(xiàn)在CEMEP和EPACT分別是50Hz和60HZ世界上公認(rèn)的高效電機(jī)標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)CEMEP標(biāo)準(zhǔn)，電機(jī)的效率被分為三個等級：EFF1-高效率等級；EFF2-中等效率等級；EFF3-低效率等級。

    現(xiàn)在格蘭富生產(chǎn)的水泵可以配置EFF1(CEMEP標(biāo)準(zhǔn)的電機(jī))。

    Eff1電機(jī)有何優(yōu)點(diǎn)呢？

    *效率更高

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

    *部分負(fù)載時效率更高

    大多數(shù)電機(jī)都很少在100%的滿負(fù)載狀況下工作。因而在非滿負(fù)載的情況下，電機(jī)的標(biāo)稱效率是多少，這一點(diǎn)是很重要的。對于普通電機(jī)而言，則一般不提供此數(shù)據(jù)，但是EFF1電機(jī)的效率必須是在75%負(fù)載和100%負(fù)載時的效率。對于EFF1電機(jī)來說，這兩個效率值通常是相同的。

    *電機(jī)工作溫度低

    因為格蘭富EFF1電機(jī)的效率高，有能量損失所產(chǎn)生的熱量非常少，所以工作時電機(jī)的溫度要比普通電機(jī)的工作溫度低。由此，高效電機(jī)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(biāo)準(zhǔn)電機(jī)低。

    同樣，受溫度影響的電機(jī)定子繞組的電阻也能保持在正常的范圍內(nèi)，格蘭富EFF1電機(jī)很少會出現(xiàn)電機(jī)定子繞組過熱的現(xiàn)象。這樣，電機(jī)定子繞組絕緣和電機(jī)軸承的使用壽命都會增加。

    *噪音低

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

    *運(yùn)行成本降低

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

    轉(zhuǎn)化效率

    計算轉(zhuǎn)化效率時要考慮電機(jī)負(fù)荷和頻率輸出的因素。但當(dāng)負(fù)荷降低至30%時，效率變化將很大。

    水泵效率

    泵的效率根據(jù)流量不同而不同。

同時泵的大效率根據(jù)泵的大小而不同，通常來講大泵會比小泵效率更高。當(dāng)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(jié)論：

    隨著技術(shù)的進(jìn)步，變頻技術(shù)將越來越多的被人們認(rèn)可和應(yīng)用，配合正確的系統(tǒng)設(shè)計（如三次泵系統(tǒng)）以及科學(xué)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。