冷凍水泵和冷卻水泵的容量是按照最大設計熱負載 (即最高氣溫時)標明的,且留有10%左右的餘量。在一年四季中,水泵系統長期在固定的最大水流量下工作。由于季節、晝夜的溫度變化及使用者負荷的變化,裝置實際的熱負載在絕大部分時間内遠比設計負載低。由圖1可見,與決定水泵流量和壓力的最大設計負載(負載率為100%)相比,一年中負載率在50%以下的運作小時數約占全部運作時間的50%以上。一般冷凍水設計溫差為6-8℃,冷卻水的設計溫差5-7℃最為理想,而事實上在全年絕大部分運作時間裡,冷凍水、冷卻水的溫差僅為2-4℃、即水泵系統長期在低溫差、大流量情況下工作,進而增加了管路系統的能量損失、浪費了水泵運作的輸送能量。
是以,采用節能控制系統,可使水泵的轉速随室内溫度的變化而自動調整轉速(或自動停止、啟動水泵)水泵全年平均節能率保證達到40%以上。
變流量控制系統的節能效果是十分突出的,請見下面的比較曲線:
對冷凍泵及冷卻泵組采用微電腦恒壓供水控制系統,使水泵根據外界溫度的變化及使用者使用空調的狀況,在不影響冷氣效果的前提下實作對工頻運作水泵“自動停止、自動啟動”控制,最大限度地提高節能效果有效地降低值班人員的工作強度。
A.對于冷凍水系統,低溫冷凍水(出水)的溫度由制冷主機控制(7℃左右),一般來說,我們隻需控制高溫冷凍水(回水)的溫度,即可控制冷凍水的溫差。但是,對于一些用冷量變化較大的系統,盡管制冷主機對低溫冷凍水(出水)有調節作用,但其溫度仍有較大的波動。為此,我們采用兩個溫度變送器、一個PID溫差調節器和一台變頻器組成溫差閉環控制系統,對冷凍水的出水、回水的溫度進行控制,使冷凍水泵的轉速相應于熱負載的變化而變化。
B.對于冷卻水系統,由于其高溫冷卻水 (出水)和低溫冷卻水(回水)的溫度變化較大,為保證工藝需求,我們隻能采用溫差控制方式,即采用兩個溫度變送器、一個PID溫差調節器和一台變頻器組成閉環控制系統,對冷卻水進行溫差控制,使冷卻水泵的轉速相應于熱負載的變化而變化。
關于冷凍水泵末端的壓力問題:
冷凍水泵降低轉速運作,人們擔心會不會影響末端壓力不足,導緻缺水現象。實際上,由于轉速雖然會使水泵供水壓力降低,然而管道特性的壓力損失也會随流量的減少而減少,即需要的壓力也會減少,供水壓力與轉速的二次方成正比例降低,需要壓力(管道損失)則與流量的二次方成正比減少,二者可以互相補償。另外,由于冷凍水系統是一個閉環的水系統,瓷瓶流動提供動力,即水泵轉速下降對冷凍水系統的正常工作沒有影響,這與普通的供水系統有所差別。
循環水泵控制系統的節能:
在一般供熱、空調系統中,使用者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餘的流量,多餘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。
舊有的系統,由于選型不合理,或系統實際供熱、供冷面積發生變化,造成水泵運作壓力和流量遠離額定工況,産生諸如水泵電機超電流,“大馬拉小車”等情況。
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,如下圖水泵與熱網特性曲線分析圖2所示:
由圖可見,當循環水泵與管路特性曲線不相比對時,如果仍采用原水泵并不加節流時,工作點将會超過水泵最大流量,長期運作會燒毀電機。為了不燒毀電機,就必須采用閥門節流,水泵工作點将從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,閥後壓頭減少,遠端使用者水量不足,造成嚴重的水力失調。
當選擇水泵流量、揚程過大造成“大馬拉小車”時,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、小溫差的運作方式,這顯然是不經濟的。如果采用節流,使流量達到實際所需要的,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态下,對閥門不利(因為一般水泵出口閥門是起關斷作用的,不适合節流)。對水泵而言,一般這種情況下,水泵會偏離最佳效率點,容易損壞。
分期建設的熱網或房地産項目中,供熱、空調面積加大後,流量也要加大,此時如果按照一期完成的負荷選擇循環水泵,二期完成後,就得重新換泵;如果按照二期完成後的負荷選擇循環水泵,一期到二期這段時間内就會浪費很多能量,而且系統運作狀況不佳。
對循環水泵進行變頻控制有兩種政策,一種為“定壓變流量”,另一種為“變壓變流量”;“定壓變流量”的控制方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使用者的資用壓差,來實作循環水泵的變流量運作。由下圖可以看到,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”,根本無須調節閥門,是最友善和最節能的方式。
循環水泵設定的兩種形式:
對于換熱器來說,在運作期間,換熱器對循環流量大小并無嚴格限制。是以,循環水泵的設定一般如下圖所示,換熱站循環泵與熱使用者循環泵合二為一。這種情況也适用于采用吸收式冷熱水機組,吸收式冷水機組的負荷調節可以在10~100%内無級調節;冷水流量可在50~100%内無級調節,如果采用兩台機組即可在25~100%内進行調節。
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量配置設定不均,出現熱偏差,導緻鍋爐爆管等事故;同時由于回水溫度過低,造成鍋爐尾部腐蝕。是以常采用雙級泵系統。
對于壓縮式冷水機組,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。是以,壓縮式冷水機組也得采用雙級泵系統。冷熱源側循環泵一般采用定流量運作,負荷側泵采用變流量運作,以适應負荷的變化。
對于流量-揚程曲線比較平緩循環水泵,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,将其與當時外溫條件下為保證室溫所需要的流量比較,進而通過變頻控制水泵流量,實作系統的變流量運作。
不論供熱/空調系統是采用質調節、量調節,還是品質并調的調節方式,系統供回水溫度在室内溫度要求恒定、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,并回報至變頻器中,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,指導變頻器控制循環水泵的運作頻率。
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,應當綜合考慮水泵流量特性、系統調節方式,各種系統參數變送器的取得難易與否來确定。
這套控制政策實作于變頻控制櫃中非常容易,并可以通過一定的通訊方式與上位機聯系,實作集散式控制。
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