变频调速循环水泵经济性分析

第２５卷增、，０１．２５　刊　辽宁工程技术大学学报　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｌｉａｏｎｉｎｚ　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉ　２００６年６月　Ｊｕｎ．　２０ｏ６　Ｓｕｏｏｌ　文章编号：１００８．０５６２（２００６）增刊１－０２３７．０２　变频调速循环水泵经济性分析　钟瑞兴，李文华，任适远　（辽宁工程技术大学机械工程学院，辽宁阜新１２３０００）　摘　要：针对目前主要采用阀门调节管路流量而造成能源浪费的问题，提出通过变频调速改变流量的观点。应用流体机械相似定律　及电工学原理，阐明变频调速原理。结合中国各地的实际情况，对采用此方法的循环水泵进行经济性分析，得出天气越冷、电价越高　的地方，变频调速更具优越性，从而指出变频调速的科学性与经济性。　关键词：循环水泵；变频调速；经济性　中图分类号：ＴＫ４１４．２　文献标识码：Ａ　Ｅｃｏｎｏｍｉｃａｌ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｆｏｒ　ｃｉｒｃｕｌａｔｏｒｙ　ｐｕｍｐ　ｏｆ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ　ＺＨｏＮＧ　Ｒｕｉ．ｘｉｎｇ，Ｌｉ　Ｗｅｎ－ｈｕａ，ＲＥＮ　Ｓｈｉ－ｙｕａｎ　（Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｌｉａｏｎｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｆｕｘｉｎ　１２３０００，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｖｉｅｗ　ｏｆ　ｅｎｅｒｇｙ　ｗａｓｔｅ　ｗｉｌｌ　ｂｅ　ｍａｄｅ　ｍａｉｎｌｙ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｒｅｇｕｌａｔｉｎｇ　ｖａｌｖｅ　ｔｏ　ｃｈａｎｇｅ　ｔｈｅ　ｆｌｏｗ，ｔｈｅ　ｐｏｉｎｔ　ｏｆ　ａｄｏｐｔｉｎｇ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ　ｉｓ　ｐｕｔ　ｆｏｒｗａｒｄ　ｔｏ　ｃｈａｎｇｅ　ｈｅ　ｔｌｆｏｗ．１１】ｅ　ｎａａｌｏｇｉｃａｌ　ｌａｗ　ｏｆ　ｌｆｕｉｄ　ａｃｈｉｍｎｅｓ　ｎｄ　ａｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｏｆ　ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　ａｌｅ　ａｐｐｌｉｅｄ　ｔｏ　ｅｘｐｌａｉｎ　ｈｅ　ｔｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｏｆ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ．Ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ　ｈｅ　ｔａｃｔｕａｌ　ｃｏｎｄｉｉｔｏｎｓ　ａｌｌ　ｏｖｅｒ　Ｃｈｉｎａ　ｈｅ　ｔｅｃｏｎｏｍｉｃａｌ　ｅｆｉｃｉｆｅｎｃｙ　ｎａａｌｙｓｉｓ　ｉｓ　ｃａｒｄｅｄ　ｏｕｔ　ｆｏｒ　ｍｅ　ｃｉｒｃｕｌａｔｏｒｙ　ｐｕｍｐ　ｗｈｉｃｈ　ａｐｐｒｉｅｓ　ｈｅ　ｔｔｃｈｎｉｅｑｕｅ．　ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎ　ｉｓ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｃｏｌｄｅｒ　ｔｈｅ　ｗｅａｔｈｅｒ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｈｉｇｈｅｒ　ｔｈｅ　ｐｒｉｃｅ　ｏｆ　ｅｌｃｔｅｒｉｃｉｔｙ，ｔｈｅ　ｍｏｒｅ　ｏｂｖｉｏｕｓ　ｔｈｅ　ｓｕｐｅｒｉｏｒｉｙｔ　ｏｆ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ　ｉｓ．Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ，ｔｈｅ　ｓｃｉｅｎｔｉｉｆｃ　ａｎｄ　ｃｏｎｏｍｅｉｃ　ｅｆｉｃｉｆｅｎｃｙ　ｏｆ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ－ｐｕｍｐ　Ｃａｎ　ｅ　ｂｐｒｏｖｅｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｃｉｒｃｕｌａｔｏｒｙ　ｐｕｍｐ：ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ：ｅｃｏｎｏｍｉｃ　ｅｆｉｃｉｆｅｎｃｙ　引　言　目前，改变水泵工作点位置的方法是人为地改　变管路性能曲线，靠改变阀门阻力来改变流量的，　这需额外增加阻力，伴随能量的损失和浪费。为了　克服这些缺点，同时适应国家能源发展要求，笔者　应用变频调速的方法改变流量，并对采此方法带来　的效益进行深入分析。　由电工学得，异步电机的理论转数为　ｎ＝６Ｏｆ（１－ｓ）／Ｐ　（２）　式中，厂为电源频率；Ｐ为电机磁极对数；Ｓ为电　机转差。从式（２）可得，改变电源频率即可改变电机　的转速，从而达到调节流量的目的。　由系统的运行情况可知，设备在开始运行时负　荷最大，由流量传感器经调节器至微机，由微机控　制变频器，使变频器输出的频率上升，电动机开始　旋转并转速逐渐升高至最大。当负荷减小，这时利　用微机控制变频器，使变频运行的电动机按照系统　中预先设定的程序进行运转，即降低电源频率，从　而降低电动机的转速，让设备继续在低负荷运行，　达到所需的流量要求。这样，节电率一般在２０％　３Ｏ％。变频装置的调整范围可达２０：１，且可基本保　持异步电动机特性。　１水泵变频控制的基本原理　由相似定律，改变泵或风机的转数ｎ时，其效　率基本不变，但流量、压头及功率都按下式改变…　ａ／Ｑｍ＝、３Ｈ　ｆ　Ｈｍ＝　Ｎ　ｆ　Ｎｍ＝ｎ／ｎｍ　、）　由式（１）可将泵在某一转速下的性能曲线　换　算成另一转速下的新的性能曲线　。它与不变的管　路性能曲线ＣＥ的交点（即工作点）由Ａ点变至Ｄ　点，则泵的流量由　变至ａｏ（如图１）。　２全年变流量运行的电耗计算　／　／　ｔＷ　／　——　－　ｌ　ｙ　１．０　。，　，　＾　Ｉ　Ｘ　１．０　图ｌ　改变泵或风机性能曲线的调节法　Ｆｉｇ．１　ｗａｙ　ｏｆ　ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ　ｂｙ　ｃｈａｎｇｉｎｇ　ｔｈｅ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｃｕｒｖｅｏｆｐｕｍｐｏｒｆａｎ　图２无因次年延续负荷图　Ｆｉｇ．２　ｏｎｅ　ｙｅａｒ’ｓ　ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｌｅｓｓ　ｃｏｎｔｉｎｕｉｎｇ　ｌｏａｄ　收稿日期：２００６—０３．１５　作者简介：钟瑞兴（１９８３一），男，广东珠海人，硕士研究生。主要从事的动力检测与控制研究。本文编校：焦丽　维普资讯 http://www.cqvip.com

２３８　无因次年延续负荷如图２Ｌ２Ｊ。　辽宁工程技术大学学报　质量并调方案，则有　：增刊　其中，１，表示无因次室外温度，ｘ表示无因　次延续时间，Ｑ表示无因次热负荷，即　ｆ　一ｆｗ　１　ｌ，＝（ｆｗ—ｔｗ）／（ｔｗｑ—ｔｗ）　Ｘ＝（｜Ｉｚ一｜ＩｚＤ），（　一ｈｏ）　ａ＝ａ／Ｑ　（３）　（４）　毗　＝（ｅ（　２投资回收期计算　＝一㈤）　式中，ｆＷ为任意外温；ｔ　ｗ为设计外温；ｆＷａ为供热　起始外温；ｈ为ｔｗ下的延续小时数；ｈｏ为ｔ，ｗ下的　延续小时数；ｈｓ为全年供热延续小时数：　、　分　对于北京地区，供热室外设计温度　１２℃，室内设计温度ｆ　＝１８℃，室外平均　别为任意外温和设计外温下的热负荷Ｉ３Ｊ。　在无因次年延续负荷图中，存在ｘ＝　ｙＪ关系，　对我国不同地区气象资料统计，可将上述函数拟合　为如下关系　Ｘ　：　６：　Ｂ（ｉ１ＹＨ　（１　（５）　）　。置　Ｙ＝　Ａ（ｉ）Ｘ卜。　（６　Ｊ　一　式中ＡｆｆＪ，　ｆｆＪ为拟合系数，对于确定的地区为常　数，可由有关资料中查找。　供热系统在ｔｗ＜￣ｔ，Ｗ时，ａ一＝１．０此时循环流量　Ｇ按设计流量Ｇ，运行，即Ｇ一＝１．０，　＞ｔ　ｗ和ｆＷ　≤ｆＷａ期间，循环流量按变流量运行，即Ｇ＜Ｇ’，或　＜１．０，亦即　＜１．０。　全年循环水泵的电耗量Ｅ即为这两部分电耗　量之和。　＇＇Ｅ：Ｅ＋Ｅ：　ＧｉＨ＇￣ｉＧＨｈｏ　．—‘　‘＋——＿－百３６７ｒ／ｉ　３６７ｒ／　＝　ｆ　＋　ｉ＝ｌ　＿）：　（ｊ：　（７）　式中，巨为ｔｗｑ　ｔｗ＞　期间的电耗量，ｋＷ．ｈ；　为ｔｗ　ｔｗ时的电耗量，ｋＷ．ｈ；Ｇ』为某一外温区间　ｆ的循环流量，　；日　为某一外温区间ｉ的水泵扬　程，ｍ；　为某一外温区间ｉ的延续小时数，ｈ；　为某一外温区间　的水泵效率；日’、７７’分别为循环　水泵的设计扬程和额定功率。对于变频调速，可视　７７　。　如果实行集中质调节，则全年循环水泵总电耗Ｅ。为　Ｅ　：旦　ｈ　（８）３６７ｒ／一ｓ　　则全年变流量运行下的相对电耗Ｅ为　＝（　ｄｈ＋Ｊｆｌ０），　（９）　式中，Ｇ为　或Ｑ的函数，由于采用室内双管的　温度　＝－１．６℃，全年供热小时数　＝３０２４ｈ，ｔｗ　下的延续小时数为６４３ｈＩ４Ｊ。所以相对电耗　＝（　ｌ　叫ｗ／ｌｄｈ＋ＪＩｌ０）／　＝０．７２７（１ｎ　１１）　年净收益　：（１一　１Ｎ　．ｈ　．Ｃ　元　（１２）　式中，Ⅳ尸循环水泵的电机功率，ｋｗ；ｈ　为全年制　冷延续小时数，ｈ；　为电价，元／ｋＷｈ－；　若初投资为Ｃ，静态回收期乃可按下式计算　，＝Ｃ／　年　（１３）　供热系统循环水泵０．５—０．６Ｗ／ｍ２，变频器比价　为７００—１２００元／ｋｗ，电价取０．４元　ｗｈ，则可计算　北京地区静态回收期为４．４年。下表列出我国５个　城市的相对电耗值及回收期。　表１　循环水泵变频调速的经济性分析　Ｔａｂ．１　ｅｃｏｎｏｍｉｃａｌ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ　ｔｉｍｉｎｇ　ｆｏｒ　ｃｉｒｃｕｌａｔｏｒｙ　ｐｕｍｐ　３　结　论　由上述资料可知，气候愈寒冷的地区，相对电　耗值越小，回收期将越短，电价越高的地方，水泵　采用变频调速就越经济。该表所列各地区回收年　限，是指供热系统所有循环水泵全部进行变频调速　时的数据。若运行中的循环水泵，有一半仍按额定　功率运行（即额定转速、额定流量），另一半按变　频调速变流量运行，则初投资可减少一半，相应的　回收年限可缩短至１—３年，节能效益就更加明显，　可见积极推广调速水泵是很有意义的。　参考文献：　［１】余华明．制冷流体机械［Ｍ】．北京：人民邮电出版社，２００３：４７．５０．　［２】石兆玉．供热系统运行调节与控制［Ｍ】．北京：清华大学出版社，　１９９８：２５６．２６０．　［３】李德英．供热工程［Ｍ】．北京：中国建筑工业出版社，２００４：２１４．２２２．　［４】建筑工程常用数据系列手册编写组．暖通空调常用数据手册［ｓ】．北京：　中国建筑工业出版社，２００２。ｆ２）：ｌＯ．２３．