| 變頻調(diào)速技術(shù)在風(fēng)機(jī)、泵類應(yīng)用中的節(jié)能分析
一、在工業(yè)生產(chǎn)和產(chǎn)品加工制造業(yè)中，風(fēng)機(jī)、泵類設(shè)備應(yīng)用范圍廣泛；其電能消耗和諸如閥門、擋板相關(guān)設(shè)備的節(jié)流損失以及維護(hù)、維修費(fèi)用占到生產(chǎn)成本的7%~25%，是一筆不小的生產(chǎn)費(fèi)用開支。隨著經(jīng)濟(jì)改革的不斷深入，市場競爭的不斷加劇；節(jié)能降耗業(yè)已成為降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量的重要手段之一。
二、通常在工業(yè)生產(chǎn)、產(chǎn)品加工制造業(yè)中風(fēng)機(jī)設(shè)備主要用于鍋爐燃燒系統(tǒng)、烘干系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)等場合，根據(jù)生產(chǎn)需要對爐膛壓力、風(fēng)速、風(fēng)量、溫度等指標(biāo)進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)以適應(yīng)工藝要求和運(yùn)行工況。
而最常用的控制手段則是調(diào)節(jié)風(fēng)門、擋板開度的大小來調(diào)整受控對象。這樣，不論生產(chǎn)的需求大小，風(fēng)機(jī)都要全速運(yùn)轉(zhuǎn)，而運(yùn)行工況的變化則使得能量以風(fēng)門、擋板的節(jié)流損失消耗掉了。在生產(chǎn)過程中，不僅控制精度受到限制，而且還造成大量的能源浪費(fèi)和設(shè)備損耗。從而導(dǎo)致生產(chǎn)成本增加，設(shè)備使用壽命縮短，設(shè)備維護(hù)、維修費(fèi)用高居不下。泵類設(shè)備在生產(chǎn)領(lǐng)域同樣有著廣闊的應(yīng)用空間，提水泵站、水池儲罐給排系統(tǒng)、工業(yè)水（油）循環(huán)系統(tǒng)、熱交換系統(tǒng)均使用離心泵、軸流泵、齒輪泵、柱塞泵等設(shè)備。而且，根據(jù)不同的生產(chǎn)需求往往采用調(diào)整閥、回流閥、截止閥等節(jié)流設(shè)備進(jìn)行流量、壓力、水位等信號的控制。這樣，不僅造成大量的能源浪費(fèi)，管路、閥門等密封性能的破壞；還加速了泵腔、閥體的磨損和汽蝕，嚴(yán)重時損壞設(shè)備、影響生產(chǎn)、危及產(chǎn)品質(zhì)量。
風(fēng)機(jī)、泵類設(shè)備多數(shù)采用異步電動機(jī)直接驅(qū)動的方式運(yùn)行，存在啟動電流大、機(jī)械沖擊、電氣保護(hù)特性差等缺點(diǎn)。不僅影響設(shè)備使用壽命，而且當(dāng)負(fù)載出現(xiàn)機(jī)械故障時不能瞬間動作保護(hù)設(shè)備，時常出現(xiàn)泵損壞同時電機(jī)也被燒毀的現(xiàn)象。近年來，出于節(jié)能的迫切需要和對產(chǎn)品質(zhì)量不斷提高的要求，加之采用變頻調(diào)速器（簡稱變頻器）易操作、免維護(hù)、控制精度高，并可以實(shí)現(xiàn)高功能化等特點(diǎn)；因而采用變頻器驅(qū)動的方案開始逐步取代風(fēng)門、擋板、閥門的控制方案。
三、節(jié)能計算：對于風(fēng)機(jī)、泵類設(shè)備采用變頻調(diào)速后的節(jié)能效果，通常采用以下兩種方式進(jìn)行計算：1、根據(jù)已知風(fēng)機(jī)、泵類在不同控制方式下的流量－負(fù)載關(guān)系曲線和現(xiàn)場運(yùn)行的負(fù)荷變化情況進(jìn)行計算。以一臺IS150-125-400型離心泵為例，額定流量200.16m3/h，揚(yáng)程50m；配備Y225M-4型電動機(jī)，額定功率45kW。泵在閥門調(diào)節(jié)和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)時的流量－負(fù)載曲線如下圖示。
根據(jù)運(yùn)行要求，水泵連續(xù)24小時運(yùn)行，其中每天11小時運(yùn)行在90%負(fù)荷，13小時運(yùn)行在50%負(fù)荷；全年運(yùn)行時間在300天。則每年的節(jié)電量為：W1=45×11×（100%－69%）×300=46035kW•h W2=45×13×（95%－20%）×300 =131625kW•h W = W1＋W2=46035＋131625=177660kW•h 每度電按0.5元計算，則每年可節(jié)約電費(fèi)8.883萬元。2、根據(jù)風(fēng)機(jī)、泵類平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載關(guān)系式：P / P0=（n / n0）3計算，式中為P0額定轉(zhuǎn)速n0時的功率；P為轉(zhuǎn)速n時的功率。以一臺工業(yè)鍋爐使用的22 kW鼓風(fēng)機(jī)為例。
運(yùn)行工況仍以 24小時連續(xù)運(yùn)行，其中每天11小時運(yùn)行在90%負(fù)荷（頻率按46Hz計算,擋板調(diào)節(jié)時電機(jī)功耗按98%計算），13小時運(yùn)行在50%負(fù)荷（頻率按20Hz計算，擋板調(diào)節(jié)時電機(jī)功耗按70%計算）；全年運(yùn)行時間在300天為計算依據(jù)。則變頻調(diào)速時每年的節(jié)電量為：W1=22×11×[1－（46/50）3]×300=16067kW•h W2=22×13×[1－（20/50）3]×300=80309kW•h Wb = W1＋W2=16067＋80309=96376 kW•h 擋板開度時的節(jié)電量為：W1=22×（1－98%）×11×300=1452kW•h W2=22×（1－70%）×11×300=21780kW•h Wd = W1＋W2=1452＋21780=23232 kW•h相比較節(jié)電量為：W= Wb－Wd=96376－23232=73144 kW•h
每度電按0.5元計算，則采用變頻調(diào)速每年可節(jié)約電費(fèi)3.657萬元。某工廠離心式水泵參數(shù)為：離心泵型號6SA-8，額定流量53. 5 L/s，揚(yáng)程50m；所配電機(jī)Y200L2-2型37 kW。對水泵進(jìn)行閥門節(jié)流控制和電機(jī)調(diào)速控制情況下的實(shí)測數(shù)據(jù)記錄如下：流 量L/s 時 間（h） 消耗電網(wǎng)輸出的電能（kW•h）
閥門節(jié)流調(diào)節(jié) 電機(jī)變頻調(diào)速 47 2 33.2×2=66.4 28.39×2=56.8 40 8 30×8=240 21.16×8=169.330 4 27×4=108 13.88×4=55.5 20 10 23.9×10=239 9.67×10=96.7合計 24 653.4 378.3 相比之下，在一天內(nèi)變頻調(diào)速可比閥門節(jié)流控制節(jié)省275.1 kW•h的電量，節(jié)電率達(dá)42.1%。
四、風(fēng)機(jī)、泵類等設(shè)備采用變頻調(diào)速技術(shù)實(shí)現(xiàn)節(jié)能運(yùn)行是我國節(jié)能的一項(xiàng)重點(diǎn)推廣技術(shù)，受到國家政府的普遍重視，《中華人民共和國節(jié)約能源法》第39條就把它列為通用技術(shù)加以推廣。實(shí)踐證明，變頻器用于風(fēng)機(jī)、泵類設(shè)備驅(qū)動控制場合取得了顯著的節(jié)電效果，是一種理想的調(diào)速控制方式。既提高了設(shè)備效率，又滿足了生產(chǎn)工藝要求，并且因此而大大減少了設(shè)備維護(hù)、維修費(fèi)用，還降低了停產(chǎn)周期。直接和間接經(jīng)濟(jì)效益十分明顯，設(shè)備一次性投資通常可以在9個月到16個月的生產(chǎn)中全部收回。
 
大型建筑物中央空調(diào)節(jié)能的兩種有效途徑
一、中央空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能措施與辦法除了傳統(tǒng)的加強(qiáng)調(diào)試運(yùn)行管理外，還應(yīng)該充分利用現(xiàn)在的變頻節(jié)能新技術(shù)來加以解決。
建筑物的中央空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備負(fù)荷通常都是按照最大負(fù)荷來設(shè)計計算和配置的，一般都有 1.5 倍左右的使用余量。實(shí)際上最大使用時間往往是很少，每年大約不超過一個月。但是中央空調(diào)的大量風(fēng)機(jī)，水泵等運(yùn)行設(shè)備都是在 50Hz 標(biāo)準(zhǔn)電源下運(yùn)轉(zhuǎn)，也就是在滿負(fù)荷下工作，使整個系統(tǒng)處于能源利用率較低的高速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。不但浪費(fèi)大量電能，而且還帶來設(shè)備磨損，縮短壽命等一系列問題。傳統(tǒng)的辦法是對風(fēng)機(jī)水泵直接配置變頻裝置，但是簡單的變頻調(diào)速處理往往節(jié)電有限，并有可能影響系統(tǒng)的正常安全工作。
如果在中央空調(diào)節(jié)能運(yùn)行上應(yīng)用模糊控制理論與變頻技術(shù)相接合的智能化成套技術(shù)設(shè)備后,它能根據(jù)中央空調(diào)的末端負(fù)荷的變化和空調(diào)主機(jī)的運(yùn)行狀況自動對冷熱水泵、冷卻水泵、冷卻塔風(fēng)機(jī)等常規(guī)設(shè)備實(shí)施實(shí)時優(yōu)化控制，使得系統(tǒng)水流量隨空調(diào)負(fù)荷而同步變化。在保證使用要求前提下，達(dá)到降低電耗的目的。
該成套設(shè)備的核心技術(shù)是變流量控制器，通過各類傳感器建立的數(shù)據(jù)庫和已設(shè)計的模糊控制運(yùn)行模型，運(yùn)用模糊運(yùn)算規(guī)則，最終達(dá)到智能模糊控制的目的。各個獨(dú)立的子系統(tǒng)，在各種變化的負(fù)荷條件下，變流量運(yùn)行均能保證處于最佳節(jié)能工作狀態(tài)。
該套系統(tǒng)設(shè)備安裝測試后，對于一般中央空調(diào)，水，風(fēng)，主機(jī)等系統(tǒng)平均節(jié)電可達(dá) 30％-50％。
二、中央空調(diào)節(jié)能方法的另一重要途徑就是盡可能提高系統(tǒng)設(shè)備的熱交換效率。盡可能提高改善各部位換熱設(shè)備的傳熱系數(shù)(如主機(jī)冷凝器蒸發(fā)器、風(fēng)機(jī)盤管和冷卻塔等熱交換設(shè)備)。
中央空調(diào)系統(tǒng)大部分都以水為介質(zhì)，循環(huán)運(yùn)行實(shí)現(xiàn)熱量的傳遞。其中水質(zhì)的處理好壞對能耗的變化極為敏感，影響較大。因?yàn)樗械母鞣N鹽類沉淀會造成兩個后果：即造成設(shè)備管道大量結(jié)垢和不斷產(chǎn)生金屬材料的腐蝕。
水處理方法是通過加藥進(jìn)行化學(xué)處理。化學(xué)處理投藥的品種很多，如阻垢劑、分散劑、穩(wěn)定劑、保護(hù)劑，緩蝕劑等。加藥的方法分為人工或自動兩大類。
水質(zhì)處理的節(jié)能效果是十分顯著的，中央空調(diào)系統(tǒng)管道設(shè)備的傳熱系數(shù)可以穩(wěn)定的保持在設(shè)計參數(shù)范圍之中。如果中央空調(diào)運(yùn)行使用五年以后，其節(jié)能效果仍可達(dá) 10%-20％左右。當(dāng)前，上述兩種中央空調(diào)新技術(shù)，正在大型建筑中逐步推廣，特別是老酒店、商住大廈中央空調(diào)系統(tǒng)更應(yīng)該盡早地做節(jié)能改造。
 
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