变频技术在热水供暖循环系统中的应用

来源 :城市建设理论研究 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jxhxf0
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  冬季供暖问题是关系居民生活切身利益的大事,现在供暖企业自负盈亏,既要使居民供暖温度达到标准又要使企业的运行成本达到最低,这就要求供暖企业挖掘内部潜力,做好供暖调节工作。因此,对整个热水供暖系统进行合理的供暖调节就变得至关重要。热水锅炉及采暖系统运行过程中除应对运行参数、燃烧工况进行控制与调整外,还应根据采暖季节(初冬还是严寒)、采暖时间(白天还是夜间)等情况对供热量进行调节。
  供暖系统的网络循环泵将循环水送到锅炉和锅炉循环水进行热交换,网络循环水再送到各个换热站。采暖回水又通过循环泵送到换热器再进行热交换如此循环下去。如果循环水在循环过程中发生丢失补水系统自动起动,自动跟踪二次回水管的压力变化而变化,最后维持系统平衡。可以看出供暖换热系统的工作过程是一个不断地进行热交换的能量传递过程,而循环水系统是能量的主要传递者。
  常规循环水泵的选择主要有两种方式:
  一种是按单独质调节的运行方式选择循环水泵,选泵的原则是泵的流量不能小于外网的所需流量。在进行质调节时,只改变供暖系统的回水温度,而系统循环水量保持不变。这种调节方式消耗电能较多,同时对于有多种热负荷的热水供暖系统,在室外温度较高时,如仍按质量调节供暖,往往难以满足其他热负荷的要求。我公司在改造前采用的就是这种方式。
  另一种是按流量调节的运行方式选择循环水泵,流量调节就是将采暖期按室外温度的高低分成初寒、寒冬和末寒三个区间。即指在寒冬区使用流量大的循环泵;在初寒和末寒区使用流量小的循环泵。采用分区间改变流量的调节时,每个区间管网循环流量应保持不变。其中一台循环泵的流量和扬程按计算值的100%选择,另一台循环泵的流量和扬程按计算值的75%选择,这样可以提高循环泵的运转经济指标,并减少水泵运行的电能消耗。
  《民用建筑节能设计标准》规定,供热系统中循环水泵的电功耗一般应控制在单位建筑面积0.35~0.45W/m2的范围内,实际上约为0.5~0.6 W/m2,甚至高达0.6~0.9 W/m2。利用变频技术,可使电能消耗降低到合理的范围。
  对循环水泵性能分析可知:水泵的流量、扬程和轴功率均与水泵的叶轮转速之间存在着一定的比例关系。亦即:
  
  
  由此可以看出,水泵的扬程与流量的平方成正比,水泵的轴功率与流量的立方成正比。当水泵的流量降低20%的时候,电机的转速应降低20%,水泵的电耗将降低50%;当水泵的流量降低50%的时候,电机的转速就降低50%,水泵的电耗降低87.5%。因此,当系统需要的流量降低时,相应地水泵的流量降低,节约电能效果显著。
  依据某水泵样本:ISB200/150400-50A型水泵在标准转速1450rpm下的特性曲线图,根据水泵流量、扬程、轴功率和转速之间的关系,分别绘制ISB200/150-400-50A型水泵在转速为1450rpm、850rpm和550rpm下的流量-扬程曲线和流量-功率曲线。
  
  
  从上面的图形分析可以看出,转速的变化对流量、扬程、轴功率的影响是比较大的,而变频技术通过对水泵转速的调节,使流量、扬程同时变化,从而达到质量-流量优化运行的目的。对于原设计为单纯质调节的采暖系统,对系统的循环水泵加装变频器,通过频率的变化进而改变水泵转速来改变系统循环水量的变频调速法,尤为适用。
  以秦皇岛某住宅小区的热水供暖系统二次网为例,对该系统二次网进行质调节和变频调速法二种调节方法的能耗分析。该小区的供暖面积为18×104m2,由小区热交换站供热,二次水温度80℃/60℃。供暖系统二次网采用了4台ISB200/150-400-50A型水泵(三用一备)。实际運行时操作人员根据室外温度,人工控制一次水系统的回水温度,并自行决定开启二次循环泵的台数。有关对比运行的参数见表2。
  
  
  表中,人工运行的耗电量按运行水泵台数的电机功率计算,变频运行按二台水泵并联运行曲线分析得来,部分数据与运行时仪表柜上仪表所显示流量、电流等参数抽查核对。
  该小区01~02、02~03采暖季的年运行小时数为3600h,如果采用人工质调节方式,则系统的运行电耗为575100kWh,总电费为460080元;如果采用变频调速法,系统的运行电耗为332233kWh,总电费为265786元,二者相差1942934元。变频器费用约为900×150=135000元,运行当年即可收回投资。
  供暖换热系统采用变频调速技术,转变为“质量-流量优化运行调节”型热源,达到了调节温度的目的,节约了大量的电能和运行费用,也对缓解电力紧张状况,提高供热采暖的经济性有很大的帮助。从上面关于循环水泵运行费用的比较看,变频设备的投资回收期只需一~二个采暖季便可收回投资。
  变频调速技术的另一大优点是,解决了工频启动瞬间电流高,管网压力变化快等不安全因素,实现电动机的软起动,起动平滑无冲击,保护并延长电动机了的使用寿命。电气控制保护功能齐全,具有过压、过流、欠压、过载、短路、过热保护和故障音响及灯光报警信号,使供暖系统运行更加安全稳定。
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