陳國(guó)平

摘 要：通過對(duì)并聯(lián)水泵變頻調(diào)速策略的分析，提出一種便于實(shí)現(xiàn)的基于并聯(lián)水泵組綜合效率最高原則的并聯(lián)變頻水泵運(yùn)行策略

關(guān)鍵詞：變頻調(diào)速 變頻泵組 并聯(lián)控制器

空調(diào)機(jī)房能耗占建筑能耗60～70%，從空調(diào)機(jī)房的能耗部件來(lái)看，中央空調(diào)冷水機(jī)組占比較大，其次就是冷凍、冷卻水循環(huán)水泵等輸配系統(tǒng)。目前，變頻技術(shù)是空調(diào)機(jī)房節(jié)能技術(shù)的主要技術(shù)手段，并在實(shí)踐中得到了應(yīng)用。應(yīng)用變頻技術(shù)的冷水機(jī)組也已經(jīng)從變頻渦旋壓縮機(jī)組、變頻螺桿壓縮機(jī)組逐步擴(kuò)展到了變頻磁懸浮離心機(jī)組中。循環(huán)水泵的變頻技術(shù)也已經(jīng)普及諸多的機(jī)房設(shè)計(jì)之中。循環(huán)水泵的變頻控制策略方式，對(duì)于循環(huán)水泵能耗，影響差異也是大相徑庭。水泵優(yōu)化控制方法已成為暖通空調(diào)系統(tǒng)優(yōu)化控制研究的熱點(diǎn)。本文主要就循環(huán)水泵的節(jié)能控制方法做一初步探討。

從實(shí)踐中可知，多臺(tái)水泵非同步變頻運(yùn)行，節(jié)能效果不如多臺(tái)同時(shí)變頻運(yùn)行[1]，因此一般多臺(tái)并聯(lián)水泵都是按多臺(tái)同性能水泵，同時(shí)變頻方式運(yùn)行。兩臺(tái)同性能的水泵并聯(lián)運(yùn)行，各性能參數(shù)曲線如下圖示意：AB為單臺(tái)水泵的流量-揚(yáng)程（Q-H）曲線，AB’為兩臺(tái)水泵并聯(lián)時(shí)的流量-揚(yáng)程（Q-H）曲線，實(shí)際上就是縱坐標(biāo)揚(yáng)程相同，橫坐標(biāo)為單臺(tái)水泵加倍?？照{(diào)冷凍水系統(tǒng)等閉式循環(huán)系統(tǒng)中，管網(wǎng)阻力曲線通過原點(diǎn)，OE為管網(wǎng)阻力曲線。系統(tǒng)滿足相似定律，即流量與轉(zhuǎn)速成正比，阻力與轉(zhuǎn)速平方成正比，功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。所以，當(dāng)轉(zhuǎn)速降低后，功率會(huì)有很大的降低。我們就是利用這個(gè)規(guī)律，來(lái)實(shí)現(xiàn)我們的節(jié)能策略。冷卻水循環(huán)水泵等開式系統(tǒng)雖然系統(tǒng)已經(jīng)不滿足相似定律，但是變化趨勢(shì)還是類似的。

從圖1中可知，當(dāng)兩臺(tái)泵同時(shí)運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)工作點(diǎn)為點(diǎn)1，系統(tǒng)總流量為Q1，揚(yáng)程為H。兩臺(tái)水泵各自的工作點(diǎn)為點(diǎn)2，流量為Q2（Q2=0.5Q1），揚(yáng)程為H。以點(diǎn)2參數(shù)選取水泵，并使得此時(shí)水泵的運(yùn)行效率為最高效率區(qū)間。如果當(dāng)此時(shí)在關(guān)掉一臺(tái)水泵，則單臺(tái)水泵的實(shí)際工作狀態(tài)點(diǎn)為曲線AB和管網(wǎng)曲線OE的交點(diǎn)3，明顯，此時(shí)Q2=2Q1>Q3>Q1。若兩臺(tái)水泵同時(shí)變頻降速，則CD’為降速后的并聯(lián)水泵流量-揚(yáng)程曲線，4點(diǎn)為降速后的并聯(lián)水泵的工作點(diǎn)，單臺(tái)泵的工作點(diǎn)則位于5點(diǎn)，此時(shí)單臺(tái)水泵的效率仍然處于高效范圍。

一次泵變頻控制水流量控制模式通常采用一下方式：1.當(dāng)末端系統(tǒng)全開，制冷主機(jī)及冷水循環(huán)水泵全開，水泵運(yùn)行于工頻頻率50Hz。2.當(dāng)末端負(fù)荷減小，兩臺(tái)水泵同時(shí)變頻頻降低轉(zhuǎn)速，直至到達(dá)設(shè)定的頻率fT，fT點(diǎn)為低頻運(yùn)行兩臺(tái)水泵功耗單臺(tái)工頻功耗相等的頻率[2]。在此頻率下運(yùn)行一個(gè)時(shí)間段后，關(guān)閉一臺(tái)水泵，泵組變?yōu)橐慌_(tái)水泵且工頻運(yùn)行。3.當(dāng)負(fù)荷再下降，單臺(tái)水泵繼續(xù)變頻降速運(yùn)行，由于冷水機(jī)組最小流量及水泵高效運(yùn)行區(qū)限制，變頻降速有個(gè)下限值，一般調(diào)速比≥0.5。4.當(dāng)末端負(fù)荷增大，單臺(tái)水泵變頻提高轉(zhuǎn)速，直至回復(fù)頻率增大到fT，負(fù)荷繼續(xù)增大，轉(zhuǎn)為兩臺(tái)水泵投入運(yùn)行，直至增大到設(shè)計(jì)全負(fù)荷運(yùn)行。

上述控制方式。一般能滿足系統(tǒng)中各用戶對(duì)供水壓力及流量的要求。但是，fT點(diǎn)難以計(jì)算得到，往往需要多次實(shí)驗(yàn)調(diào)試得出，工程應(yīng)用中難以實(shí)現(xiàn)。汪建華就同型號(hào)調(diào)速泵并聯(lián)運(yùn)行控制給出了以保證最小功耗時(shí)水泵臺(tái)數(shù)的計(jì)算優(yōu)化方法[3]，具備一定的工程可操作性。

近年來(lái)，根據(jù)水泵效率最高原則的控制的產(chǎn)品也已經(jīng)得到應(yīng)用，下面就這種控制產(chǎn)品的控制策略，做以分析說明。

Amstrong 的IPS4000W智能變頻水泵控制器，它將水泵的性能曲線參數(shù)，如流量、揚(yáng)程、功率、效率、電流等數(shù)據(jù)，均寫入并聯(lián)控制器中，管網(wǎng)中通過以下控制，實(shí)現(xiàn)變頻泵的變流量控制：末端壓差傳感器、回水溫度設(shè)定、最大閥門開度等，由并聯(lián)控制器對(duì)參數(shù)通過邏輯運(yùn)算，判斷出目前各臺(tái)水泵的運(yùn)行效率，然后統(tǒng)一協(xié)調(diào)多臺(tái)水泵乃至備用水泵參與運(yùn)行，綜合壓差、負(fù)荷大小、水泵效率等參數(shù)進(jìn)行加減機(jī)。這樣就避免了出現(xiàn)單一水泵在低負(fù)荷運(yùn)行在低效區(qū)的情況。

根據(jù)水泵特性，在滿足相似定律時(shí)，水泵效率曲線一般不受水泵變頻調(diào)速影響。所以我們以水泵的運(yùn)行效率曲線作為水泵調(diào)速及加減機(jī)的依據(jù)，以簡(jiǎn)化并聯(lián)水泵組調(diào)節(jié)控制的難度。

如圖2所示，制冷機(jī)房設(shè)置3臺(tái)制冷機(jī)組，3臺(tái)循環(huán)水泵，柱狀圖為機(jī)房全年機(jī)房各負(fù)荷率下的運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)。一般制冷系統(tǒng)，負(fù)荷率50、75%運(yùn)行的時(shí)長(zhǎng)都比較長(zhǎng)。如果按常規(guī)控制，設(shè)定的轉(zhuǎn)速（頻率）作為水泵臺(tái)數(shù)切換主要依據(jù)（比如轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)的0.6時(shí)切換），當(dāng)在負(fù)荷率30～40%區(qū)間時(shí)為單臺(tái)泵運(yùn)行，但此時(shí)單臺(tái)水泵運(yùn)行效率遠(yuǎn)低于高效區(qū);而在50～65%負(fù)荷率時(shí)為2臺(tái)泵在運(yùn)行，2臺(tái)泵的組合運(yùn)行中，其效率也是在低效率區(qū)。

而依據(jù)并聯(lián)控制器對(duì)泵組的運(yùn)行狀態(tài)判斷后，按水泵組總效率曲線分別以單臺(tái)泵與2臺(tái)泵組總效率曲線的交點(diǎn)點(diǎn)1，及2臺(tái)泵組與3臺(tái)泵組總效率曲線的交點(diǎn)點(diǎn)2為泵組加減機(jī)依據(jù)。當(dāng)系統(tǒng)在管網(wǎng)阻力曲線1點(diǎn)右邊的區(qū)域運(yùn)行時(shí)，我們采用3臺(tái)水泵并聯(lián)變頻運(yùn)行，隨負(fù)荷波動(dòng)，泵組整體同步變頻調(diào)速運(yùn)行;當(dāng)負(fù)荷降到點(diǎn)1和點(diǎn)2之間時(shí)，我們采用2條水泵同步變頻調(diào)速運(yùn)行;當(dāng)負(fù)荷降低到點(diǎn)1右側(cè)時(shí)，采用一臺(tái)水泵變頻調(diào)速運(yùn)行。這樣，在圖示的原來(lái)的兩個(gè)低效運(yùn)行區(qū)，變頻泵組均由較高的效率，也就是泵組整體的能耗處于一個(gè)較優(yōu)的狀態(tài)。

綜上所述，水泵并聯(lián)變頻調(diào)速系統(tǒng)在應(yīng)用上，首先，采用多臺(tái)同步變頻調(diào)節(jié)的水泵并聯(lián)變頻調(diào)速系統(tǒng)的能耗最小;其次，為減少系統(tǒng)能耗，多臺(tái)水泵并聯(lián)加減機(jī)判斷點(diǎn)選擇是其中的關(guān)鍵要素;最后，采用泵組效率曲線可以簡(jiǎn)化控制系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)：

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