热交换站二次供热循环泵变频控制的节能应用

热交换站的二次供暖循环水运行控制现状

省级机关热交换站的二次供暖循环水运行系统都是通过电机带动定量循环泵来提供循环水的动力。通常设计人员在电机选型时，由于电机按一定模数分级，往往选择 功率比水泵输入功率大的电机，功率留有一定余量。我们知道热交换站内二次供暖系统根据流量情况可分为定流量系统和变流量系统，无论那种系统，电机都是直接 接市电一直以工频运行，电机都要全速运转，无法随着供暖负荷的变化而变化，循环泵输出流量是恒定的，当根据天气温度或供暖负荷变化需要对循环水流量进行控 制和调节时，通常的控制手段是开大阀门或关小阀门来人为调节，这样在阀门上产生了附加损失，使得能量因为阀门的节流损失消耗掉了，浪费了大量能源。又由于 温度是个滞后参数，调节周期长，用阀门调节控制精度受到限制。泵类设备多数采用异步电动机直接驱动的方式运行，存在启动电流大、机械冲击、电气保护特性差 等缺点，时常出现泵损坏同时电机也被烧毁的现象，不但浪费能源而且加快了设备损耗。

循环水泵采用变频控制能较好地解决这个问题。在满足供热的条件下，调节电机转速，保证一定的系统压差，可获得可观的节电效果。

　　变频调速节能原理

通过流体力学的基本定律可知：循环泵属平方转矩负载，其n(转速)、Q(流量)、H(压力)以及P(轴功率)具有如下关系：Q∝n ，H∝n2，P∝n3；即，流量与转速成正比，压力与转速的平方成正比，轴功率与转速的立方成正比。可以看出改变电机转速可以调节循环泵的流量的方法，要 比采用阀门调节更为节能经济，设备运行工况也将得到明显改善。电机的转速与工作电源输入频率成正比，即： n =60 f（1-s）／p，（式中n、f、s、p分别表示转速、输入频率、电机转差率、电机磁极对数）,由于s、p对某一电机是固定值，因此通过改变电动机工作电 源频率能达到改变电机转速的目的。变频器就是基于上述原理采用交-直-交电源变换技术，集电力电子、微电脑控制等技术于一身的综合性电气产品。

对循环水系统进行变频的改造正是基于以上原理。改造后的系统，将室外温度、系统供回水压差及回水温度作为输入参数，加上PLC控制器处理下达变频调速指 令，通过变频器适时适量地控制循环泵电机的转速来调节循环泵的输出流量，满足供暖负荷要求。这就使电机在整个负荷和变化过程当中的能量消耗降到最小程度。 再有，应用变频器还能提高系统的功率因数，减少电机的无功损耗，并提高供电效率和供电质量。综上所述，不难看出，对原供暖换热系统进行变频节能改造能够带 来巨大的节能效果。
电力消耗占省级机关办公和住宅能耗很大的比例，电力消耗的科学管理是衡量机关是否节能的一个明显标志，加强电力消耗的科学管理，节约能源，是当前必 须解决的问题。热交换站作为供热的中枢，是保证供热系统安全运行和节能环保的关键环节，其中的二次供暖系统循环泵的耗电量占运行成本的较高比例。对循环泵 的电力节能，能取得较明显的节能效果。

热交换站的二次供暖循环水运行控制现状

省级机关热交换站的二次供暖循环水运行系统都是通过电机带动定量循环泵来提供循环水的动力。通常设计人员在电机选型时，由于电机按一定模数分级，往往选择 功率比水泵输入功率大的电机，功率留有一定余量。我们知道热交换站内二次供暖系统根据流量情况可分为定流量系统和变流量系统，无论那种系统，电机都是直接 接市电一直以工频运行，电机都要全速运转，无法随着供暖负荷的变化而变化，循环泵输出流量是恒定的，当根据天气温度或供暖负荷变化需要对循环水流量进行控 制和调节时，通常的控制手段是开大阀门或关小阀门来人为调节，这样在阀门上产生了附加损失，使得能量因为阀门的节流损失消耗掉了，浪费了大量能源。又由于 温度是个滞后参数，调节周期长，用阀门调节控制精度受到限制。泵类设备多数采用异步电动机直接驱动的方式运行，存在启动电流大、机械冲击、电气保护特性差 等缺点，时常出现泵损坏同时电机也被烧毁的现象，不但浪费能源而且加快了设备损耗。

循环水泵采用变频控制能较好地解决这个问题。在满足供热的条件下，调节电机转速，保证一定的系统压差，可获得可观的节电效果。

　　变频调速节能原理

通过流体力学的基本定律可知：循环泵属平方转矩负载，其n(转速)、Q(流量)、H(压力)以及P(轴功率)具有如下关系：Q∝n ，H∝n2，P∝n3；即，流量与转速成正比，压力与转速的平方成正比，轴功率与转速的立方成正比。可以看出改变电机转速可以调节循环泵的流量的方法，要 比采用阀门调节更为节能经济，设备运行工况也将得到明显改善。电机的转速与工作电源输入频率成正比，即： n =60 f（1-s）／p，（式中n、f、s、p分别表示转速、输入频率、电机转差率、电机磁极对数）,由于s、p对某一电机是固定值，因此通过改变电动机工作电 源频率能达到改变电机转速的目的。变频器就是基于上述原理采用交-直-交电源变换技术，集电力电子、微电脑控制等技术于一身的综合性电气产品。

对循环水系统进行变频的改造正是基于以上原理。改造后的系统，将室外温度、系统供回水压差及回水温度作为输入参数，加上PLC控制器处理下达变频调速指 令，通过变频器适时适量地控制循环泵电机的转速来调节循环泵的输出流量，满足供暖负荷要求。这就使电机在整个负荷和变化过程当中的能量消耗降到最小程度。 再有，应用变频器还能提高系统的功率因数，减少电机的无功损耗，并提高供电效率和供电质量。综上所述，不难看出，对原供暖换热系统进行变频节能改造能够带 来巨大的节能效果。
通过上面的试验，我们可以看出变频控制可以有效的节电，尤其对于老供热系统和大负荷的供热系统而言，变频控制可有效降低热交换站的运行费用。

　　对节能控制器在热交换站循环水泵使用的建议

如上所述，变频控制在热交换站二次供暖循环水泵的控制得到了较好的应用，但是我们也注意到这套变频控制系统有待进一步完善。

　　1.采用上述工作原理的变频控制主要以设定压差值为主要控制参数，由于受施工环境的限制，室外温度往往很难参与控制。但是随着冬季温度的变化， 真正达到设计条件的天气温度天数很少，出现了供热量大于实际需求热量的现象，尤其是定流量系统这种现象较为普遍。因此，应测定室外温度，用该温度与所在地 区的供热曲线进行对比，及时修正压差设定值，做到进一步细化节能。

　　2.变频控制应与供热建筑的类型相匹配。 如定流量系统的建筑物，看其是否需要夜间大量用热。我们知道一般写字楼只在白天办公，晚间处于空置状态，宿舍楼主要在夜间供热，因此完全可以在变频控制中设置分时段控制，这样还能能够节省大量电能和热能。

　　投资分析

这类变频系统改造设备的投资，根据原系统的不同差异较大，一般来讲电力负荷每千瓦大于需要600元到800元。使用方无需投入设备和改造资金，变频设备提 供方可以从使用方节约的电费中按一定比例收回投资。当然使用方也可以一次性投入，用节约的电费一般二到三年就可收回投资。