变频调速在供热空调工程中的应用

几乎各个行业都离不开电动机。据统计，在美国电动机的用电量约占全国用电量的1/2；在我国，电动机的用电量几乎占到全国用电量的2/3，而其中，水泵、风机的用电量又占了电动机总用电量的1/2.对于供热空调行业，任何一个系统的运转更离不开水泵、风机。

但是在我国装有水泵、风机的系统平均效率只有35%而国际先进水平已达70%以上。差距大的主要原因：一是水泵、风机、电动机的技术落后；二是大多数情况下，采用工频运行，即在最高转速下运行大量电能消耗在各种调节阀、风阀的节流中。国外水泵、风机电动机的效率高，除了采用高效水泵、风机和电机外主要是普遍推广了调速电机的应用。近几年来，我国在引进上述先进技术方面有了很大发展，但应用远不普遍。因此大力介绍水泵、风机的调速技术特别是变频调速技术就是本文的主要内容。

据20世纪末统计我国发电机的总装机容量为26亿kW年发电量124万亿kWh.仅次于美国，居世界第二位。其中水泵和风机的年耗电量为400亿kWh.如果推广了高效技术，特别是变频调速技术，使水泵，风机的系统效率从现在的35%达到70%的世界先进水平，那幺每年可节电2 000亿kWh，相当于装机容量为4000万kW火电厂的总发电量其经济意义是非常巨大的。

供热、空调系统基本上是水系统和风系统。在系统中水泵、风机的作用是驱动流体的循环，以满足民用和工业中的供热、供冷的需求。从机械特性而言，属于平方转矩的负载特性，因此具有很大的节能、节电潜力。对于平方转矩的负载特性，能和通用型的变频器及标准电机很好匹配。从技术上讲已相当成熟从经济上讲通用变频器的价格逐渐下调，已广泛被用户所接受。

供热、空调、水、风系统的变频调速最终目的是调节系统的水量和风量，借以满足变负荷工况下的供热、供冷需求的同时，实现最大限度的节能、节电2004年10月刊效果，以提高系统能效。在变频调速系统中水量、风量是调节参数，但不同系统，其需求不同，因此系统的被调参数也不同。在供热、空调工程中被调参数主要是压力、压差、温度等。本文叙述的内容主要就是介绍不同调速系统的结构组成，相应的调节控制方法和应用效果，以及节能节电潜力的计算分析。i供热空调系统循环水泵调频变流量控制供热、空调属于季节性负荷，随着室外气温的变化冷、热负荷的需求亦发生变化。供热系统的运行调节，就是通过运行参数温度、流量的调节来满足变动负荷的需求达到供热目的。供热系统的运行调节分集中调节与局部调节。在安装有热计量收费装置的供热系统，局部调节主要由各建筑物房间的恒温阀芫成。集中调节则由热源或热网主控室进行系统参数（温度、流量1的调节。以往由于运行管理水平的限制集中调节习惯进行单纯的质调节，即供热系统在整个运行期间猸环流量固定不变（为设计流量即最大流量）只调节系统的供回水温度，亦称为定流量调节。随着变频调速技术的发展，供热系统的变流量调节（既调供、回水温度又调循环流量他已提到了议事曰程。由于室内供暖方式的不同，供热系统的变流量调节的方式也不同，下边将分别给予介绍。

室内双管系统或单管系统，其最佳调节方式都为质量并调方式既调供回水温度又调系统循环流量。对于双管系统和单管系统，调节参数略有不同，但在同一室外温度tw下，两者要求最佳循环流量待调值相差不超过10%；又因在热计量收费的设计中，一般采用双管系统居多，因此建议供热系统循环流量的调节以双管系统为宜。此时单管系统出现的流量偏差由室内系统散热器上的恒温阀进行微调。

给出了这种变流量系统的控制原理图。系统的被控参数为系统循环流量，控制参数为系统的供回水压差或供水压力。控制过程是，由外温传感器测出室外温度（根据系统滞后特点，需对瞬时外温测量值进行数据处理），按照有关资料编出室外温度的对应系统循环流量值，再遵循有关水力工况的计算方法，确定出对应的系统供回水压差（或供水压力1作为控制设定值，通过变频控制柜中的调节器对该值与系统压差（或压力实测值（由压力传感器测出1的比较，指令变频器进行变频进而实现变流量的控制。

这里需要指出的是压力（或压差）设定值是变动的，它是系统循环流量和室外温度的函数，对于具体的工程，调节器应能通过软件进行实时计算。由于采用压差作为控制参数其变化值反映异常迅速一般采用PID调节比较适宜。系统压力或压差的测定位置可放在循环水泵的供回水处，也可放在系统末端用户的热力入口处，应根据节电效果与运行方式等综合因素确定。该系统还安装有供水温度传感器设定了供水温度的最高限定值，当系统实际供水温度超过此值，说明系统循环水量过小，调节器应对循环流量作适当调整。

2控调供暖供冷系统。这种空调系统不再设置室内散热器，末端装置是风机盘管机组，冬天，一侧循环热水，另一侧送热风，室内为热风供暖夏天，一侧循环冷冻水，另一侧M送冷风，对房间进行空调降温。冬天热源为锅炉、城市热网或热泵。夏天冷源为制冷机、热泵等。为了防止风机盘管结垢冬天供、回水温度为60/50！。夏季冷冻水供回水温度为术专栏7/12！。以往空调系统实施变风量控制，用三速开关只对风量进行调节水侧系统仍然采用质调节。在变频调速技术逐渐推广后水侧系统的变流量调节，近几年来已开始应用。系统调频变流量的控制系统原理图见。在冬天，保持供回水温差10！（即60/50！）恒定不变，由调节器计算出在此条件下循环水流量与热负荷变化的对应关系，以及循环水流量与系统压力或压差的对应关系；将系统压力（或压差M乍为调节参数，系统循环水流量作为被调参数，按照PID控制指令，由变频器进行变频调速达到控制目的。此时供热量的控制是由另外的控制回路通过调节供水温度60！不变来实现的。

夏季空调供冷是保持冷冻水温差5！（7/12！）不变，调节器计算出冷负荷与系统冷冻水循环流量及系统压力（压差）的对应变化关系，把系统压力作为变化的压力设定值，即可达到调节循环冷冻水流量的目的。系统供冷量的调节，一般是由制冷机自动控制冷冻水出口温度保持7！不变来实现的。

变频调速也适合对空调冷却水系统的变流量调节，一般应将冷却水出口温度的设计值作为设定值。

3她板辐射供暖系统。低温热水地板辐射供暖，是以不高于60！的热水作热媒，将埋设在地板中的加热管加热，靠地板表面向房间进行辐射供暖的一种方式。在楼板上面敷设的辐射板，自下而上包拮绝热层、加热管、防水层、填充层和地面层。加热管一般为DN15、DN20、DN25的钼塑（PAP合管、聚丁烯管（PB）交联聚乙烯管（PEX）无规共聚聚丙烯管（PP-R湘紫铜管（T2、TP2）这种供暖方式热媒温度较低房间室温均匀不占使用面积和具有理想的舒适感近几年来得到迅速推广。

这种供暖系统也可进行调频变流量控制，系统原理图见所示。其供暖系统的供水温度一般不超过40"60！，供回水温差以10！为宜。变流量的控制方法基本同空调系统的变流量控制。将10！供回水温差恒定，调节器计算出供暖热负荷，系统循环流量与对应压力之间的变化关系值，以压力的变化作为设定值，改变变频器输出频率，进而改变电机转速达到系统变流量的控制要求。

调节器频辑文低温热水地板辐射供暖变频变流量控制原理一热源；2―循环水泵；3―压力传感器；4一水温传感器；5―分水器；一集水器；一地板辐射层；一外温传感器；9一变频控制柜2空调变频变风量控制对于大中型建筑物的空调系统，风机能耗约占总空调耗电50%"70%.在传统的定风量系统中系统风量不变，系统冷负荷发生变化时靠调节送风温度来实现，导致大量电能浪费。世界能源危机的出现变频技术的发展，促进了空调变频变风量系统的应用。所示，即为空调变频变风量系统原理图。

空调变频变风量控制系统，通常应进行四个环节的风量控制即末端（空调房间讽量控制送风机风量控制，回风机风量控制和新风风量控制。

1床端风量控制。一般安装有末端装置可进行风量调节。该装置根据空调房间的实测温度值与设查rnt专栏n热点关2004年10月刊走温度的偏差来进行送风量大小的调节，以适应房间负荷的变化。该装置多为节流式调风最理想的是变速式调风。）送风机风量控制。通常采用走静压的控制方法。对于风系统，位能可忽略不计，全压等于静压和动压之和，因此，可以通过静压的变化感知风量的变化。具体方法是在送风机出口与最远的末端用户之间的2/3处安装静压传感器，将所有末端装置都达到设计风量且最远末端装置的风阀开到最大时该静压传感器的读数为设走值。当房间负荷变小时，由于末端装置对房间送风量实施节流的减小风量的调节，则静压传感器的实测值必然大于设走值ib时在控制器的指令下，变频调速装置在减频降速的作用下，减少系统送风量，使静压传感器保持设走值不变进而实现了系统送风量的变风量调节。当房间负荷增大时反之亦然。

走静压的变风量控制方法，在系统上选择静压测试点的位置至关重要，它直接影响节电幅度的大小。当该静压测试点离送风机出口越近，节电效果越不明显；若安装在最远末端装置处，则影响空调效果。通常安装在送风机出口2/3处较为理想。但最为理想的控制是变静压控制，即随着负荷的变化；将静压设走值设为变动值，节电效果更明显。！回风置或排风量腔制。回风量或排风量控制的目的，是随着负荷变化使回风量与变化的送风量始绔维持设走的比例。其控制方法较多加送风机-回风机联动控制排风压力控制，空调房间压力控制等。

4渐风控制。新风控制的目的，在冬、夏季设计负荷时，保证最小的新风量，以满足人们生活的正常所需；在过渡季，在设计条件允许的范围内，为节约能量尽量加大新风量。

3制冷机的变频调速控制通常在制冷系统中，制冷机的压缩机是在工频恒速的工况下运行。制冷量的调节是靠膨胀阀等设备的作用调节制冷剂的流量以及间歇运行等方式实施。目前，在制冷过程中通过压缩机的变频调速实现制冷量的调节，已积极推广。

所示为制冷机变频调速控制系统原理图。

压缩机变频调速控制的方法为：设走蒸发压力，当负荷增加时，蒸发温度、蒸发压力升高屈力传感感器的实测压力大于设走值，促使变频调速控制器变频，提高压缩机的转速，增加制冷剂流量，达到增加制冷量的目的。减少负荷时反之亦然。

在制冷过程中，对压缩机进行变频调速有明显的节能效果：当实际负荷小于额走负荷时压缩机在低转速下运行降低了压缩比，此时不但可以提高压缩机效率减小压缩机的输出功率，而且降低了冷凝温度和冷凝压力提高了制冷系数COP.另一特点是在不同负荷下J制冷机都能在最佳工况下连续运行，对于冷冻、冷藏温度要求波动小的场合更为适宜。

术专栏压缩机变频调速，属于恒转矩负载类型，一般采用U/f成比例控制即可。

4供热空调水系统的旁通补水变频调速定压供热、空调水系统属于闭式循环系统。为了保证系统不压坏、不倒空和不汽化实现安全运行，控制系统恒压点的压力恒定是至关重要的。传统的膨胀水箱定压、补水泵定压、气压罐定压和蒸汽定压都存在许多局限性，正在更多地被旁通补水变频调速定压方式所代替。

1系统组成。给出了系统组成原理图主要由四部分组成，即变频调速控制柜、旁通取压管、补水泵及配套电机、电磁阀及泄压装置。

变频调速控制柜，包拮变频器、调节器和控制面板。变频器选择通用型变频器变频器容量与单台补水泵的配套电机容量相一致即可。调节器的功能是根据系统恒压点的压力状况进行控制决策计算，然后给变频器下达调频指令。一般由变频调速装置的厂家提供。控制面板主要是控制补水泵起、停的常规电器设备，有空气开关、接触器、热继电器、指示灯和显示等。补水泵及配套电机是变频调速控制柜的执行机构。通常选择二台一备一用。

旁通取压管连接于供热、空调水系统循环水泵的出入口。直径为DN25~DN40，根据供热、空调水系统的规模大小选用，供热、空调水系统规模大，选DN40；规模小选DN25.该旁通取压管与通常为防水击的旁通管有不同的功能互相不能代替。后者与系统母管有相同直径，而旁通取压管为了取压，管径不宜太大。在旁通取压管上安装有压力传感器（要求不高时可用电触点压力表代替）其功能是将系统恒压点的实际压力实时通信给调节器。压力传感器的两侧在旁通取压管上还各装有一个手动平衡阀，它们的功能是与变频调速控制柜配合，确定系统恒压点的准确位置。

对于供热系统，热水在升温的过程中；将发生体积膨胀导致系统压力升高；在升温速率过快的情况下，定压控制来不及协调运行，此时，恒压点压力可能超标。所示为了防止故障发生设置了电磁阀及泄压系统，为保证电磁阀安全运行配套设置了过滤器。

2腔制功能。供热、空调系统的定压控制，属于压力控制反映速度快，调节器采用的控制决策为传统的PID调节，多年的实践证明，控制效果相当理想一般压力控制的精度在±2mH2之间，完全能满足工程的实际要求。

定压调速装置规定了上限频率和下限频率。因负载为平方转矩特性，上限频率为50Hz，不能超过额定频率。下限频率，则由具体的工程确定主要取决于系统恒压点的压力数值与补水泵的工作特性。当变频器的输出频率过低，补水泵的输出压力低于恒压点压力时