1、1浅谈热网循环系统变频运行调节与节能摘 要：伴随科技高速度发展的是地球的温室效应和环境污染。环境资源的过度开发、能源的浪费，使人类的生存环境转差。节能减排和低碳生活已经成为人们日益关心的问题和努力的方向。本文通过实例，重点介绍热水供热系统的供热调节方法及变频技术在节电中的运用。 关键词：供热系统 变频技术 节电改造 2008 年始，国家在加快淘汰落后生产能力，全面实施节能减排重点工程，突出搞好重点企业节能减排，推进节能减排科技进步方面加大力度。我们的供热企业成为节能减排工作的重点。 在最早的城市集中热水供热系统中，通常使用的热水循环系统是定流量循环系统，而无论末端负荷需求有怎样的变化，循环流量
2、始终维持恒定。 冬季，极端寒冷天气的天数是有限的，而采暖系统的设计则必须保证在极端寒冷的气候条件下热用户的舒适温度。因此，在初、末寒等绝大多数的时间里，循环水泵的水系统处于大流量、小温差运行工况，水泵运行效率低、热量输送效率低。 如果能够根据建筑物内的实际热负荷需求来动态调整循环泵的流量，既能保证建筑物内的舒适温度，避免由于外界温度变化造成室内的温度波动，又能有效地节省大量的电能。此外，对于纯办公楼类型的建筑物，深夜往往没有人员办公，如果在无人办公的时间内适度降低供暖量，将2能在保证基本温度需求的前提下，节省大量的电能和热能。 一、热水供热系统的供热调节方法 在城市集中热水供热系统中，供暖热负
3、荷是系统的最主要的热负荷，甚至是唯一的热负荷。因此，在供热系统中，通常按照供暖热负荷随室外温度的变化规律，作为供热调节的依据。供热（暖）调节的目的，在于使供暖用户的散热设备的放热量与用户热负荷的变化规律相适应，以防止供暖热用户出现室温过高或过低。 根据供热调节地点不同，供热调节分为集中调节、局部调节和个体调节三种调节方式。集中调节在热源处进行调节，局部调节在热力站或用户入口处调节，而个体调节直接在散热设备处进行调节。集中供热调节容易实施，运行管理方便，是最主要的供热调节方法。但即使对只有单一供暖负荷的供暖系统，也往往需要对个别热力站或用户进行局部调节，调整用户的用热量。 集中供热调节的方法，主
4、要有下列几种：质调节，即改变网路的供水温度；分阶段改变流量的质调节；间歇调节，即改变每天供暖小时数；质量-流量调节，即同时改变网路供水温度和流量，进行集中供热调节。 二、变频技术的节电原理 在供暖期，用户热负荷随室外温度的变化而变化。为保证供暖质量，满足使用要求，并使热能制备和输送经济合理，必须对供暖系统的运行工况进行调节。集中调节是供热调节简便易行和重要的手段。当室外温度高于供暖室外计算温度时，利用循环水泵的变频调节改变热网循环流量，可有效地降低供暖系统的输送能耗。循环水泵变频运行的节能性已3被业界认可。采用正确的变频控制策略是实现变频节能的重要前提和基础。 1.变频器的节电作用 为解决换热
5、站资用压头不足的问题，传统定速泵加流量调节阀方式通过选择合适的定速水泵并在相应用户处加装流量控制阀来实现流量的调节。但此种调节方式本质上增加了用户支路的阻力，使水泵的能耗增加，总体运行费用也相应提高，因此这种调节方式的实现是以更多的能耗为代价的。液体管网系统的性能曲线 H=SQ2（H 为扬程、S 为阻抗、Q为流量）如图 1 所示。 1，2，3管网初始状态的性能曲线和调节后阻力增减的性能曲线；4泵的性能曲线。 当关小管网中的阀门时，阻力增大，管道性能曲线变陡为曲线 2，工况点移到 B，相应的流量由 QA 减至 QB。当开大管网中的阀门时，阻力较小，管路性能曲线变缓为曲线 3，工况点移到 C 点，
6、相应流量增为 QC。由于阀门关小额外增加的压力损失为 H=HB-HD。因为原来管路中流量为QB 时需要的压头是 HD。相应多消耗的功率为：P=QBH/B。因此由于关小阀门增加了阀门阻力，从而额外增加了压力损失，是不经济的。 生产中，对水泵、风机常用阀门进行节流调节，增加了局部阻力，电机仍旧以额定速度运行，这时能量消耗较大。风机?泵类通用设备的用电占电动机用电的 50%左右，那就意味着占全国用电量的 30%。采用电动机变频调速来调节流量，比用挡板?阀门之类来调节，可节电 20%50%，如果平均按 30%计算，节省的电量为全国总用电量的 9%，这将产生巨大4的社会效益和经济效益。 如果用变频器对泵
7、类设备进行调速控制，用变频调速水泵取代定速水泵加调节阀的方式。变频调速水泵可以根据流量传感器传来的信号调节水泵转速实现相应流量控制，控制方式相对简单。不需要再用阀门进行节流调节，将阀门开到最大，使局部阻力最小，可以很大程度上降低水泵的能耗。 从以上公式可以看出，水泵的流量与水泵的转速的一次方成正比；扬程与转速的二次方成正比；输入功率与转速的三次方成正比。由此可见，降低转速减小流量时，所消耗的功率将大大降低。当水泵转速分别降到原速的 90%和 80%时，流量也随之降低到原来的 90%和 80%，而输入功率却下降到原功率的 72.9%和 51.2%。 2.变频节电系统的自控方案 为实现控制目标，既
8、需要改变水泵运行的频率以适应每个阶段的运行工况，又需要调整供热系统的供水温度。控制方案如图 2 所示，通过改变循环水泵的运行频率实现循环水泵的变流量。同时，根据室外温度的变化情况及时调整热源处供热介质的出口温度。 三、变频节电改造示例 间接式集中供热中对二次循环系统改造采用分阶段改变流量的质调节控制方式，以智能控制器作为整个系统的控制核心，收集并分析来自电动机、变频器、温度传感器及系统边界条件的各项数据，实时地对变频器、电动机的运行做出调整，即根据二次供水计算温差及回水下限温度控制换热站循环泵的流量。通过变频器控制循环泵电机的转速可以调5节循环泵的输出流量， 在满足供暖负荷要求的前提下，大幅度
9、地缩减循环水泵的用电量，使电动机在整个热负荷变化过程当中的能量消耗降到最低程度。并且间接减小热能能源的消耗，从而达到节能的目的。 应用变频器还能通过采用 PLC 控制泵的运行逻辑以及应用变频器控制泵的转速来实现提高系统的功率因数，减小电机的无功损耗， 并提高供电效率和供电质量这一目的。为了使循环泵组的运行效率最优化，对两台以上同扬程的循环泵并联运行的泵组采用相同数量的变频器进行同频驱动。变频器采用 ABB ACS510。结构图如图 3 所示。 某换热站二次高、低区循环水泵变频改造前后节能量测试对比表如下。 以上数字显示，换热站改造后实际节能率达到 10%。系统的功率因数从 0.7 左右提高至 0.99 左右，减小了电动机的无功损耗， 从而提高了供电效率和供电质量。 综上所述，在闭环控制系统中，根据热用户对热能的需求，通过变频循环水泵自控改变水循环系统的流量，所消耗的功率将大大降低。既保证了热用户总的用热量和舒适度，又实现了供热单位的节能降耗目标，具有显著的经济与社会效益。 （作者单位：北京望京蓝天供热有限公司）
