一次泵二次泵变流量系统能耗分析

一次泵/二次泵变流量

系统能耗分析

同济大学　董宝春☆　刘传聚　刘　东　赵德飞

摘要　以上海通用汽车有限公司制冷站为例,比较了一次泵和二次泵变流量系统的能耗,结果表明,一次泵系统的耗电量仅为二次泵系统的68%。

关键词　一次泵　二次泵　变流量　变频控制

En e r g y c o ns u m p ti o n a n a l ysis of p ri m a ry p u m p a n d p ri m a ry2s e c o n d a ry p u m p s yst e ms wit h v a ri a bl e fl o w r a t e

By Dong Baochun★,Liu Chuanju,Liu Dong and Z hao Defei

Abst r a ct　Taking t he ref rigeration station of Shanghai GM Co.L t d.as a n example,comp ares t he energy consump tion betwee n p rimary p ump and p rimary2secondary p ump syste ms wit h variable flow rate. The result shows t hat t he elect ricity consump tion of p rimary p ump system is only68%of t hat of t he p rimary2 secondary p ump syste m.

Keywor ds　p rimary p ump,secondary p ump,variable flow rate,variable f reque ncy cont rol

★Tongji University,Shanghai,China

0　引言

在空调系统能耗中,水泵耗能占很大一部分。变频技术在冷水泵中的合理应用,可以有效地减少空调能耗。然而,水泵变频控制技术在国内的应用并不很普及,空调工程中水泵采用变频技术的仅占10%左右[1],由于人们对一次泵变频系统的可靠性存在怀疑,故对一次泵进行变频的应用实例尤其少,但它有着较大的节能空间。二次泵变频控制技术用于空调冷水泵在美国已将近30年[2],在我国也有成功运行的例子。二次泵变频系统比较适合系统大、空调负荷变化大、能源中心与空调建筑相对位置较远的情况。本文以一大型工厂制冷站为例,对一次泵和二次泵水系统变流量控制进行能耗分析。

1　工程概况

上海通用汽车有限公司(以下简称通用公司)占地面积55万m2,建筑面积23万m2,设有冲压、车身、油漆、总装和动力总成五大车间。所有生产车间的供冷、供热都由制冷站负担,总冷负荷为54 MW,总热负荷为16.4MW。配置16DF100直燃双效溴化锂吸收式机组15台;23XL290螺杆式冷水机组2台;初级泵15台,每台流量608m3/h,扬程15m,功率37kW;次级泵8台,每台流量1140m3/h,扬程47m,功率200kW。整个冷水循环系统采用次级泵变流量、初级泵定流量,水系统图见图1。

2　运行工况

在冷水二次泵变流量系统中,次级泵负责将冷水分配给用户,初级泵满足一次循环回路中的流量恒定。初级泵回路与次级泵回路通过连通管连接,这样次级泵不受最小流量的限制,可采用二通阀加

图1　制冷站冷水系统图

变频器来控制流量。制冷站供回水温差5℃,供水

温度7℃。计算得到的各车间需冷量及冷水流量见表1。

表1　各车间需冷量和冷水流量

动力总成车间冲压车间车身车间油漆车间总装车间

需冷量/MW 7.5 1.7 5.4627 5.3冷水流量/(m 3/h )

1289

426

940

4643

911

实测发现,各车间和制冷站水量基本满足设计

流量。由表1可以看出,油漆车间需要的冷量最大,超过总冷量的50%。在空调运行期间,连通管起到了调节出水水温的作用,部分冷水经连通管直接与回水混合,降低了回水温度,这样保证了有特殊工艺要求的油漆车间供水温度不高于7℃。由于通用公司生产厂房内热源多、机器散热量大,在春季较早时间(5月初)就需要供冷,而到秋季较晚(11月底)才能停止供冷,所以供冷时间较长。以车身车间为例,取室内设计干球温度26℃、相对湿度55%计算不同室外温度下的各种冷负荷值,结果见图2

。

图2　不同室外温度与冷负荷的关系(车身车间)

由图2可看出室外温度变化时各种负荷的变化趋势,其中车间内部冷负荷所占比例很大,而

且很稳定。当室外温度为20～23℃时,开始有供冷需求,但只是在室外气温高于或等于34℃(上海市夏季室外计算温度)时,系统才满负荷运行,也就是说空调系统绝大部分时间处于部分负荷下运行。3　变频控制水系统的能耗分析3.1　水泵变频节能机理

图3

为水泵的性能曲线与管网特性曲线的关

图3　水泵性能曲线与管网性能曲线关系图

系图。图中,S 1,S 2为管网的性能曲线,取决于管

网的特性(水路中的管道、连接件、阀门及组合空调箱的阻力特性),且随阀门开启度的变化而变化;Ⅰ,Ⅱ为水泵的流量和扬程之间的关系特性曲线,电流频率改变引起水泵的转速改变,其特性曲线也随着发生变化。

在设计工况下,系统在设计压力和设计流量下运行,运行点就是水泵特性曲线与管网特性曲线的交点1。当空调系统在部分负荷下运行时,电动二通阀关小或末端某个空调箱停机,末端水量由Q 1变至Q 2,系统阻力增加,引起管网特性曲线由S 1变化至S 2,如果此时水泵恒速工作,要使水泵流量变为Q 2,就必须关小泵后阀门,使系统阻力从p 2增至p 3,水泵在点3工作。此时系统的流量减少,要求较小的压力,但水泵压力不仅没有降低,反而升高了,只有靠关小阀门增加阻力来保证流量。这样水泵工作点脱离高效区,造成能源的浪费和运行维护费用的升高,是很不合理的。

水泵系统增加变频调速器可使其从恒速状态转变为变速变流量状态,从而节省能源并增强了控

制能力,同时避免了控制阀压力过大的现象。对于

三相异步电动机,存在关系式[3]:

n =

60f

m

(1)