162_空调冷却水泵变频调速的能耗分析

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1、空调冷却水泵变频调速的能耗分析长沙有色冶金设计研究院刘光大中南大学能源科学与工程学院马卫武，刘启一，李瑞杰摘要：水泵变频调速是实现水泵节能运行的重要手段，空调冷却水系统与冷水系统比较，水力特性不同，水泵变速工作时，工作效率将发生变化。而且与冷却塔的运行关系密切，给冷却水泵变频调速的节能效果带来一定影响。本文分析了冷却水泵变频调速的能耗状况、冷却塔的工作特性并说明其节能效益。关键词:供水系统;水泵;变频调速;节能冷却水泵是空调系统的主要能耗设备，随着冷水机组冷负荷的变化相应调节冷却水流量，是冷却水泵节能运行的重要措施。目前，工程中冷却水的流

2、量一般是采用阀门调节，实际上多数不进行调节，能量浪费比较严重。冷却水泵的变频调速，由于涉及到冷水机组的运行，管道特性的特点及冷却塔的工作状况，给冷却水变频调速的节能增加了一些不确定的因素。为此，本文通过冷却水泵变频调速的能耗分析，评价其节能性。1冷却水泵与冷水泵（水力特性）能耗比较根据水泵的相似规律，水泵的转速与功率存在以下关系：（1）式中：，—水泵额定工况和实际工况下的功率（），—水泵额定工况和实际工况下的转速（r/min）式（1）说明了水泵转速对功率的影响之大。理论上，水泵的功率变化与转速变化的三次方成正比。举例说，水泵转速降低25%

3、，电耗可减少57.8%。不过，冷却水的管道特性不同于冷水系统，冷水系统为全闭式，管道特性曲线通过原点，水泵的扬程用于克服系统内的总阻力，而冷却水系统中，冷却塔布水点与集水盘水面之间存在有高差（见图1），此高差是定值，不会随着水泵流量的减少而减小。冷却水系统与冷水系统的管道特性方程如下：冷却水系统：（2）冷水系统：（3）式中:,—冷却水和冷水系统的阻力（m），—冷却水和冷水的流量（），—冷却水和冷水系统的管道特性系数—冷却塔布水点与集水盘水面之间的高差（m）5图1冷却水系统流程图1—冷却塔2—冷却水泵3—冷水机组以某工程冷却水泵性能为例,设

4、,,,=0.,=0.00012,4.5m,,。图2是同一型号水泵分别用于冷却水系统和冷水系统的管道特性及与水泵联合工作的曲线图。图2管道特性曲线①冷水系统管道特性曲线②冷却水系统管道特性曲线当水量从减少至时，冷却水泵的转速要求从n降至，而冷水泵可降至。图中0—1—2的面积表示冷却水泵比冷水泵多消耗的电能状况5。在实际运行中，其能耗差值与不同负荷段的时间频率有关。下面采用平均负荷率近似计算冷水和冷却水系统水泵变频调速能耗的差值。表1冷却水泵与冷水泵（水力特性）能耗比较流量t/h冷却水泵冷水泵能耗差值Kw增加能耗比（%）500(100%)30

5、50.43050.400450(90%)24.7537.4524.336.760.691.88400(80%)20.527.5719.225.821.756.78350(70%)14.7519.7114.717.302.4113.93300(60%)13.513.6210.810.892.7325.07250(50%)10.759.037.56.302.7343.33可以看出，冷水泵和冷却水泵变频调速，由于管道特性的差异，同样条件下，冷水泵的节能效果优于冷却水泵，其差值与水泵负荷率有关，随着负荷率的降低，差值增大。当流量负荷达到50%时，

6、冷却水泵能耗比冷水泵能耗约增加43%，不过此时的基本能耗相对较少。考虑到不同负荷段的时间频率，在运行过程中，两者的能耗差可按下式计算：（4）式中：——不同负荷率的能耗差（）——不同符合率相应的时间频率（）2变频和定频冷却水的水温分析冷却水进水温度是影响冷水机组制冷系数的重要因素。据资料介绍：一般情况下，冷却水温度每升高一度，制冷效率就降低2%~3%。冷却水泵变频调速采用供回水温差控制时，供水量与冷凝热负荷成正比。而定流量系统，冷却水量不变，供回水温差随冷凝热负荷变化而变化。因此，二者的运行工况不同，将会影响到冷却水的温度，以至影响冷水机组

7、的性能。冷却水泵变频调速运行的能耗分析，应充分考虑冷却塔的变工况运行的特性。冷却塔是根据水蒸发吸热冷却原理工作的，水分的蒸发量主要与水和空气的蒸汽分压力差及填料的热湿交换面积有关。冷却塔处理水量减少，热湿交换面积和冷却风量不变时，有利于冷却塔的冷却效果。表2是某公司冷却塔产品变工况运行的性能与额定工况的比较表2冷却塔变流量运行工况（28℃）流量换热量（万千卡/h）进水温度（℃）出水温度（℃）供回水温差（℃）供回水平均温度（℃）逼近温度（℃）变流5002503732534.545量4002003631533.533001503530532.

8、52定流量5002503732534.5440020035.231.2433.23.250015033.530.53322.5从表2可以看出：冷却塔变流量运行时，冷却相同的热量，处理水量较小的