变频技术在集中供热系统中的研究及应用

王建国（洛阳北控水务集团有限公司（新区热力分公司）,河南 洛阳 471003）

变频技术在集中供热系统中的研究及应用

王建国
（洛阳北控水务集团有限公司（新区热力分公司）,河南 洛阳 471003）

摘 要：在我国供热系统中，普遍采用变频技术进行节能降耗，它由频率的改变而带动水泵转速的变化，进而实现系统循环水量的改变，这种方法可以有效的节省电能。本文从变频技术节能原理入手，介绍了变频技术在供热系统中的使用效果，对相关技术人员有一定的借鉴作用。

关键词：变频技术；集中供热；应用

1　前言

在我国供热系统中，普遍采用变频技术进行节能降耗，它由频率的改变而带动水泵转速的变化，进而实现系统循环水量的改变，这种方法可以有效的节省电能，差不多可以全部节省因用电量变化和设计冗余而浪费的电能；变频技术功率因素和调速精度均较高，采用这种技术可以有效减少设备的损耗，与此同时降低设备噪音和磨损，改变传统集中供热系统的条件，可以很好的满足对于生产工艺的要求。

2　 变频技术的节能原理

以集中供热系统中所用的水泵为例，水泵学比例律是水泵变频调速所采用的一种理论，通过该理论可知，当同一台水泵以不同的转速运行时，该水泵的转速N、轴功率P、扬程H以及流量Q满足以下比例关系：

由比例关系式可知，水泵的轴功率与转速的3次方成正比，水泵的扬程与转速的2次方成正比，水泵的转速与流量成正比；当水泵的转速降低时，就能够明显的降低电能的损耗。根据电工学知识，电机的输入功率和转速之间有以下所示关系：

N=60F（1-S）/P （4）

该公式中，电机电源频率为F，电机的极对数为P，电机的滑差率为S，电机的转速为N。变频器的无级调速是由电机频率的改变而实现的；集中供热系统通过将水泵转速纳入到变频技术的调节范围内，由调节供热系统中水泵的转速，使得水泵的扬程和流量跟着发生改变，这样集中供热系统就可以实现在流量改变情况下运行，进而实现供需热的提高，实现按照所需流量进行系统供热。

3　 变频技术与阀门调节技术的比较分析

集中供热系统采用变频技术实现水泵转速调节后，将供热系统中的管线和水泵的阀门全部打开，通过调节电机电源频率的办法来实现电机转速改变，从而使流量发生改变；图1所示的是水泵以调速控制或者阀门控制时，水泵的扬程H与流量Q的关系。

如图1所示，曲线1表示的是水泵在n1转速时H-Q曲线；曲线2表示的是供热系统管路的阻力特性曲线；曲线3表示的是将阀门关闭后，Q2流量时的供热系统管路阻力特性曲线；曲线4表示的是当水泵在n2转速时的H-Q曲线；水泵工作情况由A、B、C三点表示。供热系统中，水泵所需要消耗的轴功率可有以下公式算出：

P=HQr/S （5）

该公式中，水泵的效率用S表示，流体的容重用r表示。从公式5可以得出，水泵的扬程与流量的乘积与水泵的轴功率成正比，所以在A点，H1与Q1的乘积的面积A与水泵的轴功率成正比。由系统的工艺要求得出，供热系统水泵的流量从Q1降低为Q2时，如果使用水泵阀门调节的方法就等同于将管路的阻力增加，这样管路特性由曲线3表示，供热系统也会转到工况B点工作。如果供热系统使用变频技术对水泵转速进行调节，当水泵的转速由n1减少为n2时，曲线4为此时的H-Q曲线，由曲线4可知，当水泵的流量为Q2时，水泵的扬程H3将明显降低，与此同时水泵的功率也会相应减少，曲线所包围的面积将同节省出来的功率成正比，这样就能产生明显的节能效果；即使是将由于水泵转速下降，导致功率降低考虑进来，变频技术仍然可以产生明显的节能效果。

集中供热系统中使用的离心泵，其流量调节主要采用泵变转速调节和出口阀门调节两种方式，出口阀门调节所节省的能耗要明显小于泵变转速调节，这个结论可以由两种调节方式的功耗对比分析和功耗分析中得出。由离心泵的扬程和流量之间的关系图可以非常明显的看出采用不同的调节方式，二者之间的能量消耗关系。施工变频技术除了可以降低水泵的流量外，还可以有效的减少离心泵汽蚀情况的发生。变频调节技术所节省的能耗随着流量减少而增大，即使用阀门调节技术所产生的损耗也会相应增大，但是采用水泵变速过大时，会降低水泵的工作效率，有可能会超出水泵比例定律的使用范围，所以，在实际的集中供热系统中，应当充分考虑两种方式的优劣，从而找出流量调节的最佳方法。

4　 变频技术的应用效果

当供热系统水泵出现扬程富余且运行不稳定时，这时就需要大幅度的调节水泵的流量，有时水泵会在小流量节流情况下工作，有时会在大流量汽蚀情况下工作，不仅工作效率低而且会降低水泵的使用寿命；使用变频技术可以对水泵流量进行非常精确的控制，实行慢减速和软启动，进而延长供热系统中水泵的使用寿命。

应用变频技术的水泵可以在一定负荷下工作，当处于低频率时就会进入软启动，此时的启动电流要明显小于没有进行变频调速的电流，正常情况下为1.5倍的额定电流。当循环泵开始工作后，频率会保持在启动的10HZ上，之后呈线性增长到预先标定的频率值，此时循环泵的工作电压和转速，会随着频率的变化而升高到相应值，这是由于水泵频率的变化与转速和工作电压成线性关系，因此，当系统缓慢启动时，可以有效的预防启动电流过大对循环水泵绝缘和绕组造成的破坏和损失。同时，由于系统缓慢的启动，可以有效降低冲击力，进而能够减少和避免出现接卸故障，进而将循环水泵的使用寿命延长，有效的提高系统效率。

使用变频技术调节水泵的转速，可以使水泵流量实现无级变运行。由于集中供热的用户每年都可能出现变化，使得系统的热负荷也相应的发生变化，这时需要结合当年情况进行热力工况、水力工况以及运行计划的编制，并按照编制好的计划进行流量的调节，结合水温流量调节曲线，进而达到按需供热的目的，确保用户室温达到设计要求，这样也能够避免多余供热的发生。

5　结语

随着相关技术研究的深入，供热系统将会大规模采用变频技术，系统所采用的变频装置应当根据系统所用水泵的功率进行选择。采用变频技术可以有效的降低供热系统的运行费用，大幅度的降低电能的消耗，进而使集中供热成本降低，经济效果良好。

参考文献：

[1]刘勇.集中供热系统节能技术措施的研究及应用[J].中国石油和化工标准与质量,2012(09).

[2]张鹤.自控技术在集中供热工程中的应用[J].科技视界,2014(21).