太阳集团通风降温系统
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负压风机外框置换通风的应用前景及其适用性分析变频调速技术在风
摘要：
本文分析了空调工程节能和舒适性空调工程的意义，阐述了置换通风的概念、基本原理、基本特征。提出了置换通风新型末端装置研究、开发的技术思路。对置换通风的适用性问题，进行了举例分析。
关 键 词：置换通风 末端装置 节能 空气品质 适用性
1 引言
随着人类文明的进步和科技的发展，人们对自己工作、学习、生活环境的要求越来越高。而一个舒适的环境对于保证身心健康、提高生活品质和劳动效率有着重要意义。为实现高质量的室内气候环境，电制冷空调工程已被广泛采用。同时，人们对地球环境的关注越来越高，对环境保护的呼声也日趋强烈，要求采用节能的、健康的、可持续发展的策略进行空调设计。
1.1 中国能源现状和空调工程节能
我国提出了长期的经济发展目标，即下世纪中叶赶上中等发达国家水平。社会经济的发展必将伴随着巨大的能源消费需求。能源是国民经济的基础产业，也是公用事业，更是经济发展和提高人民生活水平的物质基础。人类社会的进步与能源的发展密切相关。我国制定的二十一世纪议程和九五计划及2010年远景规划中把能源和环境保护列为最优先的发展领域。
中国是一个拥有12亿人口的发展中国家，是一个以煤炭为主要能源结构的能源生产消费大国。目前，煤炭提供76%的发电能源，到2020年煤电仍高达60%[1]，煤电的使用导致SO2、NOX、CO2和烟尘大量排放，给环境保护造成了巨大压力。我国大部分地区的绝大多数空调工程直接利用电能供冷，空调工程的节能，相当于间接减少了SO2、NOX、CO2和烟尘的排放，对环保有利。
目前世界发达国家的民生耗能率高达总耗能量的1/3左右，其中绝大部分又消费在建筑物上，各国为推动建筑节能的进展，相继制定和颁布了一系列的建筑节能法规、标准和指导性文件。我国政府积极倡导和努力实施节约能源、保护环境的政策，颁布了《中华人民共和国节约能源法》和一系列建筑节能规范。
建筑物的节能是一项复杂的工程工程，包括各种综合性的技术，包括建筑物本身和空调工程、设备的节能[2]。就空调工程而言，空调工程节能又与建筑节能有关，包括建筑物的朝向和平面布置、维护结构的保温性能、窗户的隔热和建筑物遮阳等等。空调工程的节能也与运行节能有关，包括采用降低室内设计标准、减少新风量的方法，采用天然冷源，过渡季节取室外新风自然冷却、冷却塔供冷技术，采用建筑设备控制自动化技术，采用热回收技术，例如从通风中回收热量等等。
采用新的节能的空调方式，选用更节能的空调产品，也是空调工程节能的一项重要、有效的措施。在某些场合，置换通风就是一种较好的节能的空调方式。
1．2
风机、泵类设备多数采用异步电动机直接驱动的方式运行，存在启动电流大、机械冲击、电气保护特性差等缺点。不仅影响设备使用寿命，而且当负载出现机械故障时不能瞬间动作保护设备，时常出现泵损坏同时电机也被烧毁的现象。
近年来，出于节能的迫切需要和对产品质量不断提高的要求，加之采用变频调速器（简称变频器）易操作、免维护、控制精度高，并可以实现高功能化等特点；因而采用变频器驱动的方案开始逐步取代风门、挡板、阀门的控制方案。
变频调速技术的基本原理是根据电机转速与工作电源输入频率成正比的关系： n =60 f（1-s）／p，（式中n、f、s、p分别表示转速、输入频率、电机转差率、电机磁极对数）；通过改变电动机工作电源频率达到改变电机转速的目的。变频器就是基于上述原理采用交-直-交电源变换技术，电力电子、微电脑控制等技术于一身的综合性电气产品。
三、节能分析
通过流体力学的基本定律可知：风机、泵类设备均属平方转矩负载，其转速n与流量Q，压力H以及轴功率P具有如下关系：Q∝n ，H∝n2，P∝n3；即，流量与转速成正比，压力与转速的平方成正比，轴功率与转速的立方成正比。
以一台水泵为例，它的出口压头为H0（出口压头即泵入口和管路出口的静压力差），额定转速为n0,阀门全开时的管阻特性为r0,额定工况下与之对应的压力为H1,出口流量为Q1。流量-转速-压力关系曲线如下图所示。
在现场控制中，通常采用水泵定速运行出口阀门控制流量。当流量从Q1减小50%至Q2时，阀门开度减小使管网阻力特性由r0变为r1，工程工作点沿方向I由原来的A点移至B点；受其节流作用压力H1变为H2。水泵轴功率实际值（kW）可由公式：P =Q·H／（η c·η b）×10-3得出。其中，P、Q 、H 、η c 、η b 分别表示功率、流量、压力、水泵效率、传动装置效率，直接传动为1。假设总效率（η c·η b）为1，则水泵由A点移至B点工作时，电机节省的功耗为AQ1OH1和BQ2OH2的面积差。如果采用调速手段改变水泵的转速n，当流量从Q1减小50%至Q2时，那么管网阻力特性为同一曲线r0，工程工作点将沿方向II由原来的A点移至C点，水泵的运行也更趋合理。在阀门全开，只有管网阻力的情况下，工程满足现场的流量要求，能耗势必降低。此时，电机节省的功耗为AQ1OH1和CQ2OH3的面积差。比较采用阀门开度调节和水泵转速控制，显然使用水泵转速控制更为有效合理，具有显著的节能效果。
另外，从图中还可以看出：阀门调节时将使工程压力H升高，这将对管路和阀门的密封性能形成威胁和破坏；而转速调节时，工程压力H将随泵转速n的降低而降低，因此不会对工程产生不良影响。
从上面的比较不难得出：当现场对水泵流量的需求从100%降至50%时，采用转速调节将比原来的阀门调节节省BCH3H2所对应的功率大小，节能率在75%以上。 与此相类似的，如果采用变频调速技术改变泵类、风机类设备转速来控制现场压力、温度、水位等其它过程控制参量，同样可以依据工程控制特性绘制出关系曲线得出上述的比较结果。亦即，采用变频调速技术改变电机转速的方法，要比采用阀门、挡板调节更为节能经济，设备运行工况也将得到明显改善。
四、节能计算
对于风机、泵类设备采用变频调速后的节能效果，通常采用以下两种方式进行计算：
1、根据已知风机、泵类在不同控制方式下的流量－负载关系曲线和现场运行的负荷变化情况进行计算。
以一台IS150-125-400型离心泵为例，额定流量200.16m3/h，扬程50m；配备Y225M-4型电动机，额定功率45kW。泵在阀门调节和转速调节时的流量－负载曲线如下图示。根据运行要求，水泵连续24小时运行，其中每天11小时运行在90%负荷，13小时运行在50%负荷；全年运行时间在300天。
则每年的节电量为：W1=45×11×（100%－69%）×300=46035kW·h
W2=45×13×（95%－20%）×300 =131625kW·h
W = W1＋W2=46035＋131625=177660kW·h
每度电按0.5元计算，则每年可节约电费8.883万元。
2、根据风机、泵类平方转矩负载关系式：P / P0=（n / n0）3计算，式中为P0额定转速n0时的功率；P为转速n时的功率。
以一台工业锅炉使用的22 kW鼓风机为例。运行工况仍以 24小时连续运行，其中每天11小时运行在90%负荷（频率按46Hz计算,挡板调节时电机功耗按98%计算），13小时运行在50%负荷（频率按20Hz计算，挡板调节时电机功耗按70%计算）；全年运行时间在300天为计算依据。
则变频调速时每年的节电量为：W1=22×11×[1－（46/50）3]×300=16067kW·h
W2=22×13×[1－（20/50）3]×300=80309kW·h
Wb = W1＋W2=16067＋80309=96376 kW·h
挡板开度时的节电量为：W1=22×（1－98%）×11×300=1452kW·h
W2=22×（1－70%）×11×300=21780kW·h
Wd = W1＋W2=1452＋21780=23232 kW·h
相比较节电量为：W= Wb－Wd=96376－23232=73144 kW·h
每度电按0.5元计算，则采用变频调速每年可节约电费3.657万元。 某工厂离心式水泵参数为：离心泵型号6SA-8，额定流量53. 5 L/s，扬程50m；所配电机Y200L2-2型37 kW。对水泵进行阀门节流控制和电机调速控制情况下的实测数据记录如下：
流 量L/s 时 间（h） 消耗电网输出的电能（kW·h）
阀门节流调节 电机变频调速
47 2 33.2×2=66.4 28.39×2=56.8
40 8 30×8=240 21.16×8=169.3
30 4 27×4=108 13.88×4=55.5
20 10 23.9×10=239 9.67×10=96.7
合计 24 653.4 378.3
相比之下，在一天内变频调速可比阀门节流控制节省275.1 kW·h的电量，节电率达42.1%。
五、结束语
风机、泵类等设备采用变频调速技术实现节能运行是我国节能的一项重点推广技术，受到国家政府的普遍重视，《中华人民共和国节约能源法》第39条就把它列为通用技术加以推广。实践证明，变频器用于风机、泵类设备驱动控制场合取得了显著的节电效果，是一种理想的调速控制方式。既提高了设备效率，又满足了生产工艺要求，并且因此而大大减少了设备维护、维修费用，还降低了停产周期。直接和间接经济效益十分明显，设备一次性投资通常可以在9个月到16个月的生产中全部收回。
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