電機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀
電動(dòng)機(jī)廣泛應(yīng)用于拖動(dòng)風(fēng)機(jī)、泵、鼓風(fēng)機(jī)、空氣壓縮機(jī)、制冷機(jī)和各種機(jī)床等機(jī)械傳動(dòng)裝置及其他各類(lèi)電氣設(shè)備，是量大面廣的終端耗能大戶(hù)。電機(jī)系統(tǒng)包括電動(dòng)機(jī)、被拖動(dòng)裝置、傳動(dòng)控制系統(tǒng)及管網(wǎng)負(fù)荷。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2010年我國(guó)各類(lèi)電動(dòng)機(jī)總裝機(jī)容量約為10億kW，年耗電量達(dá)2.38萬(wàn)億kWh以上，約占全國(guó)用電量的57%。其中，風(fēng)機(jī)、泵類(lèi)、壓縮機(jī)和空調(diào)制冷機(jī)的用電量分別占全國(guó)用電量的10. 4%、20. 9%、9.4%和6%。
改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)制造業(yè)有了長(zhǎng)足發(fā)展，近些年企業(yè)通過(guò)自主研發(fā)和消化吸收，電動(dòng)機(jī)、風(fēng)機(jī)、泵、壓縮機(jī)等相關(guān)產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)品性能、質(zhì)量有了顯著提高，對(duì)推動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)的節(jié)能工作起了很大的促進(jìn)作用。
提高電機(jī)系統(tǒng)的能效，就是要在滿(mǎn)足工藝要求的前提下，消耗最少的能源，其能效提高的潛力在于電力變壓器、電機(jī)、拖動(dòng)設(shè)備的自身效率及匹配達(dá)到最優(yōu)。
電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能潛力
中小型電機(jī)用電量約占總發(fā)電量的50%以上，其產(chǎn)量的增長(zhǎng)速度最能反映國(guó)民經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)速度，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的重要產(chǎn)業(yè)。我國(guó)20世紀(jì)末前的一、二十年，年產(chǎn)量基本在3千萬(wàn)kW左右。進(jìn)入二十一世紀(jì)，國(guó)民經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，中小型電機(jī)也處于快速發(fā)展階段。據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局公布的數(shù)據(jù)，2008年我國(guó)交流電動(dòng)機(jī)的產(chǎn)量達(dá)到創(chuàng)紀(jì)錄的2億kW，從2003年起首次突破1億kW，2003年至2008年底，我國(guó)交流電動(dòng)機(jī)的總產(chǎn)量已突破9億kW，相當(dāng)于建國(guó)后50多年總和的近兩倍，而同期我國(guó)新增發(fā)電機(jī)裝機(jī)規(guī)模約4.5億kW（總裝機(jī)規(guī)模達(dá)8億kW），為建國(guó)后50多年總和的1.3倍。從國(guó)際市場(chǎng)需求來(lái)看，2008年中小型電機(jī)的年出口量達(dá)3千多萬(wàn)kW。我國(guó)已經(jīng)成為世界上最大的中小型電機(jī)生產(chǎn)、使用和出口大國(guó)。根據(jù)國(guó)際通用估算方法，電動(dòng)機(jī)裝機(jī)容量為發(fā)電機(jī)裝機(jī)容量的2.5~3.5倍，據(jù)此推算，今后較長(zhǎng)一段時(shí)期，電動(dòng)機(jī)產(chǎn)量還將會(huì)持續(xù)快速擴(kuò)大。中小型電機(jī)產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)巨大，充分表明了中小型電機(jī)及系統(tǒng)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展中有著不可替代的重要地位和作用。
電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能是當(dāng)今國(guó)際高度關(guān)注和重點(diǎn)研究的領(lǐng)域，也是我國(guó)“十一五”乃至“十二五”期間實(shí)施節(jié)能減排既定國(guó)策的重點(diǎn)關(guān)注領(lǐng)域。隨著全球能源消耗的逐年快速增長(zhǎng)，節(jié)能降耗、減排，減少溫室氣體排放已成為全球共同關(guān)注的重大問(wèn)題，中小型電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能潛力巨大，已經(jīng)成為世界各國(guó)政府和國(guó)際組織的共識(shí)。2008年我國(guó)全年總用電量為3.427萬(wàn)億千瓦時(shí)，其中中小型電機(jī)系統(tǒng)用電1.95萬(wàn)億千瓦時(shí)（折合標(biāo)煤7.9億噸）以上，約占全國(guó)總用電量的57%。
由于發(fā)達(dá)國(guó)家政府和國(guó)際組織的大力推動(dòng)，國(guó)際領(lǐng)先企業(yè)已投入了大量人力、物力、財(cái)力，在節(jié)能型中小型電機(jī)及系統(tǒng)的研究開(kāi)發(fā)及產(chǎn)品的推廣應(yīng)用方面取得了突破性進(jìn)展。但與眾多國(guó)家比較，我國(guó)的電機(jī)系統(tǒng)尚存在很大的節(jié)能潛力和技術(shù)升級(jí)空間，長(zhǎng)期以來(lái)我國(guó)在電機(jī)產(chǎn)品高效化、匹配的精細(xì)化、專(zhuān)用化方面、在專(zhuān)用高效電機(jī)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)技術(shù)和研發(fā)手段、設(shè)施方面以及在電機(jī)控制等方面與發(fā)達(dá)國(guó)家有較大差距。主要表現(xiàn)在：
(1)電動(dòng)機(jī)及被拖動(dòng)設(shè)備效率低。電機(jī)產(chǎn)品效率比國(guó)外先進(jìn)水平低2%～5%，雖然國(guó)產(chǎn)高效電機(jī)與國(guó)外先進(jìn)水平相當(dāng)，但價(jià)格高、市場(chǎng)占有率低；風(fēng)機(jī)、泵、壓縮機(jī)產(chǎn)品效率比國(guó)外先進(jìn)水平低2%～4%，雖然設(shè)計(jì)水平與國(guó)外先進(jìn)水平相當(dāng)，但制造技術(shù)和工藝有差距。
(2)系統(tǒng)運(yùn)行效率低。主要體現(xiàn)在系統(tǒng)匹配不合理，“大馬拉小車(chē)”現(xiàn)象嚴(yán)重，設(shè)備長(zhǎng)期低負(fù)荷運(yùn)行；系統(tǒng)調(diào)節(jié)方式落后，大部分風(fēng)機(jī)、泵類(lèi)采用機(jī)械節(jié)流方式調(diào)節(jié)，效率比調(diào)速方式約低30%。電機(jī)系統(tǒng)就運(yùn)行效率而言要比國(guó)外先進(jìn)水平低10%～20%，相當(dāng)于每年浪費(fèi)電能約1500億kWh。
統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明：發(fā)達(dá)國(guó)家的電機(jī)的運(yùn)行效率比我國(guó)高3~5%，系統(tǒng)運(yùn)行效率要高25~30%，我國(guó)的電機(jī)及系統(tǒng)領(lǐng)域具有很大的節(jié)能空間。以2008年全年電機(jī)系統(tǒng)耗電計(jì)算，若改造現(xiàn)有電機(jī)系統(tǒng)的一半，使之平均提高運(yùn)行效率25%，則可節(jié)約用電2575億千瓦時(shí)/年以上，折合標(biāo)煤1.04億噸以上，相當(dāng)于三峽08年發(fā)電總量的兩倍。既可節(jié)約電能，又可節(jié)約建電站的投資和相應(yīng)配套設(shè)施的投資，還大大減少了CO2等有害氣體的排放，是實(shí)現(xiàn)十一五期間單位GDP能耗降低20%的重要手段，也是低碳經(jīng)濟(jì)的重要組成部分。巨大的節(jié)能市場(chǎng)需求為我國(guó)中小型電機(jī)及系統(tǒng)的節(jié)能技術(shù)和產(chǎn)品的發(fā)展提供了難得的機(jī)遇。
電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能解決方案——變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)
據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界的用電量中約有60%是通過(guò)電動(dòng)機(jī)來(lái)消耗的。由于考慮起動(dòng)、過(guò)載、系統(tǒng)安全等原因，高效的電動(dòng)機(jī)經(jīng)常在低效狀態(tài)下運(yùn)行。在這些電機(jī)中，有相當(dāng)一部分通過(guò)采用變頻器對(duì)其進(jìn)行調(diào)速控制，有可能使電動(dòng)機(jī)重新回到高效的運(yùn)行狀態(tài)，這樣可節(jié)省大量的電能。
變頻調(diào)速原理
根據(jù)三相異步電動(dòng)機(jī)的原理，三相異步電動(dòng)機(jī)的軸轉(zhuǎn)速與供電電源的頻率之間有如下關(guān)系：
（1）
n——電機(jī)轉(zhuǎn)速
f——電源頻率
s——轉(zhuǎn)差率
p——電機(jī)極對(duì)數(shù)
考慮到轉(zhuǎn)差率s一般<<1，所以當(dāng)電機(jī)的極對(duì)數(shù)一定時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速和電機(jī)供電電源的頻率成正比關(guān)系，因此可以通過(guò)調(diào)整供電電源的頻率來(lái)控制三相異步電動(dòng)機(jī)的軸轉(zhuǎn)速。
負(fù)載類(lèi)型
在實(shí)際的生產(chǎn)機(jī)械中，電動(dòng)機(jī)的負(fù)載種類(lèi)千差萬(wàn)別，但我們可以將這些負(fù)載種類(lèi)歸結(jié)到平方轉(zhuǎn)矩﹑恒轉(zhuǎn)矩、恒功率和粘滯性負(fù)載等幾類(lèi)特性。而平方轉(zhuǎn)矩和恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性占了全部負(fù)載中的絕大多數(shù)，我們只討論這兩種負(fù)載。
平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載
平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載的特性為：電機(jī)的軸功率與電機(jī)轉(zhuǎn)速的3次方成正比關(guān)系，即
（2）
式中ne、Ne—水泵的額定轉(zhuǎn)速和額定軸功率
n、N—水泵運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速和功率
恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載
恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的特性為負(fù)載的轉(zhuǎn)矩不隨轉(zhuǎn)速變化而變化，電機(jī)的軸功率與電機(jī)的轉(zhuǎn)速成正比關(guān)系，即
（3）
式中n--三相異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速
N--三相異步電機(jī)運(yùn)行在n轉(zhuǎn)速的軸功率
k--傳動(dòng)系數(shù)，當(dāng)轉(zhuǎn)矩一定時(shí)，k為常數(shù)
變頻調(diào)速節(jié)能原理
變頻調(diào)速節(jié)能原理從以上二種負(fù)載類(lèi)型來(lái)說(shuō)明：
平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載節(jié)電原理
典型的平方轉(zhuǎn)矩類(lèi)型負(fù)載是風(fēng)機(jī)和水泵。從流體力學(xué)的原理來(lái)說(shuō)，風(fēng)機(jī)輸出的風(fēng)量或水泵輸出的水流量∝風(fēng)機(jī)或水泵的轉(zhuǎn)速，風(fēng)機(jī)輸出的風(fēng)壓或水泵輸出的揚(yáng)程∝風(fēng)機(jī)或水泵轉(zhuǎn)速的2次方，風(fēng)機(jī)或水泵的軸功率∝風(fēng)機(jī)或水泵轉(zhuǎn)速的3次方。因此若轉(zhuǎn)速下降20%，則功率可下降48.8% ；若轉(zhuǎn)速下降50%，則軸功率可下降87.5% ，即使考慮調(diào)速裝置本身的損耗等因素，節(jié)電也是相當(dāng)可觀的。
恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載節(jié)能原理
對(duì)于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載有
（4）
式中NL--負(fù)載軸功率
TL--負(fù)載轉(zhuǎn)矩
n--負(fù)載轉(zhuǎn)速
由于負(fù)載轉(zhuǎn)矩一定，所以軸功率和負(fù)載轉(zhuǎn)速成正比關(guān)系。當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)速的變化不影響產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量時(shí)，應(yīng)盡可能的降低電機(jī)轉(zhuǎn)速，達(dá)到節(jié)能的目的。
變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)適用范圍
許多行業(yè)、如鋼鐵、有色、石油、石化、化工、紡織、機(jī)械、電力、建材、醫(yī)藥、煤炭、造紙、卷煙、酒店、自來(lái)水等行業(yè)都在許多設(shè)備中采用交流電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)，產(chǎn)生節(jié)電、提高產(chǎn)品質(zhì)量及增產(chǎn)的效果。
節(jié)能潛力
變頻器要節(jié)電是有一定條件的。在不影響使用的條件下，適當(dāng)改變工況參數(shù)后，把不合理運(yùn)行參數(shù)所消耗電能節(jié)省下來(lái)，就可做到從一般運(yùn)行轉(zhuǎn)變成經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。
要節(jié)能一定要降低頻率，頻率下降值越大，節(jié)電越多。不降低頻率，變頻器原則上是不能節(jié)電的。
與電動(dòng)機(jī)負(fù)載率有關(guān)。負(fù)載率在10％～90％時(shí)，節(jié)電率最多約8％～10％，負(fù)載率低相應(yīng)節(jié)電率高些。但無(wú)功節(jié)電率大約40％～50％，是不計(jì)電費(fèi)的。
與原來(lái)的運(yùn)行的工況參數(shù)值的合理程度有關(guān)。例如，與壓力、流量、轉(zhuǎn)速等可調(diào)節(jié)的量值大小有關(guān)，可調(diào)整量大，則節(jié)電率就高，否則相反。
與原來(lái)采用的調(diào)整方式有關(guān)。采用進(jìn)口或出口閥門(mén)方式來(lái)調(diào)整運(yùn)行參數(shù)的，很不經(jīng)濟(jì)，若改為變頻器調(diào)速，則經(jīng)濟(jì)合理。使用變頻器調(diào)速后，比用人工閥門(mén)調(diào)整運(yùn)行方法，能多節(jié)電達(dá)20％～30％。
與原來(lái)采用的調(diào)速方式有關(guān)。例如，原來(lái)用滑差電動(dòng)機(jī)調(diào)速，因調(diào)速效率低，尤其在中、低速時(shí)，效率只有50％以下，很不經(jīng)濟(jì)，改為變頻器調(diào)速后，把這部分電能節(jié)省下來(lái)了。目前輕工、紡織、造紙、印染、塑料、橡膠等行業(yè)中，大多還在使用滑差電動(dòng)機(jī)，故使用變頻器來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)能，技術(shù)改造工作是當(dāng)務(wù)之急的事。
與電動(dòng)機(jī)工作方式有關(guān)。例如，連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)、短時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)、間歇運(yùn)轉(zhuǎn)的節(jié)電量是不同的。
與電動(dòng)機(jī)開(kāi)動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)短有關(guān)。例如，一天開(kāi)機(jī)24h，一年開(kāi)365天的節(jié)電量就大，反之則小。
與電動(dòng)機(jī)本身功率大小有關(guān)。同樣節(jié)電率下，功率大的節(jié)電量值大，經(jīng)濟(jì)效益就大，哪怕節(jié)電率相對(duì)小功率電動(dòng)機(jī)低些，但實(shí)際收益較大。
與本單位生產(chǎn)工藝設(shè)備重要性有關(guān)。首先要選產(chǎn)品電耗大的、產(chǎn)品成本高的、現(xiàn)用的調(diào)速方式是不夠經(jīng)濟(jì)合理的設(shè)各加以改造，改用變頻器后就能有立竿見(jiàn)影、事半功倍的效果。
在選用變頻器調(diào)速或節(jié)能時(shí)，應(yīng)該遵守以上10條原則，作為決定方案的前提。當(dāng)?shù)仉娰M(fèi)價(jià)格高的，在同樣節(jié)電量時(shí)，經(jīng)濟(jì)收益就更大，這也是必然要考慮的事。
節(jié)能案例一
變頻調(diào)速技術(shù)在工藝風(fēng)機(jī)節(jié)能中的應(yīng)用
某玻璃生產(chǎn)廠生產(chǎn)鋼化玻璃時(shí)，須將普通玻璃經(jīng)過(guò)鋼化爐處理后形成鋼化玻璃。鋼化爐有加熱爐、冷卻段和風(fēng)機(jī)系統(tǒng)組成。鋼化玻璃工序工藝流程見(jiàn)圖1：
經(jīng)過(guò)磨邊處理的玻璃片從上片臺(tái)進(jìn)入到加熱爐內(nèi)，被加熱到600-700℃左右，達(dá)到軟化
狀態(tài)，然后進(jìn)入鋼化冷卻段。鋼化冷卻段由滾道和風(fēng)柵組成，滾道將軟化狀態(tài)的玻璃送入到風(fēng)柵區(qū)，依靠冷卻風(fēng)機(jī)吹風(fēng)急劇冷卻，在玻璃表面和內(nèi)部形成溫度梯度，玻璃表面會(huì)形成巨大的壓應(yīng)力，達(dá)到玻璃鋼化的目的。之后已鋼化的玻璃繼續(xù)在風(fēng)柵內(nèi)被冷卻到50℃左右后，送出到下片臺(tái)，然后從下片臺(tái)將鋼化成形后的玻璃取片。
圖1 鋼化玻璃工序工藝流程
實(shí)際上玻璃鋼化的時(shí)間非常短，大概只有10s左右，其余時(shí)間主要是用來(lái)冷卻和待機(jī)。在鋼化成形時(shí)，由于要在玻璃表面形成巨大的溫度梯度，因此必須要用大量的空氣來(lái)冷卻，但在冷卻段和待機(jī)段，則不需要那么多的風(fēng)量。另外，玻璃的厚度不同，其所需風(fēng)量也不同，玻璃越薄，冷卻風(fēng)量需要越大， 生產(chǎn)到厚玻璃時(shí)，所需要的鋼化冷卻風(fēng)量也隨之減少，為了滿(mǎn)足最?lèi)毫拥墓r，所以風(fēng)機(jī)的功率配的很高，通過(guò)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口上的風(fēng)門(mén)來(lái)滿(mǎn)足不同的工藝需求。
傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)風(fēng)量的方法是阻擋風(fēng)機(jī)入口的面積，使風(fēng)機(jī)的進(jìn)風(fēng)量減小，以達(dá)到減小風(fēng)量的目的。這時(shí)候風(fēng)機(jī)的軸功率與風(fēng)量的關(guān)系可以由圖1中曲線(xiàn)1表示，而用調(diào)速方式來(lái)減小流量時(shí)，風(fēng)機(jī)的軸功率和風(fēng)量的關(guān)系可以由圖1中的曲線(xiàn)2表示，中間部分就是這兩者之間的節(jié)能量。從圖1可以看出，在風(fēng)量需求較小時(shí)，其節(jié)能量是很大的。當(dāng)風(fēng)量需求減少20%
時(shí)，節(jié)能率約為36.16%，當(dāng)風(fēng)量需求減少30%時(shí)，節(jié)能率約為52.33%，當(dāng)風(fēng)量需求減少50%時(shí)，節(jié)能率約為78.72%。
圖3、圖4為鋼化爐生產(chǎn)線(xiàn)和鋼化爐風(fēng)機(jī)系統(tǒng)
該系統(tǒng)風(fēng)機(jī)是由一臺(tái)250kW、4極、380V的三相異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)，原先工作風(fēng)量是由操作工根據(jù)加工玻璃的厚度，設(shè)定輸入風(fēng)門(mén)的開(kāi)度，達(dá)到調(diào)節(jié)風(fēng)量大小的目的。根據(jù)上述工況，采用變頻技術(shù)進(jìn)行節(jié)能改造，變頻器選用上海格立特VC2000型產(chǎn)品。改造后，操作工根據(jù)加工玻璃的厚度，設(shè)定變頻器的輸出頻率，達(dá)到調(diào)節(jié)風(fēng)量大小的目的。表1是改造前后2種規(guī)格的玻璃鋼化時(shí)節(jié)能率的對(duì)比，表2是改造前后年用電量對(duì)比。
節(jié)能案例二
變頻調(diào)速系統(tǒng)在中央空調(diào)系統(tǒng)中的節(jié)能應(yīng)用
某大廈是一座集餐飲和寫(xiě)字樓為一體的綜合性商務(wù)大樓。該大樓有26層主樓和5層裙樓組成。占地面積6630 m2，建筑物占地面積2010.2m3，建筑面積42397.4m2，其中地上32693.0 m2，地下9704.4 m2。
該大廈主樓地面26層，地下二層。制冷主機(jī)采用廣州日立冷機(jī)有限公司風(fēng)冷熱泵式冷水機(jī)組，主機(jī)和循環(huán)水泵均安裝于裙樓樓頂上，各樓層配置組合式空調(diào)箱，各房間均配置風(fēng)機(jī)盤(pán)管。
中央空調(diào)主機(jī)有4組8臺(tái)，均為風(fēng)冷型制冷機(jī)，每組制冷主機(jī)的冷媒水進(jìn)水總管上有一電磁閥，可通過(guò)BA系統(tǒng)控制閥門(mén)的開(kāi)和關(guān)。
冷媒水泵6臺(tái)，其中
1#-2#水泵型號(hào)為DFW150-160（1）/2，流量160m3/h，揚(yáng)程32m，功率22 kW， 2900 r/min，效率75%。配套電機(jī)型號(hào)為Y2-180M-2，額定功率22kW，額定電壓380V，電流40.5， 轉(zhuǎn)速2940r/min，功率因素0.911
3#-6#水泵型號(hào)為DFW150-315/4，流量200m3/h，揚(yáng)程32m，功率30 kW， 1450 r/min，效率79%。配套電機(jī)型號(hào)為Y2-200L-4，額定功率30kW，額定電壓380V，電流57.6， 轉(zhuǎn)速1470r/min，功率因素0.865。
主機(jī)系統(tǒng)原理圖見(jiàn)圖1。
大廈主樓1層大堂空調(diào)采用集中送風(fēng)方式，配有1臺(tái)組合式空調(diào)箱，風(fēng)機(jī)為3kW風(fēng)機(jī)2臺(tái)。2層及以上共有206間辦公用房（未隔斷的毛坯房），每間辦公用房安裝有2至3臺(tái)空調(diào)盤(pán)管，共有609臺(tái)空調(diào)盤(pán)管。每臺(tái)空調(diào)盤(pán)管都配一個(gè)電磁閥門(mén)，做開(kāi)、關(guān)控制。每層配有一臺(tái)組合式空調(diào)箱做送新風(fēng)之用，風(fēng)機(jī)均為0.8kW。
大廈主樓系統(tǒng)原理圖見(jiàn)圖3。
裙樓1層為大堂，2層為餐廳，3至5層為辦公用房，空調(diào)均為集中送風(fēng)方式，每層有一臺(tái)組合式空調(diào)箱，1層配用風(fēng)機(jī)為1.8kW風(fēng)機(jī)3臺(tái)，2至5層配用風(fēng)機(jī)均為3kW風(fēng)機(jī)3臺(tái)，2層還配有回風(fēng)風(fēng)機(jī)1臺(tái)，功率為2.2kW。
大廈裙樓系統(tǒng)原理圖見(jiàn)圖2。
大廈有一套BA系統(tǒng)，用于控制空調(diào)箱風(fēng)機(jī)的運(yùn)行停止和空調(diào)箱進(jìn)水閥的開(kāi)關(guān)。采用DDC控制方式，終端采用TREND IQ204控制器，每個(gè)終端控制2樓層的空調(diào)箱，每層有1路模擬量輸入，4路數(shù)字量輸入，3路模擬量輸出。
運(yùn)行狀況
在正常情況下，主機(jī)由人工控制，一般運(yùn)行二組RHU380AHZ1型機(jī)組，全部4組主機(jī)進(jìn)、出水閥門(mén)全開(kāi)，一般不調(diào)整。運(yùn)行狀況為冷媒水出水溫度11-14℃,進(jìn)水溫度15.5-17℃，溫差一般在3-4℃左右。
水泵由人工控制，一般運(yùn)行二臺(tái)DFW150-315/4型水泵，進(jìn)水口壓力一般為738.67kPa-740.73kPa，出水口壓力為806.03-810.77kPa。集水器壓力695.6-697.13kPa，分水器壓力778-780kPa。用超聲波流量計(jì)測(cè)得冷媒水出水總管流量為616-626m3/h。水泵運(yùn)行功率為27.59kW和27.73kW。偶爾情況會(huì)開(kāi)3臺(tái)水泵，每年開(kāi)3臺(tái)的天數(shù)一般小于為7天。
各樓層空調(diào)箱運(yùn)行由人工通過(guò)BA系統(tǒng)控制，運(yùn)行情況為主機(jī)開(kāi)時(shí)，空調(diào)箱進(jìn)水閥門(mén)也開(kāi)，風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行。各房間盤(pán)管進(jìn)水閥門(mén)有房間內(nèi)的空調(diào)開(kāi)關(guān)控制，盤(pán)管風(fēng)機(jī)控制有2到3檔，也是有房間內(nèi)的空調(diào)風(fēng)量控制開(kāi)關(guān)控制。
節(jié)能改造
水泵節(jié)能改造
根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行狀況，我們將備用的主機(jī)進(jìn)出水閥門(mén)關(guān)閉，則降低了系統(tǒng)1/3冷媒水需求流量。此外，又由于主機(jī)的進(jìn)出水溫差在3-4℃。因此，通過(guò)采用格立特VF10型變頻器對(duì)水泵進(jìn)行溫差控制，降低冷水流量來(lái)提高溫差到5℃，這樣既能提高主機(jī)效率，又能降低水泵能耗。根據(jù)測(cè)試，當(dāng)提高進(jìn)出水溫差到5℃時(shí)，冷水流量可降低20%左右。水泵功率可降低30%-40%。平均節(jié)能35%計(jì)算，可節(jié)能19.36kWh/小時(shí)，以每天運(yùn)行13小時(shí)計(jì)，節(jié)能251.7.7kWh/天。以每年運(yùn)行3432小時(shí)計(jì)，則年節(jié)能66450.4kWh。電價(jià)以平均0.94元/kWh計(jì)算，則年節(jié)約電費(fèi)59805.35元/年。
風(fēng)機(jī)節(jié)能改造
送新風(fēng)風(fēng)機(jī)
空調(diào)箱送新風(fēng)風(fēng)機(jī)只作運(yùn)行和停止控制，運(yùn)行時(shí)為工頻運(yùn)行，一般風(fēng)量不作調(diào)整。這樣，不管是否需要，風(fēng)機(jī)都是全速運(yùn)行，能耗較大。通過(guò)對(duì)主樓2層空調(diào)箱風(fēng)機(jī)測(cè)試，0.8kW的風(fēng)機(jī)實(shí)測(cè)電流為2.09A，運(yùn)行功率約為1.06kW，負(fù)載率基本為100%。采用格立特VF10型變頻裝置后，風(fēng)機(jī)根據(jù)需求作變速運(yùn)行。根據(jù)風(fēng)機(jī)理論，風(fēng)機(jī)風(fēng)量與風(fēng)機(jī)功率成立方關(guān)系，因而，可以大大節(jié)約能源。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，我們將送新風(fēng)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行頻率設(shè)定在45Hz左右，這樣對(duì)樓內(nèi)人員舒適度沒(méi)有什么影響，而風(fēng)機(jī)功率可下降27.1%左右。同時(shí)對(duì)風(fēng)機(jī)做間歇送風(fēng)控制，占空比為50%，則又能節(jié)能50%左右，總計(jì)節(jié)能量在60%左右。對(duì)0.8kW的風(fēng)機(jī)，節(jié)能可達(dá)0.583kWh/小時(shí)，以每天運(yùn)行13小時(shí)計(jì)，節(jié)能7.58kWh/天。以每年運(yùn)行3432小時(shí)計(jì)，則年每臺(tái)節(jié)能約為2000.86kWh。節(jié)約電費(fèi)1880.81元/臺(tái)。
送冷風(fēng)風(fēng)機(jī)
送冷風(fēng)風(fēng)機(jī)主要是主樓1樓和裙樓1樓至5樓的空調(diào)箱風(fēng)機(jī)。我們對(duì)主樓1樓，裙樓1、2、3樓做了風(fēng)機(jī)功率測(cè)試。測(cè)試情況見(jiàn)表3：
節(jié)能案例三
變頻調(diào)速技術(shù)在空氣壓縮系統(tǒng)中的節(jié)能應(yīng)用
某化纖有限公司現(xiàn)有英格索蘭空壓機(jī)4臺(tái)，排氣壓力0.85MPa，其中3臺(tái)MM160-8.5，容積流量為26m3/min，壓縮電機(jī)額定功率160kW；1臺(tái)MM75-8.5，容積流量為12.1m3/min，壓縮電機(jī)額定功率75kW。
(1)系統(tǒng)狀況
該公司4臺(tái)空壓機(jī)大多數(shù)時(shí)間采用一大一小方式運(yùn)行，總供氣量為38.1m3/min，其中75kW空壓機(jī)設(shè)定加卸載壓力為0.66MPa和0.76MPa，160kW空壓機(jī)設(shè)定加卸載壓力為0.68MPa和0.78MPa。實(shí)際工作中75kW 的MM75空壓機(jī)約只有60%的加載率，160kW 的MM160空壓機(jī)基本一直處于加載狀態(tài)。
經(jīng)過(guò)測(cè)試，75kW空壓機(jī)卸載時(shí)最小輸入功率30kW左右，加載時(shí)最高輸入功率85kW，160kW的空壓機(jī)一直處于加載狀態(tài)，運(yùn)行比較平穩(wěn)，輸入功率一直保持為165kW左右。
工廠工藝要求空壓機(jī)運(yùn)行壓力不低于0.6MPa，需求量大時(shí)兩臺(tái)160kW工作。
2)節(jié)能原理
該公司的空壓機(jī)耗電量占全廠總耗電量16%左右，空壓機(jī)系統(tǒng)年總用電量為180萬(wàn)kWh左右，因此對(duì)空壓機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能改造意義十分重大。
由于生產(chǎn)工藝所需的壓縮空氣不斷變化和生產(chǎn)安排的調(diào)整，導(dǎo)致車(chē)間對(duì)壓縮空氣的需求量也在不斷變化，為了適應(yīng)這種變化，空壓機(jī)系統(tǒng)一般采用加卸載的方式運(yùn)行。壓縮空氣的需求量減少使空壓機(jī)排氣壓力達(dá)到卸載壓力時(shí)，空壓機(jī)開(kāi)始卸載。空壓機(jī)卸載時(shí)進(jìn)氣口關(guān)閉，電機(jī)空轉(zhuǎn)不產(chǎn)生壓縮空氣，但是其耗電功率基本占到額定功率的30%左右，甚至更多，從而導(dǎo)致空壓機(jī)系統(tǒng)在部分負(fù)荷時(shí)效率較低。
依據(jù)螺桿式空壓機(jī)的排氣量和轉(zhuǎn)速、耗電功率基本上成正比例的關(guān)系，通過(guò)采用變頻器對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行恒壓控制，可根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際用氣需求調(diào)節(jié)壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速，使空壓機(jī)排氣量和實(shí)際需求量達(dá)到基本平衡，系統(tǒng)壓力波動(dòng)控制在較小的范圍內(nèi)，從而節(jié)約了空壓機(jī)采用傳統(tǒng)加卸載運(yùn)行方式時(shí)不必要的能耗：降低傳統(tǒng)控制方式中加載時(shí)較高壓力導(dǎo)致的高電耗，避免卸載時(shí)空壓機(jī)電機(jī)空轉(zhuǎn)做無(wú)用功。
3)節(jié)能改造
根據(jù)該公司壓縮空氣系統(tǒng)的使用情況，我們配置了格立特VC-K型智能節(jié)電裝置，用于空壓機(jī)系統(tǒng)的控制。該智能節(jié)電裝置自動(dòng)采集現(xiàn)場(chǎng)儲(chǔ)氣罐的壓力，根據(jù)壓縮空氣的實(shí)際需求量，按循環(huán)啟動(dòng)的方式閉環(huán)控制4臺(tái)空壓機(jī)的運(yùn)行，在滿(mǎn)足系統(tǒng)正常安全和穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，大幅降低系統(tǒng)運(yùn)行能耗。系統(tǒng)示意圖見(jiàn)圖5。
當(dāng)系統(tǒng)中一臺(tái)75kW（產(chǎn)氣量12.1m3/min）空壓機(jī)以60%加載率運(yùn)行，一臺(tái)160kW（產(chǎn)氣量26m3/min）空壓機(jī)無(wú)卸載運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)實(shí)際每小時(shí)耗能約為236.5kWh，當(dāng)75kW空壓機(jī)改用變頻恒壓運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)每小時(shí)耗能為226kWh，每小時(shí)節(jié)能10.5kWh。
按空壓機(jī)每年運(yùn)行8000小時(shí)計(jì)算，年節(jié)能量為8.4萬(wàn)kWh，每度電按0.8元計(jì)算年可節(jié)約電費(fèi)6.72萬(wàn)元。
節(jié)能案例四
變頻調(diào)速技術(shù)在鍋爐風(fēng)機(jī)節(jié)能改造中的應(yīng)用
工業(yè)鍋爐是工業(yè)生產(chǎn)中重要的熱能動(dòng)力設(shè)備。工業(yè)鍋爐根據(jù)采用的燃料不同，通常分為燃煤、燃油和燃?xì)馊N，這三種鍋爐的燃燒過(guò)程控制系統(tǒng)基本相同，只是調(diào)節(jié)燃料量的手段有所不同。傳統(tǒng)的控制方案中，鼓、引風(fēng)機(jī)采用電動(dòng)機(jī)工頻定速、直接驅(qū)動(dòng)的方式運(yùn)行，風(fēng)量一般采用風(fēng)門(mén)擋板控制，電機(jī)，其弊端是操作復(fù)雜、調(diào)節(jié)不及時(shí)，調(diào)節(jié)精度較差，不能確保鍋爐的最佳運(yùn)行狀態(tài)，浪費(fèi)能源。
在工業(yè)鍋爐燃燒生產(chǎn)過(guò)程如采用變頻器控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，就可改變?cè)械牟僮鞣绞剑∠麚醢逭{(diào)節(jié)，操作簡(jiǎn)便，也可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，能夠有效地適應(yīng)鍋爐生產(chǎn)過(guò)程，使系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，保持風(fēng)機(jī)高效的運(yùn)轉(zhuǎn)；電機(jī)實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，無(wú)沖擊電流，設(shè)備故障率大大降低，維修費(fèi)用大為減少。更重要的是大大降低了能耗，提高了效率，并降低了風(fēng)機(jī)的噪音，減少了噪聲對(duì)環(huán)境的影響。
某紙業(yè)有限公司蒸汽鍋爐的引風(fēng)機(jī)采用液力耦合調(diào)速，鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)為AECK-360kW/10kV，額定電流26.3A；工頻全速運(yùn)行時(shí)，鼓風(fēng)機(jī)的額定流量為：2950 m3/min、額定壓力520 mmH2O；在實(shí)際運(yùn)行中，工作風(fēng)量是由操作工根據(jù)蒸汽溫度，調(diào)節(jié)擋板，達(dá)到調(diào)節(jié)風(fēng)量大小的目的。其風(fēng)門(mén)開(kāi)度通常為68%（風(fēng)機(jī)流量2006 m3/min ）~80%（風(fēng)機(jī)流量2360 m3/min ），電機(jī)功耗為236.14 kW ~277.06 kW。
根據(jù)上述工況，采用變頻技術(shù)對(duì)鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)節(jié)能改造，增加了1臺(tái)上電科NEMS-HVI型高壓變頻器（10 kV /360kW）及壓力傳感器等，通過(guò)變頻器的PID功能，實(shí)現(xiàn)溫度的自動(dòng)調(diào)節(jié)。改造后，當(dāng)工作流量為2006 m3/min時(shí)，電機(jī)功耗為123.5kW，節(jié)能率為48%;當(dāng)工作流為量2360 m3/min，電機(jī)功耗為191.4kW，節(jié)能率為31%，可見(jiàn)工作流量越低，節(jié)能效果越為顯著。該公司的實(shí)際工況是，設(shè)備在小流量運(yùn)行的時(shí)間較長(zhǎng)，該裝置的年平均節(jié)能率約42%。裝置總投資約50萬(wàn)，運(yùn)行10個(gè)月后已經(jīng)收回投資。
