变频技术在供热、空调工程应用中需要注意的几个问题

变转速技术逐渐被人们重视，并在空调、供热系统中得到迅速发展和应用。由于其节能效果显著，国家有关法规（中华人民共和国节约能源法，1997）中规定要逐步实现电动机、风机、泵类设备和系统的经济运行，发展电机调速节电技术。但值得注意的是变频技术的应该需根据具体问题的实际情况给与考虑，不能盲目的上项目。以下是应用变频技术时我们需要注意的几个方面和人们还存在的误区。

由于变频空调在压缩机启动时的冲击电流小，而且一般在运行过程中不会频繁启停，所以，相对定速空调器而言，由其引起的电压波动和闪烁都比较小。通常情况下，变频空调会采用比定速空调更复杂的滤波电路，控制电路的设计也更为复杂和成熟。在大多数情况下，变频空调在抗扰度方面都不会出现大的问题。借助无功因数补偿器，能够提高功率因数，有效降低能耗，改善电网质量，此项技术已经较为广泛的应用。

根据相似定律应用于以不同转速运行的同一台水泵，满足下列公式:

Q_o/Q₁=n_o/n₁ (1)     No/N₁=(n_o/n₁)³   (2)   Ho/H₁=(n_o/n₁)² (3)

得到： H_o/H₁=(Q_o/Q₁)²=(n_o/n₁)²   (4)  

这三个公式表示同一台水泵，当转速n变更时，其它性能参数将按上述比例关系而变式中

Q_o、H_o ——泵在额定转速n_o下的流量和扬程；

Q₁、H₁ ——泵在额定转速n₁下的流量和扬程；

由：η_总＝(H_总Q_总)/N_总  （5）可知变频并不能改变原有水泵、风机的运行效率。

工程应用中发现，采用了变频技术使流量、扬程都能下降，电耗也下降，但水泵、风机等效率并不高（低于50%）。许多人误以为将，原设计中选型过大的水泵、风机，通过变频调速修正就能达到预期的节能效果而忽略了对水泵、风机等原有效率的测试。殊不知，这种改造的结果：节电效果上有一些体现，但始终不能达到预期结果，而且运行不稳定。究其原因在于：由公式（5）可知，变频前后是水泵、风机效率并没有改变，如果改造前这些设备就运行在低效区，那么改造后始终无法改变。

因此我们在使用变频调速改造之前，首先要对对象原有效率做初步的了解，应该先通过更换水泵使其在‘高效区’工作，然后再加变频器。大泵直接变频和更换小泵以后，再装变频器的投资成本基本相当，但后者可获得的节能效益更大。

图1 水泵变频并联水泵工作曲线

图中显示的是两台水泵定速并联后与一台变速水泵并联的情况。图中我们明显可以看出管网特性曲线仅与两台并联定速泵有交点D，且交点D超过变频水泵与两台定速泵并联工作时变频泵起作用临界点A，造成了变频泵空转。

因此我们在考虑水泵变频时要十分小心，尤其是并联泵起作用临界点的位置，且不可盲目改造。对于多泵并联的系统，最佳方案为多台泵同步调速。

大流量、小温差系统往往是由于各环路水利部平衡等原因造成的，而运行管理人员进一味的加大流量来弥补换热效果差的举动并不能真正意义上解决问题。有些系统本身是在合理选择水泵和各个支路调节较好的情况下，实际运行中仍无法避免小温差运行。

如图2 ：水侧不控的空调机组或通断控制风机盘管水泵系统的特性图，B_o^＊为风机盘管的相对开启率。系统特性：流量的变化速率要大于相对的冷量的变化速率。当流量发生很大的变化的时候，其供冷量变化相对较小，30%的设计水量只能输送20%的设计冷量。在供回水压差接近不变的情况下，该系统可通过适当加少供回水温差（供冷量）来调节水系统流量，从而降低水泵电耗；

如图3：一般单个换热器和水阀连续调节的空调机组组成的水系统特性图。系统特性：在部分供冷量下，水量的减少的速率比供冷量的减少的速率要快。30%的设计水量就能输送50%的设计冷量，水系统就会出现大温差和小流量的运行工况。因此该系统可以采用变频的方法来调节供能量（冷量、热量）的变化，既节约了水泵电耗又对供冷量的影响不大。

图2 水侧不控的空调机组或通断控制风机盘管水泵系统的特性曲线 图3 单个换热器或水阀连续调节系统的系统

首先规定COP和EER的定义：

COP=压缩机的制冷量（kw）/压缩机的输入功率（kw）；

EER=整个机组的制冷量（kw）/整个机组的消耗（kw）；

本例中使用制冷量为500rt（1758kw）电动离心制冷机冷冻水出水温度6.7℃,冷冻水进水温度13. 3℃,冷却水进水温度30.5℃,冷却水出水温度36. 1℃。负荷改变时：冷冻水流量变化，出水温度不变，进水温度变化；冷却水流量、进出水温度均发生变化。

工程应用中发现：如同4、5当采用一次泵变频技术后，COP随负荷减少水量的变化而下降，但是EER确有所增加，比100%运行时要高。因此我们在适当范围内使用变频技术，可以起到相当的节能效果。关键是要权衡考虑：变频技术引起的冷冻水量、冷却水量的减少对冷机的COP的影响与水泵能耗减少两方面因素的作用。

图4 变水量（VWV）系统中能耗随负荷的变化情况      图5 COP和EER随负荷变化情况

我们在设计供热系统的时候往往采用走极端，“加保险”的方法。例如在设计热源时使用：用户设计热负荷保险系数+热网设计的保险系数+热源设计的保险系数，直接导致供热系统三级放大。最终根据以上条件选区的热源、输配系统都偏大，有的还很离谱。

调查发现：间连网供热系统的一次网循环泵，具有很大的节能潜力。一方面：设计选取的流量偏大，另一方面：锅炉的循环水量有10%上下的调节能力，波动的范围应小于20％，三：且N=f(G³)能力这三方面的条件都促使了我们在一次网循环泵上使用了变频技术。

综合以上情况，我们要慎重对待变频技术在供热、空调系统的应用。任何一项技术，我们要在了解其适用范围的基础上，才能更好的应用它。以上只是列出了使用过程中遇到的几种情况，尚有未尽之处，希望能够今后的总结为的工程实践提供更多的依据和参考。三

[1] 张谋雄 冷水机组变流量的性能.暖通空调2000.6（20）：56-57

[2] 朱伟峰 电磁阀通断控制的风机盘管水系统整体水力和热力特性分析[J] 暖通空调2003，4（33）

[3] 薛志峰 既有建筑节能诊断与改造 北京：中国建筑工业出版社 2007.9

[4] 刘　东 陈沛霖 刘传聚 变频技术与空调节能.节能技术, 2001.6（19） ：25-27

[5] 中华人民共和国节约能源法,1997