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雞場(chǎng)負(fù)壓風(fēng)機(jī)置換通風(fēng)的應(yīng)用前景及其適用性分析變頻調(diào)速技術(shù)在風(fēng)

摘要：
本文分析了空調(diào)工程節(jié)能和舒適性空調(diào)工程的意義，闡述了置換通風(fēng)的概念、基本原理、基本特征。提出了置換通風(fēng)新型末端裝置研究、開(kāi)發(fā)的技術(shù)思路。對(duì)置換通風(fēng)的適用性問(wèn)題，進(jìn)行了舉例分析。
關(guān) 鍵 詞：置換通風(fēng) 末端裝置 節(jié)能 空氣品質(zhì) 適用性

1 引言

隨著人類文明的進(jìn)步和科技的發(fā)展，人們對(duì)自己工作、學(xué)習(xí)、生活環(huán)境的要求越來(lái)越高。而一個(gè)舒適的環(huán)境對(duì)于保證身心健康、提高生活品質(zhì)和勞動(dòng)效率有著重要意義。為實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的室內(nèi)氣候環(huán)境，電制冷空調(diào)工程已被廣泛采用。同時(shí)，人們對(duì)地球環(huán)境的關(guān)注越來(lái)越高，對(duì)環(huán)境保護(hù)的呼聲也日趨強(qiáng)烈，要求采用節(jié)能的、健康的、可持續(xù)發(fā)展的策略進(jìn)行空調(diào)設(shè)計(jì)。

1.1 中國(guó)能源現(xiàn)狀和空調(diào)工程節(jié)能

我國(guó)提出了長(zhǎng)期的經(jīng)濟(jì)發(fā)展目標(biāo)，即下世紀(jì)中葉趕上中等發(fā)達(dá)國(guó)家水平。社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展必將伴隨著巨大的能源消費(fèi)需求。能源是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，也是公用事業(yè)，更是經(jīng)濟(jì)發(fā)展和提高人民生活水平的物質(zhì)基礎(chǔ)。人類社會(huì)的進(jìn)步與能源的發(fā)展密切相關(guān)。我國(guó)制定的二十一世紀(jì)議程和九五計(jì)劃及2010年遠(yuǎn)景規(guī)劃中把能源和環(huán)境保護(hù)列為最優(yōu)先的發(fā)展領(lǐng)域。

中國(guó)是一個(gè)擁有12億人口的發(fā)展中國(guó)家，是一個(gè)以煤炭為主要能源結(jié)構(gòu)的能源生產(chǎn)消費(fèi)大國(guó)。目前，煤炭提供76%的發(fā)電能源，到2020年煤電仍高達(dá)60%[1]，煤電的使用導(dǎo)致SO2、NOX、CO2和煙塵大量排放，給環(huán)境保護(hù)造成了巨大壓力。我國(guó)大部分地區(qū)的絕大多數(shù)空調(diào)工程直接利用電能供冷，空調(diào)工程的節(jié)能，相當(dāng)于間接減少了SO2、NOX、CO2和煙塵的排放，對(duì)環(huán)保有利。

目前世界發(fā)達(dá)國(guó)家的民生耗能率高達(dá)總耗能量的1/3左右，其中絕大部分又消費(fèi)在建筑物上，各國(guó)為推動(dòng)建筑節(jié)能的進(jìn)展，相繼制定和頒布了一系列的建筑節(jié)能法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)和指導(dǎo)性文件。我國(guó)政府積極倡導(dǎo)和努力實(shí)施節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境的政策，頒布了《中華人民共和國(guó)節(jié)約能源法》和一系列建筑節(jié)能規(guī)范。

建筑物的節(jié)能是一項(xiàng)復(fù)雜的工程工程，包括各種綜合性的技術(shù)，包括建筑物本身和空調(diào)工程、設(shè)備的節(jié)能[2]。就空調(diào)工程而言，空調(diào)工程節(jié)能又與建筑節(jié)能有關(guān)，包括建筑物的朝向和平面布置、維護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫性能、窗戶的隔熱和建筑物遮陽(yáng)等等�？照{(diào)工程的節(jié)能也與運(yùn)行節(jié)能有關(guān)，包括采用降低室內(nèi)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、減少新風(fēng)量的方法，采用天然冷源，過(guò)渡季節(jié)取室外新風(fēng)自然冷卻、冷卻塔供冷技術(shù)，采用建筑設(shè)備控制自動(dòng)化技術(shù)，采用熱回收技術(shù)，例如從通風(fēng)中回收熱量等等。

采用新的節(jié)能的空調(diào)方式，選用更節(jié)能的空調(diào)產(chǎn)品，也是空調(diào)工程節(jié)能的一項(xiàng)重要、有效的措施。在某些場(chǎng)合，置換通風(fēng)就是一種較好的節(jié)能的空調(diào)方式。

1．2

風(fēng)機(jī)、泵類設(shè)備多數(shù)采用異步電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的方式運(yùn)行，存在啟動(dòng)電流大、機(jī)械沖擊、電氣保護(hù)特性差等缺點(diǎn)。不僅影響設(shè)備使用壽命，而且當(dāng)負(fù)載出現(xiàn)機(jī)械故障時(shí)不能瞬間動(dòng)作保護(hù)設(shè)備，時(shí)常出現(xiàn)泵損壞同時(shí)電機(jī)也被燒毀的現(xiàn)象。

近年來(lái)，出于節(jié)能的迫切需要和對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量不斷提高的要求，加之采用變頻調(diào)速器（簡(jiǎn)稱變頻器）易操作、免維護(hù)、控制精度高，并可以實(shí)現(xiàn)高功能化等特點(diǎn)；因而采用變頻器驅(qū)動(dòng)的方案開(kāi)始逐步取代風(fēng)門、擋板、閥門的控制方案。 

變頻調(diào)速技術(shù)的基本原理是根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速與工作電源輸入頻率成正比的關(guān)系： n =60 f（1-s）／p，（式中n、f、s、p分別表示轉(zhuǎn)速、輸入頻率、電機(jī)轉(zhuǎn)差率、電機(jī)磁極對(duì)數(shù)）；通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)工作電源頻率達(dá)到改變電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。變頻器就是基于上述原理采用交-直-交電源變換技術(shù)，電力電子、微電腦控制等技術(shù)于一身的綜合性電氣產(chǎn)品。  

三、節(jié)能分析

通過(guò)流體力學(xué)的基本定律可知：風(fēng)機(jī)、泵類設(shè)備均屬平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載，其轉(zhuǎn)速n與流量Q，壓力H以及軸功率P具有如下關(guān)系：Q∝n ，H∝n2，P∝n3；即，流量與轉(zhuǎn)速成正比，壓力與轉(zhuǎn)速的平方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。 

以一臺(tái)水泵為例，它的出口壓頭為H0（出口壓頭即泵入口和管路出口的靜壓力差），額定轉(zhuǎn)速為n0,閥門全開(kāi)時(shí)的管阻特性為r0,額定工況下與之對(duì)應(yīng)的壓力為H1,出口流量為Q1。流量-轉(zhuǎn)速-壓力關(guān)系曲線如下圖所示。  

在現(xiàn)場(chǎng)控制中，通常采用水泵定速運(yùn)行出口閥門控制流量。當(dāng)流量從Q1減小50%至Q2時(shí)，閥門開(kāi)度減小使管網(wǎng)阻力特性由r0變?yōu)閞1，工程工作點(diǎn)沿方向I由原來(lái)的A點(diǎn)移至B點(diǎn)；受其節(jié)流作用壓力H1變?yōu)镠2。水泵軸功率實(shí)際值（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 分別表示功率、流量、壓力、水泵效率、傳動(dòng)裝置效率，直接傳動(dòng)為1。假設(shè)總效率（η c·η b）為1，則水泵由A點(diǎn)移至B點(diǎn)工作時(shí)，電機(jī)節(jié)省的功耗為AQ1OH1和BQ2OH2的面積差。如果采用調(diào)速手段改變水泵的轉(zhuǎn)速n，當(dāng)流量從Q1減小50%至Q2時(shí)，那么管網(wǎng)阻力特性為同一曲線r0，工程工作點(diǎn)將沿方向II由原來(lái)的A點(diǎn)移至C點(diǎn)，水泵的運(yùn)行也更趨合理。在閥門全開(kāi)，只有管網(wǎng)阻力的情況下，工程滿足現(xiàn)場(chǎng)的流量要求，能耗勢(shì)必降低。此時(shí)，電機(jī)節(jié)省的功耗為AQ1OH1和CQ2OH3的面積差。比較采用閥門開(kāi)度調(diào)節(jié)和水泵轉(zhuǎn)速控制，顯然使用水泵轉(zhuǎn)速控制更為有效合理，具有顯著的節(jié)能效果。 

另外，從圖中還可以看出：閥門調(diào)節(jié)時(shí)將使工程壓力H升高，這將對(duì)管路和閥門的密封性能形成威脅和破壞；而轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)時(shí)，工程壓力H將隨泵轉(zhuǎn)速n的降低而降低，因此不會(huì)對(duì)工程產(chǎn)生不良影響。 

從上面的比較不難得出：當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)水泵流量的需求從100%降至50%時(shí)，采用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)將比原來(lái)的閥門調(diào)節(jié)節(jié)省BCH3H2所對(duì)應(yīng)的功率大小，節(jié)能率在75%以上。 與此相類似的，如果采用變頻調(diào)速技術(shù)改變泵類、風(fēng)機(jī)類設(shè)備轉(zhuǎn)速來(lái)控制現(xiàn)場(chǎng)壓力、溫度、水位等其它過(guò)程控制參量，同樣可以依據(jù)工程控制特性繪制出關(guān)系曲線得出上述的比較結(jié)果。亦即，采用變頻調(diào)速技術(shù)改變電機(jī)轉(zhuǎn)速的方法，要比采用閥門、擋板調(diào)節(jié)更為節(jié)能經(jīng)濟(jì)，設(shè)備運(yùn)行工況也將得到明顯改善。  

四、節(jié)能計(jì)算 

對(duì)于風(fēng)機(jī)、泵類設(shè)備采用變頻調(diào)速后的節(jié)能效果，通常采用以下兩種方式進(jìn)行計(jì)算： 

1、根據(jù)已知風(fēng)機(jī)、泵類在不同控制方式下的流量－負(fù)載關(guān)系曲線和現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的負(fù)荷變化情況進(jìn)行計(jì)算。 

以一臺(tái)IS150-125-400型離心泵為例，額定流量200.16m3/h，揚(yáng)程50m；配備Y225M-4型電動(dòng)機(jī)，額定功率45kW。泵在閥門調(diào)節(jié)和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)時(shí)的流量－負(fù)載曲線如下圖示。根據(jù)運(yùn)行要求，水泵連續(xù)24小時(shí)運(yùn)行，其中每天11小時(shí)運(yùn)行在90%負(fù)荷，13小時(shí)運(yùn)行在50%負(fù)荷；全年運(yùn)行時(shí)間在300天。  

則每年的節(jié)電量為：W1=45×11×（100%－69%）×300=46035kW·h 

W2=45×13×（95%－20%）×300 =131625kW·h 

W = W1＋W2=46035＋131625=177660kW·h 

每度電按0.5元計(jì)算，則每年可節(jié)約電費(fèi)8.883萬(wàn)元。 

2、根據(jù)風(fēng)機(jī)、泵類平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載關(guān)系式：P / P0=（n / n0）3計(jì)算，式中為P0額定轉(zhuǎn)速n0時(shí)的功率；P為轉(zhuǎn)速n時(shí)的功率。 

以一臺(tái)工業(yè)鍋爐使用的22 kW鼓風(fēng)機(jī)為例。運(yùn)行工況仍以 24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行，其中每天11小時(shí)運(yùn)行在90%負(fù)荷（頻率按46Hz計(jì)算,擋板調(diào)節(jié)時(shí)電機(jī)功耗按98%計(jì)算），13小時(shí)運(yùn)行在50%負(fù)荷（頻率按20Hz計(jì)算，擋板調(diào)節(jié)時(shí)電機(jī)功耗按70%計(jì)算）；全年運(yùn)行時(shí)間在300天為計(jì)算依據(jù)。 

則變頻調(diào)速時(shí)每年的節(jié)電量為：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 

擋板開(kāi)度時(shí)的節(jié)電量為：W1=22×（1－98%）×11×300=1452kW·h 

W2=22×（1－70%）×11×300=21780kW·h 

Wd = W1＋W2=1452＋21780=23232 kW·h 

相比較節(jié)電量為：W= Wb－Wd=96376－23232=73144 kW·h 

每度電按0.5元計(jì)算，則采用變頻調(diào)速每年可節(jié)約電費(fèi)3.657萬(wàn)元。 某工廠離心式水泵參數(shù)為：離心泵型號(hào)6SA-8，額定流量53. 5 L/s，揚(yáng)程50m；所配電機(jī)Y200L2-2型37 kW。對(duì)水泵進(jìn)行閥門節(jié)流控制和電機(jī)調(diào)速控制情況下的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)記錄如下：

流 量L/s 時(shí) 間（h） 消耗電網(wǎng)輸出的電能（kW·h） 

閥門節(jié)流調(diào)節(jié) 電機(jī)變頻調(diào)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 

合計(jì) 24 653.4 378.3 

相比之下，在一天內(nèi)變頻調(diào)速可比閥門節(jié)流控制節(jié)省275.1 kW·h的電量，節(jié)電率達(dá)42.1%。

五、結(jié)束語(yǔ) 

風(fēng)機(jī)、泵類等設(shè)備采用變頻調(diào)速技術(shù)實(shí)現(xiàn)節(jié)能運(yùn)行是我國(guó)節(jié)能的一項(xiàng)重點(diǎn)推廣技術(shù)，受到國(guó)家政府的普遍重視，《中華人民共和國(guó)節(jié)約能源法》第39條就把它列為通用技術(shù)加以推廣。實(shí)踐證明，變頻器用于風(fēng)機(jī)、泵類設(shè)備驅(qū)動(dòng)控制場(chǎng)合取得了顯著的節(jié)電效果，是一種理想的調(diào)速控制方式。既提高了設(shè)備效率，又滿足了生產(chǎn)工藝要求，并且因此而大大減少了設(shè)備維護(hù)、維修費(fèi)用，還降低了停產(chǎn)周期。直接和間接經(jīng)濟(jì)效益十分明顯，設(shè)備一次性投資通常可以在9個(gè)月到16個(gè)月的生產(chǎn)中全部收回。



雞場(chǎng)負(fù)壓風(fēng)機(jī)
降溫設(shè)備
河北負(fù)壓風(fēng)機(jī)

鋒速達(dá)是水簾生產(chǎn)廠家|環(huán)�？照{(diào)生產(chǎn)廠家|屋頂風(fēng)機(jī)廠家|，鋒速達(dá)承接規(guī)劃：豬場(chǎng)降溫|車間降溫|廠房降溫|豬場(chǎng)通風(fēng)|車間通風(fēng)|廠房通風(fēng)|屋頂排風(fēng)機(jī)|屋頂排熱|廠房通風(fēng)降溫|車間通風(fēng)降溫|通風(fēng)換氣排熱降溫工程|屋頂風(fēng)機(jī)安裝|負(fù)壓風(fēng)機(jī)安裝|水簾安裝|環(huán)保空調(diào)安裝|通風(fēng)設(shè)備安裝|通風(fēng)降溫設(shè)備|通風(fēng)系統(tǒng)安裝案例|通風(fēng)降溫系統(tǒng)|屋頂通風(fēng)機(jī)|屋頂排風(fēng)系統(tǒng)
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