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  近幾年來(lái)，變頻調(diào)速技術(shù)以其顯著的節(jié)能效果和可靠的控制方式在空調(diào)系統(tǒng)中水泵和風(fēng)機(jī)應(yīng)用較多，并且其技術(shù)也比較成熟，但在地下水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)中深井泵供水應(yīng)用，目前還很少見(jiàn)，但是卻相當(dāng)有必要。對(duì)沈陽(yáng)地區(qū)的地下水源熱泵應(yīng)用試點(diǎn)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在地下水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)中，當(dāng)熱泵容量不大一臺(tái)深井泵的供水量能滿足兩臺(tái)或更多熱泵機(jī)組所需的水量。在實(shí)際運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)，熱泵機(jī)組大部分時(shí)間部分負(fù)荷運(yùn)行，而深井泵一直在滿負(fù)荷狀態(tài)運(yùn)行，結(jié)果造成了電費(fèi)及水費(fèi)的大量增加。因此深井泵變頻調(diào)速供水技術(shù)在地下水源熱泵系統(tǒng)中的應(yīng)用具有很大的節(jié)能潛力。

     目前，在地下水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)中，經(jīng)常一臺(tái)深井泵的供水量能滿足兩臺(tái)或更多熱泵機(jī)組所需的水量。但是在實(shí)際運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)，熱泵機(jī)組大部分時(shí)間都在部分負(fù)荷運(yùn)行，而深井泵一直處于滿負(fù)荷運(yùn)行，結(jié)果造成了電費(fèi)及水費(fèi)的大量增加。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，本文以實(shí)際工程為例，采用深井泵變頻技術(shù)變流量供水，既滿足熱泵對(duì)井水的要求，又節(jié)省了電能和井水量，介紹了深井泵變頻控制方法和原理、變頻范圍的確定，并根據(jù)深井泵運(yùn)行情況實(shí)測(cè)結(jié)果，分析其節(jié)能效果和經(jīng)濟(jì)性。

2工程概況

首先我們來(lái)介紹一下QJ系列深井泵產(chǎn)品：

QJ深井泵產(chǎn)品概述

     QJ型井用潛水電泵是根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的節(jié)能產(chǎn)品，廣泛用于農(nóng)田灌溉、工礦企業(yè)的供排水和高原、山區(qū)的人、畜用水。該型泵由QJ潛水泵和YqS型潛水電機(jī)組成一體潛入水下進(jìn)行工作。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、安裝、維修方便，運(yùn)行安全、可靠、節(jié)能等特點(diǎn)。

QJ深井泵型號(hào)意義

QJ深井泵產(chǎn)品特點(diǎn)

    1、水泵為離心式或混流式；采用水潤(rùn)滑軸承；與電機(jī)的聯(lián)接采用聯(lián)軸器剛性聯(lián)接。泵葉輪在電機(jī)帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力，使液體能量增加經(jīng)泵殼的導(dǎo)流作用進(jìn)行提水。在水泵上端設(shè)有逆止閥體，防止電泵停機(jī)時(shí)，因揚(yáng)水管中倒流的水損壞工作部件。閥上有泄水孔，可將管路中的水緩緩放掉，防止冬天凍裂管路。  (注：低揚(yáng)程潛水泵不設(shè)逆止閥體)

    2、電機(jī)為密閉充水濕式結(jié)構(gòu)。電機(jī)定子繞組采用耐水的聚乙烯絕緣，尼龍護(hù)套多層結(jié)構(gòu)的電磁線。導(dǎo)軸承及推力軸承均采用水潤(rùn)滑材質(zhì)。電機(jī)內(nèi)部充滿清水，用以冷卻電機(jī)和潤(rùn)滑軸承。電機(jī)底部裝有調(diào)壓膜，用以調(diào)整由電機(jī)溫升引起的機(jī)體內(nèi)清水的脹縮壓差。電機(jī)的上端軸上裝有防砂機(jī)構(gòu)，用來(lái)阻止水中泥砂進(jìn)入機(jī)體內(nèi)部。

    3、管路部分：用以聯(lián)接電泵使其吊裝在機(jī)井中，將水輸送到地面上去。主要由短輸水管、輸水管、彎管、夾板等部件組成。短輸出管是輸水管路與電泵的連接過(guò)渡部件。彎管安裝在井口處，以改變水流的傳送方向。夾板是在電泵的安裝過(guò)程中吊裝和固定輸出管路。

QJ深井泵使用條件

1．電源要求：

    (1)額定頻率為50赫茲，電機(jī)端額定電壓應(yīng)保證為380+5％伏的三相交流電源(若用戶電壓為660伏時(shí)需特殊定貨)。

    (2)變壓器負(fù)載功率不應(yīng)超過(guò)其容量的75％。

    (3)變壓器距井較遠(yuǎn)時(shí)，應(yīng)考慮輸電線線壓降，對(duì)功率大于45KW的電機(jī)，要求變壓器到井口距離不超過(guò)20米，大于20米時(shí)，要求輸電線規(guī)格比配電纜規(guī)格大兩個(gè)等級(jí)，并考慮線壓降。

 2．水質(zhì)要求：

    (1)一般無(wú)腐蝕性清水。

    (2)水中含砂量不大于0.01％(質(zhì)量比)。

    (3)酸堿度PH值在6．5-8．5范圍內(nèi)。

    (4)水中氯離子含量不大于400毫克／升。

    (5)硫化氫含量不大于1．5毫克／升。   

    (6)水溫不高于20℃。

 3．井筒要求：

    正直、光滑、不得有凸起或井管錯(cuò)位現(xiàn)象，井內(nèi)徑不小于相應(yīng)的機(jī)座號(hào)。

QJ深井泵安裝示意圖 QJ深井泵產(chǎn)品結(jié)構(gòu) QJ深井泵性能規(guī)范 QJ深井泵使用說(shuō)明 QJ深井泵常見(jiàn)故障及排除方法

深井泵結(jié)構(gòu)、性能、使用維護(hù)方法可點(diǎn)上方連接查看 這里不再列出數(shù)據(jù)了

    本文的分析以實(shí)際工程冬季運(yùn)行為研究對(duì)象，工程概況如下：

    某高校新校區(qū)辦公樓層數(shù)五層，建筑面積11030m2，夏季空調(diào)設(shè)計(jì)冷負(fù)荷為894kw，冬季空調(diào)設(shè)計(jì)熱負(fù)荷為1012kw。辦公樓冷熱源采用兩臺(tái)地下水源熱泵機(jī)組，制熱工況：制熱量515kw，輸入功率136.02kw，冷水流量65m3／h，熱量88.6m3／h，一臺(tái)抽水泵抽水量160m3／h，功率37kw。冬季運(yùn)行時(shí)問(wèn)：11月份3月份，每天24小時(shí)運(yùn)行。

3深井泵變頻調(diào)速供水控制方法

    深井泵采用溫差控制法。由于熱泵機(jī)組在制熱工況下，必須保證蒸發(fā)器出水溫度不能過(guò)低，所以在深井泵回水管道上設(shè)溫度傳感器，設(shè)定溫度為t們井水源側(cè)回水溫度大于tjh值時(shí)，深井泵控制器向變頻器發(fā)出降低電流頻率信號(hào)，變頻器將輸入電源的頻率降低，深井泵的轉(zhuǎn)數(shù)相應(yīng)降低，水泵供水量、軸功率和電動(dòng)機(jī)輸入功率也隨之降低，從而達(dá)到了節(jié)能的目的。當(dāng)水源側(cè)回水溫度低于tm值時(shí)，增頻調(diào)節(jié)。

4水泵變速調(diào)節(jié)原理

    改變水泵的轉(zhuǎn)速，可以改變水泵的性能，從而達(dá)到調(diào)節(jié)工況點(diǎn)的目的。根據(jù)相似定律，對(duì)于同一臺(tái)水泵以不同轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)，水泵的流量、揚(yáng)程、軸功率與轉(zhuǎn)速的關(guān)系，可用下式表示：

    Q／Q。=n／n。(1)

    H／H。=(n／n。)2(2)

    P／P。=(n／n。)3(3)

式中：  n?！妙~定轉(zhuǎn)速，r／min；n—實(shí)際運(yùn)行工況下的轉(zhuǎn)速，r／min；

    Q?！妙~定轉(zhuǎn)速時(shí)的流量，m3／h；Q—實(shí)際運(yùn)行工況下的流量，m3／h；

    H?！妙~定轉(zhuǎn)速時(shí)的揚(yáng)程，m；H—實(shí)際運(yùn)行工況下的揚(yáng)程，m；

    P?！妙~定轉(zhuǎn)速時(shí)的功率，kw；P—實(shí)際運(yùn)行工況下的功率，kw。

由(1)式和(2)式，可得

H。／Q12=H2／Q22=k(4)

即H=kQ2(5)

    (5)式是以坐標(biāo)原點(diǎn)為頂點(diǎn)的二次拋物線，線上各點(diǎn)具有相似工況，由相似定律知，當(dāng)水泵前后的轉(zhuǎn)速變化的時(shí)候，水泵效率不變，故相似工況拋物線也稱等效率曲線。因此從節(jié)能角度考慮，通常采用改變水泵轉(zhuǎn)速的方法來(lái)改變水泵的工況點(diǎn)，盡量使其在率范圍內(nèi)工作。

5水泵變頻范圍的確定

    當(dāng)熱泵機(jī)組負(fù)荷變化時(shí)，深井泵的供水量也隨之變化。深井泵的供水量在(Qmin～Q。)之間，即深井泵的變頻范圍(nmin～n。)，如圖1所示。熱泵機(jī)組所需的zui小流量為40 m3／h(設(shè)備要求)，即為深井泵的zui小供水量，則深井泵的zui小轉(zhuǎn)速：得：nmin=Qmin／Qe×n。=40／160×2900=725轉(zhuǎn)／分

冬季制熱工況深井泵的變頻范圍：725轉(zhuǎn)／分～2900轉(zhuǎn)／分。

6不同頻率下深井泵供水量和耗電量

    深井泵變頻供水設(shè)備采用HT微機(jī)控制變頻調(diào)速給水設(shè)備，其中變頻器型號(hào)

為(VFD-F，45KW／60HP，460HP，3phase)。深井泵變頻后，在不同頻率下，深井泵供水量和耗電量實(shí)測(cè)結(jié)果如圖2、圖3所示：

  圖2不同頻率下深井泵供水量情況    圖3不同頻率下深井泵耗電量情況

    分析圖2、圖3，可以得出：當(dāng)電源輸入的頻率下降時(shí)，深井泵的供水量和耗電量也隨著逐漸降低。當(dāng)頻率45hz下降到30hz時(shí)，深井泵供水量由1 22m3／h下降到54m3／h，與額定轉(zhuǎn)速時(shí)的供水量相比分別下降了23.75％、66.25％。而輸入功率由26.2kw下降到8.9kw，與額定轉(zhuǎn)速時(shí)的輸入功率相比分別下降了29.1％、75.9％。由此可見(jiàn)，節(jié)能效果相當(dāng)明顯。但是當(dāng)頻率下降到20hz時(shí)，雖然深井泵仍在運(yùn)行，由于揚(yáng)程不夠，供水量接近等于零。

7深井泵變頻運(yùn)行實(shí)測(cè)及節(jié)能效果分析

7.1整個(gè)供暖期深井泵運(yùn)行工況實(shí)測(cè)和節(jié)能效果分析

    通過(guò)整個(gè)冬季供暖期深井泵實(shí)際運(yùn)行工況跟蹤測(cè)量，將深井泵不變頻和變頻日供水量和日耗電量變化如圖6、圖7所示：

圖6冬季供暖期深井泵日供水量情況    圖7冬季供暖期深井泵日耗電量情況

由圖6、圖7，可以得出：深井泵在十一月、十二月、一月、二月、三月與不變頻相比分別節(jié)省供水量82222m3、80924m3、78942m3、77440m3、84841m3。整個(gè)冬季供暖期深井泵采用變頻技術(shù)后，總共節(jié)省供水量404369 m3。同樣，深井泵采用變頻技術(shù)后，耗電量在十一月、十二月、一月、二月、三月與不變頻相比分別節(jié)省21 136.8 kwh、21284.5 kwh、20813 kwh、20155.4kwh、21858.2 kwh。整個(gè)冬季供暖期深井泵采用變頻后，總共節(jié)省耗電量105247.9kwh。

8結(jié)論

    在地下水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)中，根據(jù)熱泵機(jī)組運(yùn)行負(fù)荷情況，深井泵采用變頻調(diào)速供水技術(shù)，可有效地減少耗電量和供量，明顯地節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用，帶來(lái)顯著的經(jīng)濟(jì)效益。