摘要:分析了无能量提升系统和有能量提升系统变频节能技术，并提出了采用变频调节是否节能，必须针对具体情况进行认真计算和分析。变频调节的节能效益与管路特性具有密切的关系，不同的管路特性，变频调节的节能效益不同。
关键词:变频调节节能管路特性能量提升
泵变频调节因具有显著的节能效益，得到了越来越广泛的应用。对于某些管路系统，若把变频装置的效率考虑在内，采用变频调节与采用节流调节相比，不但不节能，反而耗能更多。因此，搞清楚管路特性对泵变频调节节能效果的影响，对于正确运用变频调节是必要的。
1.无能量提升系统的变频节能
无能量提升系统即流体通过泵的能量增值全部用于克服管路阻力的系统，如热水采暖系统及其他液体闭式循环系统等。这种系统的管路特性曲线为:H=SQ2
式中:Q--流量;H--扬程;S--阻力系数。
对于无能量提升系统，管路特性曲线与泵的相似工况线重合，泵转速改变前后的两种工况是相似工况，工况参数符合如下的相似律:Q2/Q1=n2/n1(1);H2/H1=(n2/n1)2，(2);N2/N1=(n2/n1)3，(3)
式中:n--转速;N--轴功率
对于这种系统，随着所需流量的改变，转速应与流量同比例改变，而功率则与转速的3次方成比例改变。比如所需流量减少为50%，转速亦应减为50%，而功率则减为(0.5)3=12.5%。这是与原工况比较，而所谓的节能是指在达到同样的调节目的的情况下，变频调节与其他调节方式相比的能耗减少。
图1所示，A为设计工况，转速为n1，流量为Q1。现需把流量改变为Q2，若采用变频调节，工况点为B;若采用节流调节，工况点为C。直观地看，两工况流量相等，而扬程B与C相比有所降低。又因为A工况为设计工况，应在高效率区，B为A的相似工况，效率与A工况相等，所以一般而言，应用ηB≥ηc(η为效率)。那么由N=ρQH/η可知，一般情况下B与C相比，功率至少应用与扬程同等幅度的降低。即变频调节与节流调节相比，轴功率大大减小。对于无能量提升系统，即便把变频装置的效率考虑在内，变频调节也具有显著的节能效益。
2.有能量提升系统的变频节能
有能量提升系统即流体通过泵的能量增值，一部分用于克服管路阻力，一部分用于提升流体势能(包括位能和压力能)的系统。这种系统的特性曲线为H=H0+SQ2，式中H0为流体通过系统的势能提升，称为能量提升。对于这种系统，泵变频前后工况不相似，所以工况参数不符合相似律，功律与转速之间也不存在简单的函数关系。对于有能量提升系统，能量提升H0的大小对于变频调节的节能效益有较大的影响。为便于说明比较，假设同一型号的泵在三个不同的系统中工作，并且具有相同的设计工况。三个不同的系统分别为:H=S0Q2(H0=0)，(1);H=H1+S1Q2(H0=H1)，(2);H=H2+S2Q2(H0=H2)，(3)
图2所示，设计工况为A，对应的转速为n1，流量为Q1。现要求把流量调节为Q2，若采用变频调节，三个系统的工况分别为D、E、F;若采用节流调节，工况均为G。直观地看，若设计工况A在高效率区，应有ND确定Q2之后，即可通过计算或查性能曲线确定D、E、F、G点的工况参数。由于D与A两工况相似，所以可根据相似律计算D工况的扬程和转速，D工况的效率与A工况相等。G工况的扬程和效率可查性能曲线。E、F工况的扬程由式(5)、(6)计算得到，E、F工况的效率和转速的确定方法以E工况为例说明:a.根据E工况的流量Q2和扬程HE，可求出过E点的相似抛物线为H=Q2，即图2中的O-E-P曲线;b.此抛物线与原转速n1所对应的性能曲线的交点P与E为相似工况;c.E工况的转速为n3=(QE/QP)n1;d.在原转速n1所对应的效率曲线上，查出P点的效率ηp，而E与P为相似工况，效率相等，即ηE=ηp。列出了Q2=0.75Q1和Q2=0.5Q1两种情况下D、E、F、G各工况的参数。若以节流调节工况G的功率为100%，则变频调节工况D、E、F的功率在Q2=0.75Q1时，依次为49.7%、66.4%、88.3%;在Q2=0.5Q1时依次为17.1%、44.5%、83.4%。无论能量提升大小，各系统采用变频调节与采用节流调节相比，轴功率都有所减少，但减少的幅度不同。无能量提升系统减少的幅度最大，随着能量提升的增大，变频调节的轴功率逐渐趋近于节流调节，能量提升增大到一定程度，若把变频装置的效率考虑在内，变频调节的实际能耗就会很接近、甚至可能超过节流调节的能耗。以效率较高、目前应用较多的变频调速装置为例，效率约在0.8～0.9，如果把这个效率考虑在内，F工况的能耗就会很接近、甚至可能超过G工况的能耗。也就是说，对于管路系统H=441+0.82×104Q2，变频调节就失去了节能的意义。
3.结束语
无能量提升系统采用变频调节具有显著的节能效益。有能量提升系统采用变频调节，随着能量提升的增大，节能效益逐渐降低。能量提升增大到一定程度，能耗与采用节流调节相差无几，就失去了节能意义。采用变频调节增大了系统的投资，所以对有能量提升系统采用变频调节，必须针对具体情况进行认真计算和分析，才能对其是否节能、是否经济做出正确的判断。
参考文献:
上海经委节能办公室等.风机水泵调速节能手册.机械工业出版社，1987.