設計值趨近于零的變頻器節(jié)能方案
閱讀：257發(fā)布時間：2008-04-29
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前言：
國內的變頻器節(jié)能應用已有幾年時間了，放眼市場上，滿坑滿谷的變頻器廠，到處都是宣稱可以節(jié)能30%以上的節(jié)能公司。但回過頭來，為什么又有許多客戶對變頻器節(jié)能采取了”不相信”的態(tài)度呢?筆者在市場觀察多年，也投入研究許多個案，發(fā)現(xiàn)了一個不可爭的事實：
“設計值的大小，直接影響了水泵風機變頻節(jié)能的成果”節(jié)能廠家也得碰運氣的，如果今天遇到了一個節(jié)能項目，水泵或風機在設計初期就裝了太大了，隨便裝個變頻器，把頻率小小的降到40Hz，嘿嘿，不多說，30%以上的節(jié)能率很容易就可以對客戶交差了。但運氣真的每次都這么好嗎?相信一定有人碰到過，好不容易接到一個項目，當著客戶面拍胸保證”看我的，一定可以幫您省到電!”，問題來了，變頻器裝上了，先是發(fā)現(xiàn)，客戶的系統(tǒng)設計值本來就不高，可能不到5%的空間。再來，頻率好不容易降到45Hz，卻發(fā)現(xiàn)揚程（末端壓力）好像不夠了，水是打上去了～～～可是壓力不夠，客戶的用水需求根本滿足不了，只要一變頻，就搞得客戶現(xiàn)場亂成一團。節(jié)能是談不上了，趕緊想辦法下臺吧～～～這就是為什么筆者在看了眾多案例，訪問許多有經(jīng) 驗的客戶之后，對于變頻節(jié)能眾口不一的原因，有人叫好、卻有人唾罵。設計值的高低成了變頻節(jié)能業(yè)界的一個老大難問題。遇到設計值超高的項目，那是前世有修、三生有幸了，不但能輕松結案，還可以拿這個案例來當”樣板工程”，客戶也會高高興興的付錢。但遇到設計值接近零的項目呢?變頻器形同廢物，不但節(jié)不到電，變頻器也得耗電，這可難了，客戶不依不饒，要你給個交代，不但不給錢，恐怕還得免費幫你來個負面宣傳，生意難作啊～～～
想必有很多從事變頻節(jié)能的朋友們常會想這個問題吧～～～!
設計值趨近于零的變頻器節(jié)能方案：
針對傳統(tǒng)風機水泵變頻節(jié)能方案的所有缺點，我們提出了一個新的思維：
我們以水泵的運用為例：
一臺流量Q 的水泵，相當于使用二臺水泵降頻后，均運轉于1/2 Q流量的和。
供給總流量不變 Q = 1/2Q + 1/2Q
因為流量與馬達轉速成正比，所以得知頻率降為原來的1/2。
又因為馬達轉速與輸入電力為三次方比的關系，
所以P2 （變頻后每臺水泵之消耗電力）=（1/2）3 P1（原消耗電力）=（1/8） P1=0.125P1
并聯(lián)運轉后二臺水泵共耗電: 2P2= 2 x 0.125P1=0.25P1
故并聯(lián)變頻后之節(jié)能效率=P1–0.25P1= 0.75P1= 75% P1
在上面的例子里，我們提出了一個”共同運作”的想法，將原本只有一臺水泵的工作分給二臺來作，讓變頻后的供水量沒有任何變化，但在用電量上卻產(chǎn)生了相當大的不同。
當然，這只是理論值，實際操作起來仍有差異，至少不會是省了75%的電，有揚程的問題（平方比），有管損，有電機的效能問題等等!但可不可行呢?答案卻是的!
我們運用了模糊控制加上PID的運算，成功的運用在設計值為零的供水系統(tǒng)上，并取得了成功。
案例：
某酒店的冷凍水泵節(jié)能項目：30KW水泵二臺（一用一備）
原節(jié)能設計，溫差控制，變頻器一拖二運作（很標準的設計吧!）
以出水的水溫來做控制的依據(jù)，節(jié)能率目標30%（變頻至40Hz左右）
運作狀態(tài)：頻率降至48Hz時，水量產(chǎn)生不足的現(xiàn)象，導致冰水主機提高運轉效能，整體用電量比未變頻前提高50%?？蛻舢斎粺o法接受此一結果。只得尋求其它的解決方案。
解決方案：
改造開始由原來的溫差供水改為恒壓供水。增加一臺變頻器。由于原來的供水方式會造成冰水主機供水不足，且水壓不夠，故我們改以無段變頻恒壓運轉控制，以維持原系統(tǒng)揚程之需求控制并提供充足水量之供應，避免主機不正常停禨且達到充分熱交換能力之功能。
其單臺水泵供水壓力為4.5KG，在系統(tǒng)設定上，我們設定二臺水泵同時變頻共作，同樣供水4.5KG，頻率自動控制。
原理:
模糊比例積分微分控制恒壓變頻系統(tǒng)主要是根據(jù)給水系統(tǒng)或其它設備負載狀態(tài)情形，透過系統(tǒng)壓力高低變化反應作實時控制，而此系統(tǒng)可設定壓力值，依照系統(tǒng)實際需求壓力值計算，傳輸及通訊，使系統(tǒng)成為（VWV）定揚程無段變水量控制，系統(tǒng)功能具無段變水量，同頻同降，交亙輪替，及臺數(shù)控制等、使系統(tǒng)控制保持在*效率及*節(jié)能運轉點運轉。
而不僅如此因為透過變頻軟性起動，使得系統(tǒng)起動無瞬間過電流現(xiàn)象而降低機械磨損，進而延長使用壽命而其zui大效率運用在控制度及電力負載節(jié)能控制方面，由于運用高科技FUZZY控制技術，仿人工智能神經(jīng)系統(tǒng)，壓力控制度可達±1psi。
在實際運作之后，依照空調冰水主機的與風柜的需求，系統(tǒng)自動調整供水量，維持管道壓力的恒定，兩臺水泵的運轉頻率基本維持在35Hz上下，主機也不再因水量不足而提高運轉效能，其節(jié)能效率計算如下：
未變頻前每日用電量：
30KW x 24（小時）=720 度
變頻共作后：
30KW x （35/50）3 x 2 x 24（小時）=493度
節(jié)能率：
1-（493/720） x *=31.5%
在上述的案例中，我們成功的解決了國內一般節(jié)能方案中的難題，在設計值為零的狀態(tài)之下，仍可以取得節(jié)能的成果，并且不改變原供水需求量，也就是說，我們的新方案節(jié)能目標并不是”設計值”，當然，如果有設計值的存在，其節(jié)能效率會更驚人的。
截至目前為止，我們已成功的完成過zui高9臺水泵變頻共作系統(tǒng)，并且把這個想法演化成一個安裝、設定簡單的產(chǎn)品。其優(yōu)點如下：
1.恒壓供水，不造成系統(tǒng)水錘作用，而不因壓力過高使給水管路系統(tǒng)損害。
2.供水維持率機動性，恒壓時能源消耗低,并可提高其適當給水能力。
3.軟性起動，避免水錘作用，降低機械磨損，延長使用壽命。
4..無段線性變化，壓力控制誤差可達±1psi。
5.泛用型變頻器，可替換之模塊，操作簡易，維修簡單。
6.系統(tǒng)DIY，選配備齊全，并可適用任何型式感知器，使用者可根據(jù)系統(tǒng)需求自行增減設備。
7.本控制系統(tǒng)適用于任何需要恒溫（壓）、差溫（壓）及流量無段變速之設備。
8. 可自動計算調整運行水泵臺數(shù)，備用泵的功能性仍然存在，不會因系統(tǒng)中任一個水泵故障造成系統(tǒng)供水的任何問題。
結語：
傳統(tǒng)的水泵風機節(jié)能方案，已行之有年。但其缺點是相當明顯的，如設計值低時的無法使用，多臺水泵共作時會造成管道渦流，供水不穩(wěn)的現(xiàn)象。
另外，筆者在這里也想點破一個事實：傳統(tǒng)方案在市場多年的運作，有許多節(jié)能公司在為客戶安裝時均以高節(jié)能率來哄騙客戶，其實其節(jié)能率計算方式是有水份的。
一套系統(tǒng)的節(jié)能率，不該以單臺水泵的變頻后用電量來計算，應該以整套系統(tǒng)來看待。國內有相當多的節(jié)能同業(yè)是用單臺方式來計算節(jié)能率的，這其實是不科學的。
舉例說明：
如果有一套2用1備的水泵做節(jié)能設計，假設全是100KW的水泵，平時用電就是每小時200度的電。
以傳統(tǒng)的節(jié)能方式來看，大多是用一拖二的變頻器切換，另一臺就ON/OFF控制。
其用電計算：
變頻至40Hz時
（40/50）︿3 x 100Kw + 100Kw（單臺工頻）=151.2Kw
如以我們的新節(jié)能方案來操作：
變頻共作：
原2臺工頻供水，改成3臺同步變頻共作供水，各供水70%（即頻率降至35Hz）
（35/50）︿3 x 3（臺） x 100kw=102.9KW
在供水量上，原設計供水約180%（只省掉設計值），而我們的新方案可以供水至210%（3臺各供水70%，比原需求更高）。
節(jié)能率：
原設計方案：
1-（151.2/200（2臺）） x *=24.4%（合理的算法）
有些節(jié)能公司的計算并非如此，是用以下的方式來算
1-（51.2/100（單臺）） ｘ*=48.8%
好像很高，其實只是數(shù)字游戲，原本就是開2臺的用電，為何用1臺計算呢?
反觀我們的新方案：
1-（102.9/200（2臺）） x *=48.5%
新方案的節(jié)能效率與實施風險全在我們的控制之下，且傳統(tǒng)方式的供水會因兩臺水泵供水壓力（揚程）不同，導致變頻端的水泵被壓制出水，實際出水量是不足80%，zui重要的是，對水泵也有不好的影響（如效率、壽命等）。
