设计值趋近于零的变频器节能方案

前言： 　　国内的变频器节能应用已有几年时间了，放眼市场上，满坑满谷的变频器厂，到处都是宣称可以节能30%以上的节能公司。但回过头来，为什么又有许多客户对变频器节能采取了”不相信”的态度呢?笔者在市场观察多年，也投入研究许多个案，发现了一个不可争的事实：       　　“设计值的大小，直接影响了水泵风机变频节能的成果”节能厂家也得碰运气的，如果今天遇到了一个节能项目，水泵或风机在设计初期就装了太大了，随便装个变频器，把频率小小的降到40Hz，嘿嘿，不多说，30%以上的节能率很容易就可以对客户交差了。但运气真的每次都这么好吗?相信一定有人碰到过，好不容易接到一个项目，当着客户面拍胸保证”看我的，一定可以帮您省到电!”，问题来了，变频器装上了，先是发现，客户的系统设计值本来就不高，可能不到5%的空间。再来，频率好不容易降到45Hz，却发现扬程（末端压力）好像不够了，水是打上去了～～～可是压力不够，客户的用水需求根本满足不了，只要一变频，就搞得客户现场乱成一团。节能是谈不上了，赶紧想办法下台吧～～～这就是为什么笔者在看了众多案例，访问许多有经 验的客户之后，对于变频节能众口不一的原因，有人叫好、却有人唾骂。设计值的高低成了变频节能业界的一个老大难问题。遇到设计值超高的项目，那是前世有修、三生有幸了，不但能轻松结案，还可以拿这个案例来当”样板工程”，客户也会高高兴兴的付钱。但遇到设计值接近零的项目呢?变频器形同废物，不但节不到电，变频器也得耗电，这可难了，客户不依不饶，要你给个交代，不但不给钱，恐怕还得免费帮你来个负面宣传，生意难作啊～～～  　　想必有很多从事变频节能的朋友们常会想这个问题吧～～～!    设计值趋近于零的变频器节能方案：     针对传统风机水泵变频节能方案的所有缺点，我们提出了一个新的思维：     我们以水泵的运用为例：     一台流量Q 的水泵，相当于使用二台水泵降频后，均运转于1/2 Q流量的和。     供给总流量不变 Q = 1/2Q + 1/2Q     因为流量与马达转速成正比，所以得知频率降为原来的1/2。     又因为马达转速与输入电力为三次方比的关系，     所以P2 （变频后每台水泵之消耗电力）=（1/2）3 P1（原消耗电力）=（1/8） P1=0.125P1     并联运转后二台水泵共耗电: 2P2= 2 x 0.125P1=0.25P1     故并联变频后之节能效率=P1–0.25P1= 0.75P1= 75% P1     在上面的例子里，我们提出了一个”共同运作”的想法，将原本只有一台水泵的工作分给二台来作，让变频后的供水量没有任何变化，但在用电量上却产生了相当大的不同。     当然，这只是理论值，实际操作起来仍有差异，至少不会是省了75%的电，有扬程的问题（平方比），有管损，有电机的效能问题等等!但可不可行呢?答案却是的!     我们运用了模糊控制加上PID的运算，成功的运用在设计值为零的供水系统上，并取得了成功。 案例：     某酒店的冷冻水泵节能项目：30KW水泵二台（一用一备）     原节能设计，温差控制，变频器一拖二运作（很标准的设计吧!）     以出水的水温来做控制的依据，节能率目标30%（变频至40Hz左右）     运作状态：频率降至48Hz时，水量产生不足的现象，导致冰水主机提高运转效能，整体用电量比未变频前提高50%。客户当然无法接受此一结果。只得寻求其它的解决方案。 解决方案： 　　改造开始由原来的温差供水改为恒压供水。增加一台变频器。由于原来的供水方式会造成冰水主机供水不足，且水压不够，故我们改以无段变频恒压运转控制，以维持原系统扬程之需求控制并提供充足水量之供应，避免主机不正常停禨且达到充分热交换能力之功能。 　　其单台水泵供水压力为4.5KG，在系统设定上，我们设定二台水泵同时变频共作，同样供水4.5KG，频率自动控制。 原理: 　　模糊比例积分微分控制恒压变频系统主要是根据给水系统或其它设备负载状态情形，透过系统压力高低变化反应作实时控制，而此系统可设定压力值，依照系统实际需求压力值计算，传输及通讯，使系统成为（VWV）定扬程无段变水量控制，系统功能具无段变水量，同频同降，交亘轮替，及台数控制等、使系统控制保持在zui佳效率及zui佳节能运转点运转。     而不仅如此因为透过变频软性起动，使得系统起动无瞬间过电流现象而降低机械磨损，进而延长使用寿命而其zui大效率运用在控制度及电力负载节能控制方面，由于运用高科技FUZZY控制技术，仿人工智能神经系统，压力控制度可达±1psi。 　　在实际运作之后，依照空调冰水主机的与风柜的需求，系统自动调整供水量，维持管道压力的恒定，两台水泵的运转频率基本维持在35Hz上下，主机也不再因水量不足而提高运转效能，其节能效率计算如下： 未变频前每日用电量：     30KW x 24（小时）=720 度     变频共作后：     30KW x （35/50）3 x 2 x 24（小时）=493度 节能率：     1-（493/720） x 100%=31.5%     在上述的案例中，我们成功的解决了国内一般节能方案中的难题，在设计值为零的状态之下，仍可以取得节能的成果，并且不改变原供水需求量，也就是说，我们的新方案节能目标并不是”设计值”，当然，如果有设计值的存在，其节能效率会更惊人的。 　　截至目前为止，我们已成功的完成过zui高9台水泵变频共作系统，并且把这个想法演化成一个安装、设定简单的产品。其优点如下：     1.恒压供水，不造成系统水锤作用，而不因压力过高使给水管路系统损害。     2.供水维持率机动性，恒压时能源消耗低,并可提高其适当给水能力。     3.软性起动，避免水锤作用，降低机械磨损，延长使用寿命。     4..无段线性变化，压力控制误差可达±1psi。     5.泛用型变频器，可替换之模块，操作简易，维修简单。     6.系统DIY，选配备齐全，并可适用任何型式感知器，使用者可根据系统需求自行增减设备。     7.本控制系统适用于任何需要恒温（压）、差温（压）及流量无段变速之设备。     8. 可自动计算调整运行水泵台数，备用泵的功能性仍然存在，不会因系统中任一个水泵故障造成系统供水的任何问题。 结语： 　　传统的水泵风机节能方案，已行之有年。但其缺点是相当明显的，如设计值低时的无法使用，多台水泵共作时会造成管道涡流，供水不稳的现象。 　　另外，笔者在这里也想点破一个事实：传统方案在市场多年的运作，有许多节能公司在为客户安装时均以高节能率来哄骗客户，其实其节能率计算方式是有水份的。 　　一套系统的节能率，不该以单台水泵的变频后用电量来计算，应该以整套系统来看待。国内有相当多的节能同业是用单台方式来计算节能率的，这其实是不科学的。 举例说明：     如果有一套2用1备的水泵做节能设计，假设全是100KW的水泵，平时用电就是每小时200度的电。     以传统的节能方式来看，大多是用一拖二的变频器切换，另一台就ON/OFF控制。     其用电计算：     变频至40Hz时     （40/50）︿3 x 100Kw + 100Kw（单台工频）=151.2Kw     如以我们的新节能方案来操作：     变频共作：     原2台工频供水，改成3台同步变频共作供水，各供水70%（即频率降至35Hz）     （35/50）︿3 x 3（台） x 100kw=102.9KW     在供水量上，原设计供水约180%（只省掉设计值），而我们的新方案可以供水至210%（3台各供水70%，比原需求更高）。     节能率：     原设计方案：     1-（151.2/200（2台）） x 100%=24.4%（合理的算法）     有些节能公司的计算并非如此，是用以下的方式来算     1-（51.2/100（单台）） ｘ100%=48.8%     好像很高，其实只是数字游戏，原本就是开2台的用电，为何用1台计算呢?     反观我们的新方案：     1-（102.9/200（2台）） x 100%=48.5%     新方案的节能效率与实施风险全在我们的控制之下，且传统方式的供水会因两台水泵供水压力（扬程）不同，导致变频端的水泵被压制出水，实际出水量是不足80%，zui重要的是，对水泵也有不好的影响（如效率、寿命等）。