供暖系统气候补偿变频控制器的开发与应用.doc

供暖系统气候补偿变频控制器的开发与应用20o年第期(总第.卷第4期建筑节能No.8in2010ffotalNo.234.Vo1.38)暖通与空调HEATING.VENTILATING&MRCONDITIONIdoi:10.39690.issn.1673-7237.2010.08.002供暖系统气候补偿变频控制器的开发与应用孙清典,刘玉峰f山东科技大学,山东青岛266510)摘要:针对目前供暖系统普遍存在循环流量偏大,能耗较高的问题,提出了一种以热源变流量调节为主的供暖运行方式,阐述了气候补偿控制技术在循环水泵变频调节中的工作原理,并通过节能对比试验验证了其节能效果.介绍了供暖气候补偿变频控制器的硬件组成及控制流程,以及在供暖系统中的实际应用情况.关键词:变频;变流量调节;气候补偿;变频控制器中图分类号:TU832.1;TP272文献标志码:A文章编号:16737237(2010)080012-03DevelopmentandApplicationofWeatherCompensationFrequencyVariabIeControllerinHeatingSystemSUNQing-dian,LIUYu币(ShandongUniversityofScienceandTechnology,Qingdao266510,Shandong,China)Abstract:,nordertosolvetheprevalentproblemsofheatingsystem,suchlargercircularflowandhigherenergyconsumption,aheatgoperationmodeisproposed,whichismintybaSedontheadjustmentofheatingvariableflow;Andtheoperationtheoryofweathercompensationcontroltechnologyinthefrequencyregulationofwatercirculatingpumpisillustrated,whoseenergy-savingeffect乱懈puttotheproofthroughtheexperimentofenergy-savingcomparison.Thehardwarecomponentsandthecontrolflowofweathercompensationfrequency-variablecontrollerinheatingstemareexpounded,wellthepracticalapplicationinheatingsysteKeywords:frequencyconversion;variableflowadjustment;weathercompensation;frequencyvariablecontroller0引言换热站作为供暖用户的直接热源,在集中供暖系统中得到了广泛的应用.循环泵是换热站的主要耗电设备,其耗电量占总耗电量的90%左右.降低循环泵能耗是实现供暖节能的一项重要技术措施.在供暖运行期间,多数系统由于缺乏必要的调控设备,往往采用大流量小温差的运行方式.尽管该运行方式也能够满足用户供暖的需求,但不能充分发挥末端设备的换热能力,且循环泵运行耗电量大,不利于系统的节能.如何实现小流量大温差的节能运行,关键在于控制技术,即根据室外温度的变化降低系统循环流量.变频控制技术是调节循环水泵流量的主要技术.l供暖循环水泵变频调节技术1.1恒压差变频调节技术随着供暖节能技术的普及与应用,国内换热站供暖循环泵大都采用了变频控制技术,即根据供暖负荷的大小,通过变频控制系统来调节循环水泵的流量.在实际供暖中,循环泵一般采用恒压差变频调节技术.恒压差变频调节技术是指循环泵变频器按照设定的供回水压差来调节循环泵出水流量,保持供回水压差恒定不变.该技术解决了供热站循环泵配置功率过收稿日期:2010.06.24;修回日期:2010.07.061高导致供暖系统循环流量偏大的问题,也解决了热用户自主调节供暖流量致使供暖系统流量偏大或偏小的问题,即通过变频控制,当热用户供暖流量减小,供暖系统总流量也相应减小,从而减小水泵做功,当热用户供暖流量增大,供暖系统总流量也相应增大.该变频控制设备组成较为简单,只需要1台变频器和1个压差变送器即可,是目前供暖行业中应用较为广泛的变频控制方式.由于该控制方式为恒压差运行,在供暖系统及热用户流量无增减变化的情况下,即为恒流量运行.在恒流量运行工况下,气候温度发生变化,供回水温差必然发生变化,即气候温度越低,供回水温差越大,气候温度越高,供回水温差越小.供回水温差大,则影响供暖系统末端用户的采暖效果,供回水温差小,则不利于供暖节能,因此,应采取技术措施对其进行变流量调节.1.2气候补偿变频调节技术气候补偿变频调节技术能够根据室外温度变化自动调节循环泵流量,减小气候温度变化对供回水温差的影响.即当室外温度升高时,减小循环泵流量,从而减少水泵做功;当室外温度降低时,加大循环泵流量,保证热用户的采暖效果.该运行方式是一种以热源变流量调节为主的供暖运行方式.该控制方式除了配置变频器和压力变送器设备外,还需要配置1台室外温度气候补偿控制器(也可通过PLC控制器编程实现).气候补偿控制器依照事先设定的室外温度压差对照表,根据室外温度变化自动调整设定压差,并输入到变频控制器中,从而达到变频节能的目的.供暖人员可根据运行经验自行设定室外温度压差对照表,气温越低,设定压差越大,反之越小.1.3气候补偿变频调节节能对比试验为验证气候补偿变频调节方式的节能效果,2009年3月5日l3日,笔者在本校1号换热站通过人工设定变频控制系统的控制压差进行了气候补偿变频调节节能试验.试验数据见表1.表l中节电率以循环水泵工频运行工况时的耗电量为对比参数.表中数据表明,循环水泵设定压差越小,循环泵频率越低,循环泵节电率越高.可见,气候补偿变频调节比恒压差变频调节节电效果更加明显.表l不同压差下循环泵变频运行数据2气候补偿变频控制器设计笔者通过对循环变频控制技术的深入研究,研制开发了一套供暖气候补偿变频控制器.2.1气候补偿变频控制器的组成图1为供暖气候补偿变频控制器的硬件连接框图.供水压力传感器_-._存储电路同水压力传感器卜照.-q时钟电路片室外温度传感器_-.机._.键盘电路变频器卜一一显示电路图1供暖气候补偿变频控制器硬件连接框图供暖气候补偿变频控制器由单片机开发而成,控制器内部单片机分别与时钟电路,键盘电路,存储电路,显示电路连接,外部分别与室外温度传感器,供水压力传感器,回水压力传感器,变频器连接.单片机通过室外温度传感器读取室外温度值,读取方式采用间歇式,周期以0.5lh为宜,使控制运行更加稳定.设定压差采取查表方式,每个温度区间对应一个设定压差,使控制流程更加简便.单片机内部有3个可编程定时器(TO,T1和T2),利用定时器TO形成PWIVI脉冲周期,利用定时器Tl形成PWM正脉冲宽度,采用PI算法计算PWM脉宽增量和PWM脉宽.通过调整PWM正脉冲宽度来调整送往变频器的模拟电压值,从而控制变频器输出频率,达到控制电机转速,控制供回水压差的目的.利用定时器T2实现时间累计功能,以确定读取室外温度间隔时间.键盘电路有3个按键可以设置系统运行参数(如室外温度与设定压差对照参数).显示电路可循环显示室外温度,设定压差,实际压差,其左边起第一位为状态值,第一位为I时,后三位表示环境温度;第一位为2时,后三位表示设定温度;第一位为3时,后三位表示实际压差.2.2气候补偿变频控制器控制流程图2为供暖气候变频补偿控制器控制流程图.具体步骤如下:(1)先初始化系统,加载ROM存储器中的预设参数.(2)读取室外温度,查表得对应供回水给定压差,根据给定压差确定变频器模拟输入电压,确定PWM脉宽并输出.(3)读取供水压力和回水压力,计算压差;当实际压差等于设定压差时,输出原PWM脉冲;当实际压差偏离设定压差时,依据偏差PI算法得出PWM脉宽增量和PWM脉宽,并输出给变频器.(4)读取室外温度间隔时间累计值,判定累计间隔L23时间是否到达设定周期,时间不到,便返回到上端流程读取供水压力和回水压力;当时间到达间隔周期,累计时间清零.(5)读取室外温度,查表得对应供回水给定压差,再返回到步骤3重复以上控制流程.上电复位系统初始化读环境温度查表得供回水给定压根据给定压差确定变频器输入电压确定PWM脉宽并输出读供水和回水压力计算供回水压差根据偏差按PI算法计算PWM脉宽增量和PWM脉宽,并输出累计时间31偿周期时问到?累计时间清零读环境温度查表得供回水给定压否输出原PWM脉冲图2供暖气候补偿变频控制器控制流程图3气候补偿变频控制器的应用2009年冬季,笔者把研制的气候补偿变频控制器应用到本校1号换热站供暖系统中.图3为循环泵气候补偿变频控制系统安装示意图.l鲎I:.-:.-二-T=囱I变频控制器:Ll_1图3供暖气候补偿变频控制系统安装示意图控制系统中,供水压力传感器和回水压力传感器分别安装在供热系统二次侧供回水管道上,室外温度传感器安装在室外通风良好且不被太阳照射的外墙壁上,变频器安装在配电控制柜内与循环泵控制线路连接.气候补偿变频控制器分别与变频器,供回水压力传感器,室外温度传感器连接.在系统运行前,首先进行压差标定,标定出不同气候温度下最佳运行流量时的供回水压差,即在不同气候温度下供回水温差维持在I5左右时的供回水压差值.然后绘制室外温度供回水压差运行曲线图(见图4),把图中对应参数输入到气候补偿变频控制器程序中,变频控制器便按照设定程序进行变流量控制.2.52.Ob0囡1.0O.5.106.3036l0室外温度/图4室外温度供回水压差运行曲线图通过采用气候补偿变频控制器,改变了过去大流量小温差的运行方式,取得了明显的经济效益,同恒压差变频控制方式相比,节电15%左右.4结语在供热系统的运行中,采用气候补偿变频调节方式,实现了以热源变流量调节为主的供暖运行方式,使供暖运行更加科学,节能效果更加明显.供暖气候补偿变频控制器作为该技术的专用控制器,应在换热站中广泛推广.参考文献:1】李德英l供热工程【M】E京:中国建筑工业出版社,2004【2】石兆玉.供热系统运行涠节与控制M】.北京:清华大学出版社,1994.【3】李鑫.变频技术在热水供暖系统中