节能估算原理.doc

节能估算目录1第一部分：必备的基础常识2第二部分：现场参数采取3第三部分：供水系统4第四部分：风机系统5第五部分：中央空调（含冷冻泵和冷却泵）6第六部分：空压机7第七部分：分析数据第一部分 常用电气知识、谐波我国电网的频率为50HZ,凡是高于50HZ的波形都称为谐波。谐波是以倍加形式产生，也就是说频率为50HZ的倍数：100HZ,150HZ,200HZ,凡是高于50HZ的波形称为高次谐波。二、负载 负载就是只用电设备，例如：各种灯具，电炉，电机，冰箱，空调等等。三、轻载 轻载主要是指电机所带动的设备负载比较轻，没有达到其设计的额定工具，就是实际载荷小于设计载荷。四、变载 变载就是指电机在运行过程中，所带动的电荷在不断的发生变化，有时重，有时轻，反应在电机的表现为有时输出的功率有时大，有时小。在电压一定的情况下，电流随负载变化而变化。例如：锤式破碎机，压力机，冲压机床，抽油机，压缩机，油压机，风机，水泵，注塑机等等。五、恒载 恒载也称为固定负载，就是电机在运行过程中，负荷基本不变，电机的输出功率和电流基本就是一个恒定的值。例如：自动扶梯等等。六、超载运行 超载运行就是指电机处在一种超过本身载荷能力的运行。比如说一个55KW的电机频定电流为110A，而在实际运行中电流超过110A,就是超载运行，长期处于超载运行的设备会受到损坏，减少其使用寿命。七、负载率 负载率就是实际工作电流与额定电流的比值： 负载率=-实际工作电流 / 额定电流*100%八、功率因数功率因数是指某个负载的有效功率占其消耗的总功率（有功和无功率之和，即现在功率）的比值。九、电机额定功率与额定电流的关系一般讲电机的额定电流基本上是额定功率的2倍。高压电机的额定电流大概相当于额定功率的1/8（6KV） 例如：一个380V/37KW的电机，他的额定电流大约是37*2=74A 一个6KVV/2200KW的电机，他的额定电流大约是2200/8=275a十、电感性负载，电阻性负载对于灯具来讲，靠气体导通的工具就是电感性负数，靠电阻丝发光的灯具属于电阻性负载。电感性负载如：日光灯，高压钠灯，汞灯，金属卤化物灯等。电阻性负载如：碘钨灯，白炽灯，电阻炉，烤箱，电热水器，热油灯等。电机属于电感性负载。十一、如何计算电机节电器的投资回收期电机节电器的投资回收期计算起来比较麻烦，主要是因负载电流变化难于计算出未装前的全年电费。可以借助电度表测量，方法如下：1. 节电器，走表一天，记下一天用电多少度（工况基本无变化）。2. 电器，走表一天，记下一天用点多少度（工况与未装前相同）。3. 节电率=未装前一天耗电量加装后一天耗电量/未装前一天耗电量*100%4. 全年电费=未装节电器时一天耗电量*全年用电量*电价5. 全年节约电费=全年电费*节电率6. 投资回收期=节电器价格/全年节约电费*12（月）第二部分 现场重要参数采集公司对每个节电产品都编制了参数调查表，参数调查表中所列需要调查的参数主要是满足两个方面有需要：一是满足判断节电效果的需要，二是满足编制节电改造方案的需要，以下对每个设备所调查的参数作一个简单的说明，可能对你理解产品和方案有所帮助。一、中央空调（外冷泵和冷却泵） 中央空调的冷冻泵与冷却泵功率。台数、高峰期运行台数、平时运行台数、电价、电运行时间、额定扬程、实际扬程等参数、功率主要是供选择节电器型号。总台数高峰期运行台数、平时运行台数主要是在判断改造水泵的台数所需，如改变运行模式需要比实际运行台数多改造一台或者是几台。因为当水泵转速降低时，扬程也会以转速的二次方下降，对冷却泵来说额定扬程与实际扬程可以判断出水泵可调节转速，进而估计出节电率。 二、风机风机需要调查的参数主要有：电机额定和实际功率，实际电压电流，压力与风量参数主要是判断调节比例、节电效果、原调节方式（风门风度），主要是判断原来的风景是否有有富余，富余才可以调节转速。三、水泵水泵调查的参数主要有电机额定和实际功率，实际电压电流，压力与扬程参数主要是判断调节比例、节电效果。原调节方式（阀门开度），主要是判断原来的流量是否有富余，有富余的可以调节转速。各种水泵的性能曲线都差不多，但是用在不同的场合，其节电率差别很大。四、空压机空压机调查的参数主要有电机频定和实际功率、实际电压电流、压力与风量。原调节方式（进出口阀门开度）、加载和御载的时间是最重要的节电率参考依据。第三部分 供水系统（恒压供水和循环水）一、 系统需要改造的原因一般情况下，能耗企业使用的风机/水泵等设备（的额定流量/压力）都超过实际需要的流量/压力（即通常讲的“大马拉小车”）。加之因生产工艺、生产任务的变化，需要经营调节补水调节量（风量/压力）。而目前，许多企业仍采用调节阀门（风门）开启度来调节气体好合流体流量。实际上是通过人为增加阻力的方法达到调节流量、压力的目的。二、 阀门控制和变频控制的性能对比管道阻力h与流量Q的关系为h正比于RQ的二次方、其中R为阻力系数。电机在恒速运行时，流量为100%情况下（工作为A），水泵轴功率相当于Q1AH10所包容的面积。电机在恒速运行时，采取调节阀门的办法获得70%的流量（工作点为B），将导致管组增大，水泵轴功率相当于Q2BH20所包容的面积，所以轴功率下降不大。变频调速系统控制流量时，由于管道特性没有改变，水泵特性发生变化（工作点为C），轴功率与Q2CH30所包容的面积成正比。固其节能量与CBH2H3所包容的面积成正比，输入功率大大减小。三、 恒压供水和循环供水之间的异同点一般来说，水泵属于二次方负载，工作过程中消耗的功率与转速的三次方成正比。只是因为，水泵的主要用途是供水，而对于一般供水系统来说，上诉结论无疑是正确的。然而，水泵的用途是多方面 ，在某些供水系统中，上诉结论未必是正确的。1. 循环水的特点在循环水德系统中，所用的水是不消耗的。从水泵流出的水又将流回水泵的进口处，并且，回水本身具有一定的动能和位能，将反馈到水泵的进水口。2. 调速特点在循环水系统中，当通过改变转速来调节流量，由于：（1） 水在封闭的管路中具有连续性，即使水泵的转速很低，循环水也能在管路中流动。（2） 在水泵转速为“0”的状态下，回水管与出水管的最高水位永远是相等的。因此，水泵的转速只是改变水的流量，而与扬程无关。所以，在循环水系统中，用扬程来秒速水泵额做功情形式不够准确的。3. 压差的概念循环水系统的工作情形与电路十分类似，水泵的做功情形也可通过水泵出水与回水的压力差PD来描绘，即 PD=P1-P2式中 P1出水压力 P2回水压力4. 功率计算与电路的工作情形类式，循环水系统中德流量Q的大小与压差PD成正比,即 Q=PD/K式中R-循环水路的管阻，而水泵做功的功率P可计算如下: P=PDQ=Q*Q*R由于流量和转速成正比，所以，在循环水系统里，水泵的功率与转速的二次方成正比，即 P1/P2=N1*N1/N2*N2可见，水循环系统中，当通过改变转速来调节流量时，其节能效果与供水系统相比，是略有逊色的。第四部分 风机系统一、 几种传统控制方法的比较在风流量的控制中，与水又非常相似的地方，直接或间接地都有一个被控制量，例如对于锅炉的鼓风风机，是根据风管的风压来调节进风风门，对于引风机则根据炉膛负压和温度关系来调节风门的开度的，实际的工艺情况是多变的，人工调节风门的方式有很多的不便，在现实中也无法实现，自动形式的调节在控制上是提供了极大的方便，但由于风门操作机构容易损坏，往往使很多场合在应用中的运行费用很高，而且从节能角度而言也不节能。下图是一种手动调节的鼓风结构的供风工艺，操作人员通过手操器对风门的开度进行远程的操作，其缺点是操作的精度差，控制性能也差，操作机构容易坏损，不节能。- 下图是一种自动调节的鼓风结构的供风工艺，风门根据被控量自动调节，操作人员也可通过手操器对风门的开度进行远程的操作，其操作性能比手动得到了很大的提高，但操作机构更加容易坏损，而且不节能。二、 系统需要改造的原因在一些工厂、矿山诸如风机这样的设备，耗电量极大，启动电流很高，要求变压器有足够大的富余量，同时用电动阀门、挡风板装置来调节风量，在风道系统设计时，为满足生产环境的最大要求，必须留有余量，因此风机的风量和压力往往偏大，功率的偏大设计必然造成能量的浪费。三、 风能控制和变频控制性能对比采用调速方法节能的原理是基于风量，压力，转速，转矩之间的关系，这些关系式Q （Q风量 p风压 n转速 T转矩 p轴功率），风机的风量与转速的1次方成正比，压力与转速的2次方成正比。轴功率的实际值（KW）由下式给出：（Q风量 p风量 nc风扇鼓风机的效率 nb传动装置效率四、 不同的调节方法的各种运行参数对比采用不同的调节方法，电机的输入功率（即电源应提供的功率）也不同。下图比较了输出端风门控制、输入端风门控制、电磁转差调速电动机调速控制和采用变频调速控制的电动机的输入功率（即电源提供的功率）与风量之间的相互关系，最下面的一条曲线为调速控制时所需的轴输入功率，即电机的轴输出功率。其中输出端风门控制因其耗能大，通常很少采用风门控制一般均在输入端进行。上图表示输入端风门控制、电磁转差调速控制以及变频调速控制方式将风量调至0.5时的节电情况。途中画斜线部分的面积表示风量调节到些0.5（PU）时节电量。变频调速的情况，所需电源功率仅为全风量的12.5%。当然这是理想情况下得到的结果。五、 风机的节电率计算通过变频调速控制后风门可以全部打开，根据压力（或流量）变送信号控制变频器输出频率，从而调整电机运行速度，而离心式风机即水泵的轴功率均存在与转速之三次方成正比这一重要关系，这就为调速节能降耗创造了现实的可行性。从理论上讲，电机转速调整下降70%，对应的风机轴功率要求就下降为原要求的34.3%。而考虑电机及风机的效率区间，实际值和理论值由一定的差异。 简单地说：风机的性能曲线和恒压供水是一样的，其功率和转速成三次方关系。 第五部分 中央空调（含冷冻泵和冷却泵）一、中央空调用电设备的构成（1） 制冷主机（2） 冷冻水输送泵（3） 冷却水输送泵（4） 盘管风机、冷却塔风机及外调风机（新风机）二、节能空间1、 设计空间：一般在设计中央空调时，要按当地天气最热时设计预留1020%余量。2、 季节变化空间3、 每天的时差空间三、节能措施 在达到用户需求的前提下，调节冷冻水泵、冷却水泵的转速和风机风扇的转速，达到节能的目的。水泵风机均属于平方转矩负载，水和风均属于流体，有以下运行规律：i. 流量与转速的一次成正比。ii. 压力（扬程）与转速的二次方成正比。iii. 轴功率与转速的三次方成正比。当频率变小时，转速变小，流量也同比例下降，单功率却以转速的立方下降，它们之间的关系如下表所示：四、产品问答1、问：中央空调节电器对冷热泵节电效果有和差异答：中央空调节电器时安装在中央空调的循环系统冷冻泵及冷却泵电机上的，是通过改变泵的转速来满足制冷量的需要，单合理控制后，主机运行电流有明显下降，主机也可节能310%左右，对于热泵，根据制热区对热量的需求改变热泵的转速照样可以节约热泵的耗电量，但对主机的节电贡献不大。2、问：在天气最热的时候，中央空调满负荷运行，怎么节能答：中央空调满负荷运行的情况只是一小时间，不可能在一个制冷季（或者制热季），除满负荷运行的时间外，其余时间都可以节电，即使在满负荷运行时间里，通过适当的方式如改变运行模式也是可以节电的。3、问：遇到中央空调冷冻水泵有旁通阀，还能否改造答：旁通阀是用来调节流量的，同时通过调节冷冻水的交换量使主机减少工作，但水泵的输出功率几乎没变，安装节电器后是通过改变水泵的转速而控制流量的，水泵的功率输出会明显下降，既可以降低主机的功率输出，又可以减少水泵的输出功率，因此，有旁通阀的中央空调系统同样有改造的必要。4、问：对中央空调进行节电改造主要是改造哪些答：近几年安装的中央空调，大部分主机是离心机，且主机由若干个单元组成，离心叶片的角度也可以调整，有自动加载和自动御载功能，我们一般不改造主机，主要改造循环系统的冷冻冷却泵，冷却塔风机。5、问：改造中央空调的循环系统，节电率可达到多少答：主机与循环系统有密不可分的关系，对中央空调的循环系统进行科学、合理的控制，对主机也会产生影响，促使主机间接节电310%左右，循环系统本身的节电率一般不会低于40%，在整个系统看来，可节约1825%。6、中央空调进行节能改造后，多长时间可收回节电改造投资答：不能一概而论，主要取决于中央空调每年开放时间和每日使用时间以及电费价格，如果是全年运行一般在一年内可收回投资，有的却需要35年的时间才能收回投资。7、对于活塞式、螺杆式主机的中央空调怎么节电答：对于活塞式、螺杆式主机的中央空调改造的手段不同，主要是优化其运行时间，尽量减少其停机和开机的频次，达到节能的目的。这种改造方案投资较低，节能的效果也比较好。这种形式的中央空调采用变频技术进行改造，也是可以的，但投资回收期较长，一般不选用变频改造方案。8、问：中央空调电器的控制依据是社么答：中央空调节电设备的控制依据是温度如冷冻水的回水温度高，说明制冷区温度高，这时要提高转速，加大冷冻水循环量，相反，如果回水温度低，说明制冷区的温度也低，这时需要降低水泵转速，减小冷冻水循环量，冷却塔风机和冷却泵控制方法及原理也大致相同。9、问：我们为何要全变频运行答：中央空调的改造，各个厂家的方案有所不同，但是采用全变频运行方案比定量泵加变量泵的方案要好得多（定量加变量泵基本上不怎么节电），全变频运行在任何时间里都可以节电，即使在改造前满负荷运行的时段里也可以节电，其余时间里节电率高于其它方案。10.问：定量泵和变量泵改造方案由什么问题答：定量泵加变量泵改造方案，目前采用的厂家较多，因为中央空调节电器采用的是闭环控制，变频的转速是根据获取的温度信号所决定的，有时频率很低，有时会出现变量泵出水口压力低于管道系统压力，导致系统压力及定量泵出水口压力差值很大，造成倒流，即系统与定量泵的水都流向变量泵，系统的工作会出现问题，最主要是的是起不到节能的作用，反而造成了能源的浪费。11、问：全变频改造方案的投资与定量泵加变量泵比较答：是的，因为全变频运行方案需要改造的水泵数量较多，但长远计算式合算的，因为这种法案节电效果很好，每年节约的电费也很多，投资回报很好，且系统运行正常。12、问：如果想让备用泵投入运行替换已运行的某台泵可以吗答：每台电器可控制多台水泵，因此对于泵与泵之间的轮换是一个非常简单的问题。13、问：当节电器出现故障时会不会影响系统的正常运行答：不会。节电器都考虑了备用旁路，万一某台电器出现故障可以直接运行在旁路状态，但这时不再有几点的功能。14、问：冷冻泵和冷却泵的节电效果是一样的吗？ 答：不一样。简单地说：冷冻泵性能曲线和恒压供水是一样的，其功率和转速成三次方关系，而冷却泵的性能曲线和循环水系统式一样的，其功率和转速的关系介于三次方和二次方之间。所以，其节电效果相对来说稍微差一点。 第六部分 空压机一、压缩机的应场合空压机在工况企业中应用亦十分普遍，电动机的容量一般都比较大，而且大多数是常年连续运行的，固节能潜力很大。二、空压机的工作原理空压机的工作原理是：由一对相互平行啮合的阴阳转子（或称螺杆）在气缸内转动，使转子齿槽间的空气不断的产生周期性的容积变化，空气则沿着转子轴线吸入侧输送至输出侧，从而实现空压机的吸气、压缩和排气的全过程，空压机的进气口和出气口分别位于壳体的两端，阴转子的槽及阳转子的子齿被主电机驱动而旋转。空压机运行的具体程序为：按下自动按钮，控制系统接通启动器线圈并打开断油阀，空压机在御载模式下启动，这时进气阀处于关闭位置，而放气阀则打开以排放油气分离器内德压力。等降压2秒后空压机空压机开始加载运行，系统压力开始上升。如果系统压力上升到压力开关上线值，即起跳压力时，控制器使进气阀关闭，油气分离器放气，压缩机空载运行。当系统压力下降至压力开关下限值，即起跳压力时，要回跳压力时，控制器使进气阀打开，油气分离器放气阀关闭，压缩机满载运行。三、压缩机的拖动系统特性 1、机械特性具有恒转矩特性（离心式空压机特性略有偏差），固电动机的轴功率P与转速N成正比： 2、大多数处于长期连续运行状态，但负载大小经常有变化，为连续变动性负载； 3、飞轮力矩GD2较大，所以要求较大的启动转矩； 4、启动次数较少，所以对升降速时间无过高要求；5、对气体压缩机来说，有压力调压阀，对于制冷压缩机来说，有热膨胀阀或电子膨胀阀来实现御载与加载的自动控制装置，并且当御载与加载时负载会突变；四、空压机的工作过程空压机的工作原理图如下图所示，空气经空气过滤器和吸气调节阀而吸入，该调节阀主要用于调节气缸、转子及滑片行程的压缩腔，阴阳转子旋转相对于气缸里偏心方式运转。滑片安装在转子的槽中，并通过离心力将滑片推至气缸壁，高效的注油系统能够确保压缩机良好的冷却及润滑油的最小舒适耗量，在气缸壁上行成的一成薄薄的油膜可以防止金属部件之间直接接触而造成磨损。经压缩后的空气温度较高，其中混有一定的油气，经过油气分离器进行分离后，油气经过油冷却器再经过油过滤器流回储油罐，空气经过气冷却器（空气冷却装置）进行冷却而进入储气罐。五、空压机存在节能空间的原因1、由于空压机不能排除在满负荷状态下长时间运行的可能性，所以设计时只能按最大需要来决定电动机的容量，配置余量偏大。2、因电机不允许频繁启动，导致在用气量少的时候仍然要空载运行，电能浪费巨大。3、由于拖动电机本身不能调速，因此就不能直接使用压力或流量的变动来实现降速调节，即使在需要流量较小的情况下，由于电机转速不变，功率下降幅度较小。4、工频启动时冲击大，轴承磨损大。虽然绕线式电机启动热性比鼠笼式电机好，但启动电流仍然很大，而且滑环、轴承磨损大、维护量大：一旦接触不好，有烧坏电机的危险5、经常御载和加载导致整个气网压力经常变化，不能保持恒定的工作压力来延长压缩机的使用寿命。六、空压机节电控制系统图电气设备节能改造技术近年来发展迅速，并在许多领域发挥了重要的作用，空压机节能系统原理图如下图由于许多空压机的运行方式是加载、减载方式（有些空压机不御载），减载时电机空转，那么能源都被白白的浪费了，而电动机转速自身不能改变，只能通过改变电机自身频率来调节转速。节电控制即通过改变电动机的转速来控制空压机单位时间的出风量，从而达到控制管路的压力。原理如下：通过压力变送器测得的管网压力值与压力的设定值相比较，得到偏差，经PID的调节器计算出节电器作用于异步电动机的频率值。由于电器输出的相应频率和幅值的交流电，使电动机上得到相应的转速。那么空压机输出相应的压缩空气至储藏器，使之压力变化，直到管网压力与给定压力值相同。七、 节能改造注意事项1、 空压机是大转动惯量负载，这种这种启动特点很容易引起节电电器在启动时出现跳过流保护的情况，建议采用具有高启动转矩的无速度矢量节电器，保证既能实现恒压工期的连续性，又可保证设备可靠稳定的运行。2、 空压机不允许长时间在低频下运行，空压机转速过低，一方面使空压机稳定性变差，另一方面也使缸体润滑度变差，会加快磨损。所以工作下限应不低于20HZ3、 建议功率选用比空压机功率大一等级的节电器，以免空压机启动出现频繁跳闸的情况4、 为了有效的滤除节电器输出电流中的高次谐波分量，减少因高次谐波引起的电磁干扰，建议选用输出高流电抗器，还可以减少电机运行的噪音，提高电机的稳定性5、 设计的系统因具备节电和市电两套控制回路，确保出现异常跳保护时，不影响生产。八产品问答1、 问：常见空压机的总类有哪些常见空压机按使用场合的不同有以下几种：（1） 空气压缩机向有关设备提供空气动力源（2） 冷冻压缩机用于冷冻、冷藏、制冰、保鲜等（3） 空调压缩机制冷、制冷冻水等（4） 气体压缩机制造氧气、氨气、氮气。氢气等（5） 专用压缩机例如煤气、乙烩气等按机械特性的不同主要有以下三种：（1）旋叶式压缩机（2）往复式压缩机（3）螺旋式压缩机2、 问：当节电设备出现故障时会不会影响系统的正常运行答：不会。节电设备都考虑了备用旁路（或者利用原系