Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания
2.2. Применение частотного регулирования асинхронного электромотора для циркуляционного насоса с «сухим ротором»
Преимущества и недостатки циркуляционным насосом с «сухим ротором» рассмотрены в разделе 1.5. Энергоэффективность этого типа насосов может быть повышена автоматический регулировкой частоты вращения ротора с помощью использования частотного регулятора. Применение данных насосов целесообразно для больших индивидуальных домов или коллективных домов с децентрализованной системой отопления и горячего водоснабжения.
Суть частотного регулирования циркуляционных насосов с «сухим ротором» и асинхронным двигателем состоит в том, что если для комфортности и стабилизации температуры в помещениях на отопительных приборах поставить терморегулируемые автоматические вентили, то при определенной выставленной температуре они перекрывают поток тепловой энергии теплоносителя, меняя гидравлическое сопротивление отопительной системы. Если в системе установлен циркуляционный насос с постоянной скоростью вращения ротора, то изменение (рост) гидравлического сопротивления приводит к увеличению скорости потока теплоносителя в оставшихся приборах отопления. Увеличение скорости движения приводит к увеличению шума отопительных приборов с одной стороны, и увеличения скорости нагревания остальных помещений. Насос работает с повышенной нагрузкой, которая, в данном случае, совершенно не нужна. Нужно переключить скорость вращения ротора на низшую. Но в насосах с фиксированными скоростями это можно сделать только вручную. Кроме того, величина снижения производительности насоса при ступенчатом переключении может быть слишком большой и недостаточной для стабильной работы других отопительных приборов. Через некоторое время, термостатический клапан опять откроется и потребуется, либо опять вручную переключить скорость работы насоса на повышенную, либо помещения будут охлаждаться.
Если мы говорим о комфорте и автоматическом поддержании заданной температуры в помещениях, то необходима автоматическая регуляция потока теплоносителя. В варианте циркуляционного насоса с «сухим ротором» и асинхронным мотором это можно сделать с помощью частотного преобразователя. Для его работы в напорную магистраль циркуляционного насоса монтируется датчик давления. При повышении или понижении давления в магистрали происходит соответствующее изменение частоты питающего насос переменного тока. Изменения происходят по программе, установленной в частотном преобразователе. На рис. 15 показана нагрузочная характеристика при работе насоса с фиксированной скоростью вращения ротора и с частотным преобразователем для циркуляционного насоса с «сухим ротором» и асинхронным электромотором.
Рис. 15. Перестройка циркуляционного насоса с частотным регулированием на изменения гидравлического сопротивления контура
При изменении гидравлического сопротивления циркуляционного контура из-за закрытия (регулировки) термостатической арматуры, первоначальная кривая сопротивления контура (I) превращается в кривую (II) с большим наклоном. Циркуляционный насос с постоянной скоростью вращения ротора имеет фиксированную напорно-расходную характеристику (A). Изменение сопротивления контура приведет к тому, что рабочая точка перейдет из положения 1 в положение 2, что вызовет увеличение напора в контуре на величину Δ = Н1 – Н2 и снижение в расходе насоса на величину Q1–Q2, при этом не ясно, достаточно ли полученной производительности насоса для поддержания заданных условий измененного контура отопления. При использовании частотного преобразователя с заданной функцией поддержания постоянного давления в циркуляционном контуре, происходит автоматическое изменение частоты вращения ротора и новая напорно-расходная характеристика (В). В которой, рабочая точка переходит из положения 1 в положение 3. Давление в системе не меняется, величина расхода уменьшается на Q1–Q3, которая больше Q1–Q2. При условии, что программа поддерживает постоянный уровень давления в системе измененного циркуляционного контура. При открытии терморегулирующих вентилей, частотный преобразователь восстановит первоначальную величину скорости вращения ротора циркуляционного насоса. Существуют также и программы, позволяющие пропорционально изменять давление и расход циркуляционных насосов с частотным преобразователем на основании принятого алгоритма. Один из вариантов такого изменения показан на рис. 15. При изменении гидравлического сопротивления в режиме II, изменяется и напор и расход (точка 4), а траектория пропорциональности определена алгоритмом снижения напора по линии половинного напора с точками 1 и (Q = 0,1/2Н).
Преимущества применения частотных преобразователей для циркуляционных насосов с «сухим ротором» и асинхронным электромотором:
– высокий КПД по сравнению с циркуляционными насосами с «мокрым ротором»;
– увеличение срока службы насоса за счет работы без перегрузки, плавного пуска, низких пусковых токов (в том числе, снижение механических и электрических составляющих нагрузок насоса);
– экономия электрической энергии при использовании режимов работы с меньшей скоростью вращения ротора;
– дополняет возможность оптимизации всей автономной системы отопления и горячего водоснабжения за счет эффективной работы энергетической установки (котла).
Недостатки циркуляционных насосов данного типа:
– стоимость частотного преобразователя соизмерима со стоимостью циркуляционного насоса;
– необходимость установки терморегуляторов на каждый отопительный прибор, что приводит к дополнительным затратам. Без терморегуляторов никакой эффективности применения частотных преобразователей нет;
– встает вопрос системы охлаждения мотора. Эффективность воздушного охлаждения при уменьшении частоты вращения ротора падает. Требуется установка автономного охлаждающего устройства;
– необходимость периодического обслуживания циркуляционных насосов данного типа;
– более высокий уровень шума, чем у насосов с «мокрым ротором»;
– диапазон регулирования скорости вращения не очень большой. Величина экономии электрической энергии сильно зависит от конкретных климатических условий и схем циркуляционного контура.