牢固树立节能减排理念 电机企业提升地源热泵能效利用
- 2016/8/30 14:26:5136937
2.地源热泵系统中的电机效率问题
2.1率电机问题
在地源热泵系统中所采用的各类电机，按照电机工作效率可以分为两类：标准效率电机和率电机。率电机与标准效率电机相比，根据功率的不同，其效率可高出2到10个百分点，率电机是通过更好的设计和采用可以减少损耗的特殊材料来实现的，但价格大约要超过标准效率电机的10%~30%，因此在全世界出售的电动机中只有1/5是率电机。电机效率是机械功率输出与电源输入功率的比值，通常以百分比表示，图1给出了标准电机与率电机之间存在的差别，通过改进的设计材料和技术生产的率电机能够在单位耗电量中产生更多的功。
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图1标准和率电机性能对比
一般情况下，率电机通常具有高的负载系数、更好的绝缘和耐压以及低发热量和较小的振动，从而增加了可靠性。率电机必须具备等于或者超过美国电器制造业协会（NEMA）所规定的普通电机满负载效率。换句话说，一台电机效率必须等于或者超过NEMA率电机满负载工程效率值时才能称为电机。一台率电机的成本取决于：电机价格、效率、使用时间、安装和检修的费用以及人工费等。率电机的额外购置费用可通过节省运行费用，迅速收回成本，通常率电机额外的费用支出可以通过两年的运行节省下来的能耗费来抵消。例如，假定50hp、负载因数75%的电机每年运行超过4000h，电费为$0.04/kWh，一个改进点可节省4079kwh或者每年163美元。因此，一台率电机，通过4%的效率改进，两年可比标准电机节省1304美元，基本满足两年回报标准。在实际工程中，可以通过下列公式计算年节约能量和回报率，以选择一台效率更高的电机：
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式中：S---期望每年节约的电费；P---电机额定功率；
L---负载因子（占满负载的百分比）；
T---年运行小时；
C---能量的单价（美元/kWh）；
Estd---标准电机效率等级，%；
Eee---率电机效率等级，%；
0.746---为将功率从hp转化成kW的转化系数。
2.2电机转速与负载的关系问题
离心式泵和风机负载对速度变化极其敏感，转速仅仅增加5r/min就能导致流速和能耗显着增加，效率降低。所以替换一台泵或者风机时，必须选择满负载转速等于或者低于被替换电机的转速。驱动风机的离心电动机上的功率与转速的立方成正比。例如，若电机转速由1740r/min增加到1760r/min，虽然仅仅增加了20r/min，却要增加3.5%的功耗，同时风量或者水量也会随着速度的平方变化。转差和转速依赖于负载，这可使不同的电机驱动相同的负载成为可能，例如100hp电机输出25%额定功率时，可以用一台50hp或者更低马力电机代替，只不过此时的功率为50hp的50%，或者是40hp的62.5%，30hp的83%电机，25hp的满载输出。当电机负载逐渐增加时，转速会降低，满载时转速为满载转速，因此，只有较低速度或较大负载的电机能以接近同步转速方式运行，用较小功率的满载电机以接近同步转速的速度工作，代替原来功率较大但低速运行的电机，可以明显地节省运行费用。
3.地源热泵系统的电机节能改造
3.1电机节能改造及安全运行措施
电机的工作负荷一般在额定负载的65%~100%之间，大多数应用情况下电机选型过大导致他们都工作在一个较低的效率上，比如电机的工作负载在额定负载的35%时，其效率会低于那些与负载相匹配的小电机。当然有时为应付较大的峰值功率，致使电机多数工作在低效率状态，但完全可以通过增加辅助电机的方法来解决这一问题。电机实际上很少工作在满负载状态，根据一般规律以及相应的现场调查分析，工作时的平均负载约为额定负载的60%。而应用于地源热泵系统的各类加热、通风和空调机组中驱动风机的电机负载通常占额定负载的70%~75%。有节能潜力的是那些持续以低于50%负载工作的大型电机，可用有理想效率的小型电机替换。替换后的节能效果可以通过电机的负载和该负载时的效率和大电机的满负载转速、替换电机的满负载转速等参数准确地反映出来。