摘要：本文阐述冷却塔行业2 种主要节能途径：变频节能和调整风机运行数量节能。
关键词：冷却塔,变频节能,风机运行数量节能
0 前言
随着经济发展和科技进步，能源和环境是当今世界突出的两大社会问题，能源的需求量愈来愈大，能源短缺已成为制约我国经济社会可持续发展的重要因素之一。这促使人们更多地意识到能源对人类的重要性。冷却塔风机系统作为空调系统、石油、化工、冶金、发电不可缺少的冷却设备已广泛应用于工业与民用领域，而对其节能的分析更显得尤为重要。众所周知，冷却塔风机系统是按照设备所需的大容量冷却负荷设计或选定的，而且再留有充足余量。在没有使用具备负载随动调节特性的控制系统中，无论季节、昼夜和用户负荷的怎样变化，风机长期固定在工频状态下全速运行，造成能量的巨大浪费。近年来由于电价的不断上涨，使得冷却塔风机运行费用急剧上升，致使它在营运成本费用中占有越来越大的比例。所以，对冷却塔风机节能分析、提高节能效果已经成为冷却塔分析的重要组成部分。本文着重从2 个方面阐述冷却塔风机的分析节能方法。
1 变频节能分析
1.1 变频节能工作原理
风机变频节能，风机特性曲线可以表示为[1]：P=SQ2 (1)
P—— —— —风机出口全压，Pa;S—— —— —管路特性系数;Q—— —— —风机风量，m3/s。变频调节风系统风量是通过变频器改变风机电机输入交流电源的频率，改变电机转速，从而改变风机送风量，这是调
节流量的最好手段。当电源频率从f1变到f2时，电机转速从n1变到n2
变频调节方法改变风机运行性能曲线，风管阻力未变，如图1 所示。由通风机相似定律得：
n1/n2=Q1/Q2
由公式(2)、公式(3)得:
f1/f2=Q1/Q2
在开式系统中，由公式(1)得：
P1=SQ1
P2=SQ2
1.2 固定变频控制方式因为冷却塔的型式有单塔型式和多塔并联型式;所以，固定变频控制方式可分为：单台固定变频控制和多台并联固定变频控制。在实际生产过程中以多台并联固定变频控制实现节能的居多数。固定变频控制系统由变频回路和工频回路2 部分组成，运行方式：工频运行时，风机根据工频控制回路
选择指定风机启动，并以50Hz 全速运行。变频运行时，风机以传感器所测实际水温，经过温控器转换成标准的电流信号或电压信号，送到变频器的模拟输入端，当第1 台变频电机达到满负荷运行时，还不能满足实际工况时则第2 台电机就会被工频启动，第1 台电机仍然变频运行;同理，若第2 台电机启动后，还不能达到
要求工况则第3 台电机就会被工频启动;此时，3 台电机全部运行：第1 台电机变频运行、第2 台电机工频运行、第3台电机工频运行。
1.3 循环变频控制方式
该控制系统亦由变频回路和工频回路2 部分组成，运行方式：正常状态，转换开关切至自动运行回路，由温度传感器测定冷却塔出水温度，经过温控器转换成标准的电流信号或电压信号，送到变频器的模拟输入端来控制变频器输出频率及风机转速，改变风机风量，从而改变冷却塔出水温度;当1 台风机运行仍旧不能满足工况要求时，将此变频运行的风机改为工频运行，再变频启动另1 台风机，直到循环水温度达到工况要求为止。整个控制系统为闭环调节系统。根据装置工况要求，自动确定风机是变频运行还是工频运行。并做到最先运行的风机最先切除，电机循环运行，从而延长设备使用寿命。当变频系统控制回路或者变频器出现故障的时候，将转换开关切换到手动状态，3 台电机运行在工频状态，可以满足装置工况要求，但是可能达不到节能目标。
2 调整风机运行数量
风机节能控制器的研发：提出风机节能控制管理的目的，是实现风机运行闭环自动控制。根据生产需要预先设定供水温度，由气象环境对水温影响及系统换热条件改变对水温的影响，用温感探头的实测值及时反应出来，最终通过调控换热设备的热媒参数来稳定供水温度，实现自控节能。一般来讲，“变频调速技术”是完成上
述过程的理想方法。但是变频调速技术在循环水冷却塔风机控制上的运用存在如下局限性和缺陷：
1.“变频调速技术”可以做到很高的控温精度，但是这对循环冷却水系统来说并不是很重要。从价值工程角度来讲应该以最低寿命周期成本来获得最低产品使用性能，成本过高增加费用投入。
2. 变频器自身能量损耗(平均运行效率不足90%)影响节能效果。
3. 变速运行造成风扇叶片攻角改变(迎风角)，风机脱离工作点运行使效率降低。
4. 电机远离额定转速低速运行，以及转速、扭矩、功耗之间的非线性关系，也使电机实际效率大为降低。
5. 变频调速设备价格较为昂贵，新建工程和老设备改造都需要较大投入。
6. 设计时还必须考虑变频调速器运行在某些特定转速时的破坏性共振问题和变频调速器产生强电磁污染对其他仪表的干扰等问题。
石油化工行业所用冷却塔通常是多台冷却塔并联，也就是说风机是以多台并联的机群形式工作，为此提出根据测量供水温度变化，自动调节风机开机、停机数量达到控温节能目的，提出使用自动控制运行台数的节能控制器问题。
这是一种简单易行、费用低廉的控制方法，但是它又有别于常规的PID 模拟调节方式。它是一种单变量离散控制闭环调节系统，既要保证有一定的控温精度，又不允许风机频繁启停;既要保证风机能单台工作，又要求多台风机在时间和启停次数上平衡运行。同时每个风机出口上要配置与风机开停相配套的电控风阀，当风机
停止运转时，与之对应的风阀关闭。
3 结语
上文主要论述了2 种节能控制方式，每一种节能方式都有其不同特点，不同的企业要根据对冷却液体的要求，选择适合自己的节能方式。
