4.4. Определение мощности некоторых установок, применяемых в зданиях, и замена недогруженных электродвигателей
Насосные установки.
Насосы широко используются в системах холодного и горячего водоснабжения и теплоснабжения, а также для противопожарного водоснабжения. Насосы устанавливаются в зданиях при недостаточном гарантированном напоре в городской водопроводной сети, для циркуляции в системах теплоснабжения и горячего водоснабжения, системах оборотного водоснабжения и для некоторых других хозяйственных нужд. Иногда применяются совмещенные пожарно-хозяйственные насосы. Насосы по способу действия подразделяются на поршневые и центробежные. Не останавливаясь на описании принципов их работы и конструкциях, детально рассмотренных в [16], укажем, что в рассматриваемых зданиях применяются, как правило, центробежные насосы. Мощность электродвигателя Рд насоса определяется по формуле, кВт,
(4.31)
где Кзап — коэффициент запаса, для насосов с подачей менее 0,03 м3/с принимается 1,2—1,4, при большей подаче— 1,1 —1,2; р — плотность перекачиваемой жидкости, кг/м3; g— ускорение свободного падения, g=9,81 м/с2; Q — подача насоса, м3/с; Нс — статический напор (сумма высот всасывания и нагнетания), м; ∆Н— потери напора в трубопроводах, зависящие от сечения и качества обработки труб, кривизны участков, наличия вентилей и задвижек, м; ηн — КПД насоса (для поршневого насоса 0,7—0,9; для центробежных при давлении более 0,4Х105 Па—0,6—0,75; при меньшем давлении — 0,45— 0,6); ηп — КПД передачи, равный 0,9—0,95.
Момент на валу электродвигателя равен, Η·μ,
(4.32) где п — частота вращения, об/мин.
Для центробежных насосов особенно важен правильный выбор угловой скорости двигателя, так как момент двигателя (как и у вентиляторов) пропорционален квадрату, а мощность — кубу скорости. Из этого следует, что при завышении скорости мощность резко возрастает, что влечет за собой перегрев обмоток двигателя. И наоборот, при снижении скорости напор оказывается недостаточным и насос не перекачивает жидкость.
Из выражения (4.31) видно, что уменьшение мощности электродвигателя, а следовательно, расхода и потерь энергии можно обеспечить прежде всего за счет повышения КПД насоса, поэтому рекомендуется [15] заменять устаревшие насосы, проработавшие 15—20 лет, современными насосами с более высоким КПД (до 0,9).
Экономию электроэнергии за счет установки насоса с более высоким КПД можно определить из выражения, кВт-ч,
(4.33) где ηн1, ηн2 — КПД старого и нового насосов; t — время работы насоса в год, ч.
Значительная экономия электроэнергии в насосных установках достигается при отключении мало нагруженных двигателей или повышении их загрузки. Так, например, возможно отключение одного или даже нескольких двигателей в часы повышения напора в городской сети. Такое мероприятие может выполняться вручную или автоматически, при этом расход электроэнергии снижается как за счет отключения двигателя, так и за счет повышения КПД работающего двигателя в связи с увеличением его нагрузки. Автоматизация насосных установок проводится практически во всех тепловых пунктах и общественных зданиях и дает значительный эффект (см. гл. 6).
Во многих зданиях требуется регулирование подачи насоса, которое может осуществляться дросселированием с помощью задвижек или изменением частоты вращения двигателя. Как показано в [15, 16], второй способ значительно экономичней, так как потери мощности при электрическом регулировании путем включения реостата в цепь ротора в 2,5 раза меньше, чем при дросселировании. Именно поэтому для привода крупных насосов (мощностью выше 100 кВт) целесообразно применять асинхронные двигатели с фазным ротором.
Вентиляционные установки.
В общественных зданиях имеется большое количество вентиляционных установок, предназначенных для подачи свежего воздуха в помещения, обеспечения нормируемой кратности обмена воздуха и компенсации тепло- и влаговыделений. Такие системы называются приточными. Для удаления загрязненного воздуха и создания необходимого воздушного баланса служат вытяжные системы. В зависимости от времени года приточные системы могут или выполнять чисто вентиляционные функции (в летнее время), или совмещать эти функции с отоплением помещений (в зимний период). В последнем случае системы носят название воздушного отопления. В некоторых зданиях, где требуется создание особо комфортных условий, применяют установки кондиционирования воздуха, поддерживающие необходимую температуру и влажность воздуха в любое время года.
В последнее время начали применяться перспективные системы вентиляции, совмещенной с осветительными приборами. В этих установках вентиляционный воздух прогоняется через корпус светильников специальной конструкции. Этим достигается повышение светоотдачи люминесцентных ламп (за счет их охлаждения) и подогрев приточного воздуха, что обеспечивает определенную экономию энергии.
Для привода вентиляторов используются асинхронные двигатели. Мощность электродвигателя определяется из следующего выражения, кВт:
(4.34) где Q — подача вентилятора, м3/с; Н — напор (давление) воздуха, Па; Κзап — коэффициент запаса, принимается 1,1—1,2 при Рд>5 кВт, 1,5 — при мощности до 2 кВт и 2 — при мощности до 1 кВт; ηв — КПД вентилятора, равный 0,5—0,85 для осевых вентиляторов, 0,4— 0,7 — для центробежных; ηп — КПД механической передачи.
Регулирование скорости может осуществляться при электродвигателях с фазным ротором с помощью реостатов в роторе. В отдельных очень редких случаях регулирование скорости короткозамкнутых двигателей может осуществляться путем изменения напряжения и на статоре при подключении через автотрансформатор.
Снижение расхода электроэнергии в вентиляционных установках может быть достигнуто кроме регулирования скорости: повышением КПД при замене устаревших вентиляторов;
отключением вентиляторов в залах и других помещениях, когда в них нет людей;
объединением вентиляционных систем (в пределах, разрешенных нормами).
Вентиляционные установки, как правило, оборудуются автоматическим управлением, что является важнейшим фактором экономии электроэнергии (см. гл. 6).
Поршневые компрессоры.
На предприятиях общественного питания, в продовольственных магазинах, на пищевых комбинатах устанавливаются холодильные агрегаты с компрессорами поршневого типа. Привод этих агрегатов осуществляется асинхронными двигателями с короткозамкнутым ротором (серии 4А, АО и т. д.). Холодильные машины являются агрегатами с постоянным моментом без регулирования скорости двигателя. Изменение подачи осуществляется с помощью автоматического управления путем соответствующего изменения времени включения и отключения. Для небольших холодильных установок (охлаждаемые прилавки) иногда применяются однофазные двигатели с конденсаторным пуском. Холодильные установки бывают с воздушным или жидкостным охлаждением.
Компрессоры часто обеспечивают холодом несколько холодильных камер, работающих в одном или разных температурных режимах.
Мощность двигателя поршневого компрессора выбирается по приближенной формуле
(4.35)
где Q — подача компрессора, м3/с; А= (Аи+Аа)/2 — работа изотермического и адиабатического сжатия, Дж/м31 ; Кзап — коэффициент запаса, равный 1,05—1,15; ηκ — КПД компрессора, равный 0,6—0,8; ηп — КПД передачи, равный 0,9—0,95.
Отметим, что коэффициент спроса компрессорных установок довольно высокий и сильно зависит от качества термоизоляции охлаждаемых камер.
1 Значения А при давлении от 105 до 106 Па равны:
