پمپ های گردشی کم مصرف: چگونه کار می کنند، چه چیزی را باید جستجو کرد و چگونه یک مورد مناسب را انتخاب کرد

چرا مصرف انرژی در سیستم های پمپ گردشی شایسته توجه جدی است؟

پمپ های گردشی از جمله مصرف کنندگان انرژی هستند که به طور مداوم در خدمات ساختمانی، سیستم های فرآیند صنعتی و شبکه های گرمایش منطقه ای نادیده گرفته می شوند. برخلاف چیلرهای تهویه مطبوع یا بویلرها که به دلیل اندازه قابل مشاهده و نیاز آشکار به انرژی، توجه را جلب می کنند، پمپ های گردشی به طور مداوم در پس زمینه کار می کنند - اغلب با سرعت ثابت و توان کامل کار می کنند بدون توجه به اینکه آیا سیستم واقعاً در هر لحظه به جریان کامل نیاز دارد یا خیر. در یک سیستم گرمایشی معمولی مسکونی، پمپ گردشی ممکن است 5 تا 10 درصد از کل مصرف برق خانگی را تشکیل دهد. در ساختمان‌های تجاری با مدارهای هیدرونیک متعدد، حلقه‌های خنک‌کننده صنعتی، و تأسیسات گرمایش منطقه‌ای، کل انرژی مصرف‌شده توسط سیستم‌های پمپاژ می‌تواند ۲۰ تا ۳۰ درصد کل بار الکتریکی تأسیسات را نشان دهد. این مقیاس مصرف، بهبود راندمان پمپ را به یکی از مداخلات سرمایه‌گذاری با بالاترین بازده موجود در مدیریت انرژی ساختمان و بهینه‌سازی فرآیندهای صنعتی تبدیل می‌کند، اما به طور سیستماتیک مورد استفاده قرار نمی‌گیرد، زیرا ناکارآمدی خاموش و تدریجی است تا آشکار و حاد.

تغییر از پمپ‌های گردشی با سرعت ثابت و تک‌سرعت به پمپ‌های گردشی با سرعت متغیر و کموتاسیون الکترونیکی، نشان‌دهنده مهم‌ترین پیشرفت در فناوری پمپ در سه دهه گذشته است. درک اینکه چه چیزی پمپ‌های صرفه‌جویی انرژی مدرن را متفاوت می‌کند، چگونگی دستیابی به بهره‌وری آنها و نحوه انتخاب و تعیین صحیح آنها برای یک کاربرد معین، پایه عملی هر برنامه جدی کاهش انرژی ساختمان یا فرآیند است.

چگونه پمپ‌های گردشی با سرعت ثابت سنتی انرژی هدر می‌دهند

برای درک اینکه چرا پمپ های گردشی صرفه جویی در انرژی چنین پیشرفت های چشمگیری را در بهره وری ارائه می دهند، لازم است ابتدا درک کنیم که چرا پیشینیان آنها انرژی زیادی را هدر می دهند. پمپ‌های گردشی سنتی از موتورهای القایی AC استفاده می‌کنند که با سرعت ثابتی که توسط فرکانس عرضه تعیین می‌شود - معمولاً 50 هرتز در اروپا و بیشتر آسیا و 60 هرتز در آمریکای شمالی کار می‌کنند. این بدان معناست که پروانه پمپ بدون توجه به تقاضای جریان واقعی تحمیل شده توسط سیستم در هر لحظه با سرعت ثابت می چرخد. در مدار گرمایش یا سرمایش، تقاضای حرارتی به طور مداوم با دمای بیرون، اشغال، بهره خورشیدی و برنامه‌های عملیاتی متفاوت است. یک سیستم گرمایشی طراحی شده برای ارائه جریان کامل در شرایط اوج زمستان - شاید 10 تا 15 روز در سال - در همان شرایط جریان کامل برای 350 روز باقیمانده که تقاضا جزئی، متوسط ​​یا حداقل است، کار می کند.

فیزیک این وضعیت توسط قوانین تمایل پمپ کنترل می شود، که بیان می کند که مصرف برق با مکعب سرعت چرخش تغییر می کند. پمپی که با 80 درصد سرعت طراحی خود کار می کند، تنها 51 درصد از توان تمام سرعت خود را مصرف می کند (0.8³ = 0.512). پمپی که با 60 درصد سرعت طراحی کار می کند، تنها 22 درصد از توان تمام سرعت را مصرف می کند. این روابط به این معنی است که حتی کاهش اندک در سرعت عملیاتی - که با تطبیق سرعت پمپ با تقاضای واقعی سیستم به‌جای کارکردن با سرعت کامل به طور مداوم به دست می‌آید - کاهش‌های نامتناسب زیادی در مصرف انرژی ایجاد می‌کند. یک پمپ با سرعت ثابت که 8760 ساعت در سال با قدرت کامل کار می کند در حالی که سیستم تنها برای 500 ساعت از آن ساعت به جریان کامل نیاز دارد، مقدار زیادی برق را هدر می دهد به گونه ای که از نظر ساختاری بدون فناوری کنترل سرعت متغیر اجتناب ناپذیر است.

فناوری پشت پمپ های گردشی کم مصرف مدرن

پمپ‌های گردشی کم مصرف مدرن کارایی خود را از طریق ادغام سه فناوری کلیدی به دست می‌آورند: موتورهای آهنربای دائمی با جابجایی الکترونیکی، درایوهای فرکانس متغیر یکپارچه، و الگوریتم‌های کنترل هوشمند که به طور مداوم خروجی پمپ را با تقاضای سیستم مطابقت می‌دهند. این سه عنصر به‌جای اجزای مستقل، به‌عنوان یک سیستم جدایی‌ناپذیر با هم کار می‌کنند، به همین دلیل است که عملکرد واحدهای پمپ یکپارچه صرفه‌جویی در مصرف انرژی به طور قابل‌توجهی از آنچه که با نصب یک درایو فرکانس متغیر بر روی یک موتور پمپ القایی معمولی قابل دستیابی است، فراتر می‌رود.

موتورهای مغناطیسی دائمی با تعویض الکترونیکی

موتور در یک پمپ گردشی با راندمان بالا یک موتور آهنربای دائم DC بدون جاروبک (همچنین به نام ECM-موتور کموتاسیون الکترونیکی) به جای موتور القایی AC مورد استفاده در پمپ های معمولی است. موتورهای آهنربای دائم تلفات مس روتور را که نشان دهنده بخش قابل توجهی از اتلاف انرژی موتور القایی است حذف می کنند، زیرا میدان روتور توسط آهنرباهای دائمی به جای جریان القایی تامین می شود. این به موتورهای ECM راندمان بار کامل 90 تا 95 درصد در مقایسه با 75 تا 85 درصد برای موتورهای القایی معادل می‌دهد و - به طور بحرانی - راندمان بالایی را در طیف گسترده‌ای از نقاط عملیاتی با بار جزئی حفظ می‌کند. یک موتور القایی که با 30٪ بار نامی کار می کند، معمولاً به 60-65٪ راندمان می رسد. یک موتور ECM آهنربای دائم با همان بار جزئی، راندمان 85-90٪ را حفظ می کند. از آنجایی که سیستم‌های پمپ گردشی اکثر ساعات کار خود را در بار جزئی صرف می‌کنند، این مزیت بازده بار جزئی در عمل بسیار مهم‌تر از رقم بازده بار کامل است.

درایوهای فرکانس متغیر یکپارچه

درایو الکترونیکی یکپارچه در یک پمپ گردشی کم مصرف، منبع AC ورودی را به یک فرکانس متغیر و ولتاژ متغیر DC و سپس خروجی AC تبدیل می کند که سرعت موتور را دقیقاً در پاسخ به سیگنال های کنترلی کنترل می کند. در یک واحد پمپ گردشی اختصاصی، این درایو به طور خاص برای موتوری که کنترل می‌کند طراحی شده است - تطبیق امپدانس، فرکانس سوئیچینگ و مدیریت حرارتی همگی برای موتور خاص بهینه‌سازی شده‌اند تا بهینه‌سازی عمومی مورد نیاز یک VFD جهانی. این رویکرد یکپارچه راندمان درایو 97-99٪ را در مقایسه با 93-96٪ برای VFD های همه منظوره ارائه می دهد و پیچیدگی نصب، الزامات سیم کشی و مشکلات احتمالی EMC مرتبط با نصب درایو جداگانه را حذف می کند.

حالت ها و الگوریتم های کنترل هوشمند

هوش کنترلی تعبیه شده در پمپ های گردشی کم مصرف مدرن چیزی است که قابلیت سرعت متغیر را به صرفه جویی واقعی انرژی در عملکرد سیستم واقعی تبدیل می کند. سازندگان پیشرو پمپ چندین حالت کنترل را ارائه می‌دهند که با انواع سیستم‌ها و فلسفه‌های عملیاتی متفاوت سازگار است. کنترل فشار متناسب فشار دیفرانسیل را در سراسر پمپ متناسب با سرعت جریان حفظ می‌کند - با کاهش تقاضای جریان، فشار نقطه تنظیم به همان نسبت کاهش می‌یابد و به پمپ اجازه می‌دهد تا بیش از حد مجاز کنترل فشار دیفرانسیل ثابت کند شود. کنترل فشار ثابت یک فشار دیفرانسیل ثابت را بدون توجه به جریان نگه می‌دارد، که برای سیستم‌هایی مناسب است که افت فشار به جای توزیع در سراسر شبکه در یک نقطه متمرکز است. کنترل مبتنی بر دما، که در برخی از مدل‌های پمپ گرمایش موجود است، سرعت پمپ را بر اساس سیستم تامین و اختلاف دمای برگشت تنظیم می‌کند، پمپ را در هنگام باریک شدن اختلاف دما کاهش می‌دهد (نشان دهنده کاهش تقاضای گرما) و افزایش سرعت در هنگام باز شدن آن. کنترل تطبیق خودکار - ارائه شده توسط چندین سازنده ممتاز - به پمپ اجازه می دهد تا ویژگی های واقعی عملکرد سیستم را در طول زمان بیاموزد و به طور مداوم نقطه تنظیم خود را بدون ورودی راه اندازی دستی بهینه کند.

طبقه بندی بهره وری انرژی و استانداردهای نظارتی

عملکرد انرژی پمپ های گردشی از طریق شاخص بهره وری انرژی (EEI) تعیین و تنظیم می شود، معیاری که توسط دستورالعمل ErP (محصولات مرتبط با انرژی) کمیسیون اروپا معرفی شده است که مصرف انرژی واقعی یک پمپ را در محدوده معرف شرایط کاری نسبت به پمپ مرجع اندازه گیری می کند. مقیاس EEI از 0 تا 1 اجرا می شود و مقادیر پایین تر نشان دهنده کارایی بهتر است. جدول زیر آستانه های فعلی و تاریخی EEI و پیامدهای عملی آنها برای پمپ s را خلاصه می کند.