引言我国风机与水泵配套电机系统约占电机装机总容量的60%，消耗电能约占我国总发电量的30%[1]。在实际工程中由于不当设计和使用，风机水泵总扬程的一半以上被用于克服风阀水阀的压降，表明50%以上的风机水泵电耗消耗在风阀水阀上，而不是用来克服管道阻力[2]。这造成了系统运行效率降低和不必要的能源浪费，给系统带来噪声、设备使用寿命降低等不利影响。因此，采用合适的技术措施对风机进行变频调速有着巨大的节能潜力，对降低风机能耗具有重大意义。风机变频控制方式有定静压控制、变静压控制和总风量控制法共3种[3]。定静压控制系统简单，是目前常用的实验室风机变频调节技术。但在定静压变频调速技术应用时，出于动态特性系统最不利环路末端风量考虑，通常将静压值设定为较高值，导致在多数时间里末端风阀处于较小开度，造成定静压控制节能效果不够明显。通过现场测试和数据分析，提出基于不同运行工况下静压值重置法的定静压控制方法，有助于提升定静压控制系统的运行效率，助力实验室节能减排。1变频调速及定静压控制原理1.1变频调速原理变频调节通过平滑调节频率的变频电源，调节异步电动机的转速，不但能实现无级调节，而且可以根据负载的不同特性，通过适当调节电源和频率之间的关系，使电动机始终工作在高效区，具有良好的动态特性[4]。电机转速与频率之间的关系[5]为：n=60fp1-s (1)式中：n——风机转速，r/min；f——供电频率，Hz；p——电机旋转磁场的极对数；s——转差率。风机转速发生改变时，功率与风机转速之间关系[6]为：NN1=nn13=ff13 (2)式中：N——转速为n时的功率，kW；f——转速为n时的供电频率，Hz。风机运行功率与转速及供电频率的3次方成正比，通过调节风机的运行频率可以有效降低风机能耗。1.2定静压控制原理通过在主风管中最低静压处设置静压传感器P，在排风柜调节门关闭时调节变风量风阀至最小风量。定静压控制风量风压分析如图1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.07.025.F001图1定静压控制风量风压分析管道的阻力曲线由0-1变化为0-2，风机工作点由a点移至b点。风机输出全压为Pb，而系统工作所需全压仅为Pc。这使P点的静压实测值Pm大于静压设定值Ps，静压控制器将静压实测值Pm与静压设定值Ps进行比较，采用闭环调节方式使静压实测值接近静压设定值Ps。由于主风管的静压降低，各变风量阀门在相同送风量下的风阀开度增加，管道阻力曲线由0-2变化为0-5后稳定[7-8]。定静压控制流程如图2所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.07.025.F002图2定静压控制流程2定静压控制在实验室中的应用以某高校化学类教学兼科研型实验室为例，实验室位于江苏省苏州市，面积为122 m2，层高4.5 m，实验室共布置12台1.5 m宽台式变风量排风柜。教学兼科研型实验室采用多联机加独立新风系统，平面布局如图3所示。该实验室设置1套专用排风系统和1套专用新风系统。排风柜均以最小风量运行时，实验室换气次数为6.6 次/h，满足最低换气次数要求。依据使用需求，排风柜同时使用率按100%设计排风系统，此时实验室排风量为3 600~18 000 m3/h。余风量依据排风量的10%取值，为1 800 m3/h，最大送风量依据排风柜100%同时使用率时送风量的80%配置，则新风量为1 800~13 000 m³/h。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.07.025.F003图3教学兼科研型实验室平面布局排风机选用F4-72-No.8C玻璃钢离心排风机，风量为20 000 m3/h，全压1 000 Pa，转速为1 520 r/min，为380 V-4 P-50 Hz-11.0 kW。直膨式新风空调机组新风量13 000 m3/h，机外余压500 Pa，制冷量/制热量为170 kW/190 kW，为 380 V-4P-50Hz-5.5 kW。排风柜选用基于位移传感器与文丘里蝶阀（压力无关型）的变风量控制系统，实验室微负压控制采用余风量控制+压差监视，全新风空调箱和排风机均采用定静压变频控制方式，教学兼科研型实验室控制流程如图4所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.07.025.F004图4教学兼科研型实验室控制流程排风柜变风量文丘里蝶阀和新风送风变风量阀均具有实时风量和阀位反馈功能。实验室变风量控制系统采用RS 485现场总线和Modbus-RTU通信协议，对现场变风量风阀风量、阀位、实验室与走廊间的静压差、风管静压等数据进行采集，实现对实验室变风量风阀、风机变频器等进行控制。排风系统定静压控制原理如图5所示。其中，S为位移传感器，F为风量传感器，VD为文丘里蝶阀，Qse和Qsp分别为风量测量值和设定值；SP为压力（静压）传感器，SPC为静压控制器，Sse和Ssp分别为静压测量值和设定值，M为风机马达，FH为排风柜。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.07.025.F005图5排风系统定静压控制原理实验室作为教学型实验室使用时，排风柜同时使用率为100%。实验室在工作模式工况运行时，排风柜设计面风速为0.50 m/s，调节门设计开度为500 mm。实验室在节能模式工况运行时，排风柜面风速切换至0.30 m/s。项目中FGT-150变风量排风柜的最小设计风量为300 m³/h。通过现场调试确定排风机工作模式工况运行时静压设定值为350 Pa，排风柜在不同同时使用率下运行频率如表1所示。同时使用率为0时，排风柜调节门均处于最小开度，此时排风柜以最小排风量运行。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.07.025.T001表1排风柜在不同同时使用率下运行频率同时使用率/%运行静压测量值/Pa运行频率/Hz0348~35031.916.7345~35034.241.7348~35239.166.7348~35544.2100.0346~35245.8不同排风柜同时使用率时新风系统工况及实验室静压差如表2所示。排风机定静压设定值350 Pa和180 Pa时变风量排风阀开度（排风柜面风速0.50 m/s和0.30 m/s）如表3和表4所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.07.025.T002表2不同排风柜同时使用率时新风系统工况及实验室静压差同时使用率/%新风空调箱实验室与走廊静压差/Pa新风阀开度/%定静压设定值/Pa运行静压测量值/Pa运行频率/Hz0120115~12427.7-113716.7120100~12932.2-64941.7120108~13540.1-16666.7120105~13144.9-396100.0120100~12045.9-59610.3969/j.issn.1004-7948.2023.07.025.T003表3排风机定静压设定值350 Pa时变风量排风阀开度（排风柜面风速0.50 m/s）同时使用率/%FGT-01FGT-02FGT-03FGT-04FGT-05FGT-06FGT-07FGT-08FGT-09FGT-10FGT-11FGT-12027©37©34©39©37©35©34©39©39©40©40©33©16.75635©36©40©37©37©33©38©40©39©41©5541.75740©5941©42©39©38©5840©40©635766.76639©68747140©33©606241©6460100.097*97*99*97*9579636569757467注：*代表设备出现风量不足报警；©代表排风柜调节门关闭，排风柜最小排风量运行；下表同。%10.3969/j.issn.1004-7948.2023.07.025.T004表4排风机定静压设定值180 Pa时变风量排风阀开度（排风柜面风速0.30 m/s）同时使用率/%FGT-01FGT-02FGT-03FGT-04FGT-05FGT-06FGT-07FGT-08FGT-09FGT-10FGT-11FGT-12032©41©42©46©47©43©38©44©45©48©45©36©16.74940©41©44©48©42©39©43©44©47©48©4941.75135©5443©41©43©37©5345©48©555166.74838©52606143©41©535546©5752100.0576259636358535556605852%不同运行模式下排风柜运行频率及功率如表5所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.07.025.T005表5不同运行模式下排风柜运行频率及功率同时使用率/%节能运行模式（180 Pa）正常运行模式（350 Pa）运行频率/Hz运行功率/kW运行频率/Hz运行功率/kW028.101.9531.902.8616.729.302.2134.203.5241.730.902.6039.105.2666.733.003.1644.207.60100.035.804.0445.808.45采用定静压控制方式时，需综合考虑变风量末端在不同同时使用率下的静压设定值。静压设定值偏小时，会出现变风量末端风量不足的情况。系统在排风柜同时使用率较低的情况下运行时，如果采用与工作模式工况运行相同静压设定值工作，会出现变风量末端开度均小于50%的情况，造成系统噪声增大以及运行效率的降低。通过采用基于不同运行模式下的双工况静压值重置法的优化定静压控制可以解决上述问题，优化的定静压控制方法节能效果显著，最高可达50%以上。3结语采用双工况静压值重置法的优化定静压控制法时，实验室处于节能模式的节能效果明显。对于有工作模式和节能模式双运行工况的实验室变风量控制系统，采用基于不同运行工况的静压值重置法的定静压控制变频技术，节能效果显著。实验室变风量风阀开度在绝大多数的情况下无法处于75%~95%，风机的变频调节和节能依旧有一定的提升和优化空间。