變頻恒壓供水系統在實際應用中若選型及控制不當,不但達不到節能目的,反而“費電”,尤其深水井變頻系統問題更為突出。為此,不少村鎮在采用變頻供水模式后,感到并不像傳統宣傳的那樣“用變頻就節電”,使得對變頻模式產生“懷疑”和“信任危機”,甚至有些地方人畜飲水項目干脆不采用變頻供水模式。難道一直在推廣的變頻節電技術真的有問題嗎?其根本原因在于變頻供水系統存在的小流量能耗問題。
根據流體力學理論,當水泵調速時,水泵電機軸功率P和流量Q、壓力H與轉速N之間的關系為:
Q1/Q2= N1/N2 (1-1)
H1/H2=(N1/N2)2 (1-2)
P1/P2=(N1/N2)3 (1-3)
即水泵的流量與其轉速成正比,揚程(壓力)與其轉速的平方成正比,軸功率與其轉速的立方成正比。按以上關系,在其它運行條件不變的情況下,通過下調電機的運行速度,其電耗是與轉速成立方關系降低的,節電效果應非常明顯。例如如果工況只需要50%的水量,則可以將電機的轉速調節為額定的一半,此時電機消耗的功率僅為額定的12.5%,即理論上節能可達87.5%。
但以上結論只是理論分析,而且以上關系滿足的前提是水泵的總效率η恒定,實際上當調速范圍很大時,水泵的總效率η變化(降低)較大,根據水泵電機軸功率P和流量Q、揚程(壓力)H之間的關系:
P=K?H?Q/η (1-4)
其中K為常數,η為水泵的總效率。一般當水泵調速70%以下時,水泵效率η急劇降低,而且,實際的供水系統并不是開環狀態,而是恒壓閉環控制系統,速度調節范圍不能很大,否則就滿足不了設定壓力的要求,所以,實際的變頻恒壓閉環供水控制系統小流量甚至“零流量”時水泵轉速并不很低,管路壓力設定越高,“零流量”頻率越高。根據經驗知道,對多層供水系統“零流量”頻率約為25~30Hz,對高層、深水井供水系統“零流量”頻率約為30~35Hz,若水泵揚程(選型不當)富裕量小,“零流量”頻率會更大。
所以水泵在70%以下調速時,其電機軸功率P降低平緩,并不是完全與轉速成立方的關系降低,這一點已由實踐得以證實。可以說公式(1-1)~(1-3)僅當速度調節范圍不大時成立,因此相對于水塔、高位水箱等的工頻供水模式,當水泵速度調節范圍很大時,變頻供水模式就存在小流量“費電”問題。