小高層、高層住宅變頻供水系統(tǒng)

謝駿　張鋒

【摘 要】 變頻恒壓供水節(jié)能的效果主要取決于用水流量的變化情況及水泵的合理選配，為了使變頻恒壓供水具有優(yōu)良的節(jié)能效果，變頻恒壓供水宜采用多泵并聯(lián)的供水模式。由多泵并聯(lián)恒壓變頻供水理論可知多泵并聯(lián)恒壓供水，只要其中一臺泵是變頻泵，其余全是工頻泵，就可以實(shí)現(xiàn)恒壓變量供水。在變頻恒壓變量供水當(dāng)中，變頻泵的流量是變化的，當(dāng)變頻泵是各并聯(lián)泵中最大，即可保證恒壓供水。本文主要探討小高層、高層住宅變頻供水系統(tǒng)

【關(guān)鍵詞】 高層住宅；變頻供水系統(tǒng)；恒壓；PLC

在這種變頻供水系統(tǒng)中，當(dāng)供水流量少于變頻泵在恒壓工頻下的流量時(shí)，由變頻泵自動調(diào)速供水，當(dāng)用水流量增大，變頻泵的轉(zhuǎn)速升高。當(dāng)變頻泵的轉(zhuǎn)速升高到工頻轉(zhuǎn)速，由變頻供水控制器控制把該臺水泵切換到由工頻電網(wǎng)直接供電（不通過變頻器供電）。變頻器則另外啟動一臺并聯(lián)泵投入工作。隨用水流量增大，其余各并聯(lián)泵均按上述相同的方式軟啟動投入[1]。這就是循環(huán)軟啟動投入方式。當(dāng)用水流量減少，各并聯(lián)工頻泵按次序關(guān)泵超出，關(guān)泵超出的順序按先投入先關(guān)泵超出的原則由變頻控制器單板計(jì)算機(jī)控制。

1 關(guān)于變頻調(diào)速給水的基本原理

目前，變頻調(diào)速生活給水在建筑給水中應(yīng)用越來越廣，其主要原因是：

①變頻調(diào)速給水的供水壓力可調(diào)，可以方便地滿足各種供水壓力的需要。在設(shè)計(jì)階段可以降低對供水壓力計(jì)算準(zhǔn)確度的要求，因?yàn)殡S時(shí)可以方便地改變供水壓力。但在選泵時(shí)應(yīng)注意，泵的揚(yáng)程宜大一些，因?yàn)樽冾l調(diào)速其最大壓力受水泵限制。最低使用壓力也不應(yīng)太小，因?yàn)樗貌辉试S在低揚(yáng)程大流量下長期超負(fù)荷工作，否則應(yīng)加大變頻器和水泵電機(jī)的容量，以防止發(fā)生過載[2]。

②目前，變頻器技術(shù)已很成熟，在市場上有很多國內(nèi)外品牌的變頻器，這為變頻調(diào)速供水提供了充分的技術(shù)和物質(zhì)基礎(chǔ)。變頻器已在國民經(jīng)濟(jì)各部門廣泛使用。任何品牌的變頻器與變頻供水控制器配合，即可實(shí)現(xiàn)多泵并聯(lián)恒壓供水。因?yàn)榻ㄖ┧膽?yīng)用廣泛，有些變頻器設(shè)計(jì)生產(chǎn)廠家把變頻供水控制器直接做在供水專用變頻器中；這種變頻器具有可靠性好，使用方便的優(yōu)點(diǎn)。

2 小高層、高層住宅變頻供水系統(tǒng)的構(gòu)成

當(dāng)有若干臺水泵同時(shí)供水時(shí)，由于在不同時(shí)間（白天和黑夜）、不同季節(jié)（冬季和夏季），用水流量的變化是很大的，為了節(jié)約能源和保護(hù)設(shè)備，本著多用多開、少用少開的原則，進(jìn)行切換。變頻器能根據(jù)壓力閉環(huán)控制要求自動確定運(yùn)行泵的臺數(shù)，在設(shè)定的范圍內(nèi)，同一時(shí)刻只有一臺泵由變頻器控制。當(dāng)定時(shí)輪換間隔時(shí)間設(shè)定在0.05～100.00之間，則穩(wěn)定運(yùn)行相應(yīng)時(shí)間后，變頻器將按“先開先關(guān)”的原則輪換控制泵的運(yùn)行，以保證每臺泵能得到均等的運(yùn)行機(jī)會和時(shí)間，防止部分泵因長期不用而銹死。泵運(yùn)行到上限或下限后，到達(dá)增加泵或減少泵的判斷時(shí)間，變頻器將按“先停先開” 的原則加減泵控制，以保證每臺泵都能有機(jī)會運(yùn)行，防止部分泵因長期不用而銹死[4]。

恒壓供水系統(tǒng)的基本控制策略是采用可編程控制器（PLC）與變頻調(diào)速裝置構(gòu)成控制系統(tǒng)，進(jìn)行優(yōu)化控制泵組的調(diào)速運(yùn)行.并自動調(diào)整泵組的運(yùn)行臺數(shù).完成供水壓力的閉環(huán)控制，即根據(jù)實(shí)際設(shè)定水壓自動調(diào)節(jié)水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速和水泵的數(shù)量，自動補(bǔ)償用水量的變化，以保證供水管網(wǎng)的壓力保持在設(shè)定值，既可以滿足生產(chǎn)供水要求，還可節(jié)約電能，使系統(tǒng)處于可靠工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)恒壓供水。變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)由變頻器、PLC、泵組電機(jī)（水泵數(shù)量可以根據(jù)需要設(shè)定）、壓力傳感器和交流接觸器等部分組成，如圖1所示。系統(tǒng)的控制目標(biāo)是泵站總管道的出水壓力，變頻器設(shè)定的給水壓力值與反饋的總管壓力實(shí)際值進(jìn)行比較，其差值送人變頻器內(nèi)置的PID調(diào)節(jié)器進(jìn)行運(yùn)算處理后，由PLC發(fā)出控制指令，控制泵電動機(jī)的投運(yùn)臺數(shù)和運(yùn)行變頻泵電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到給水總管壓力穩(wěn)定在設(shè)定的壓力值上。恒壓控制是由變頻器內(nèi)置PID功能實(shí)現(xiàn)的，系統(tǒng)根據(jù)用水流量的變化調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，從而使管網(wǎng)水壓連續(xù)變化，同時(shí)變頻器還可作為電動機(jī)軟啟動裝置.限制電動機(jī)的啟動電流。壓力傳感器的作用是檢測管網(wǎng)水壓，安裝在供水系統(tǒng)總出水管上。變頻器和PLC的應(yīng)用為水泵轉(zhuǎn)速的平滑性連續(xù)調(diào)節(jié)提供了方便。水泵電機(jī)實(shí)現(xiàn)變頻軟啟動，消除了對電網(wǎng)、電氣設(shè)備和機(jī)械設(shè)備的沖擊，延長機(jī)電沒備的使用壽命。

3 小高層、高層住宅多泵循環(huán)變頻供水的實(shí)現(xiàn)方法

圖2是三臺水泵循環(huán)恒壓變頻控制電路。M1、M2、M3是電動機(jī)，P1、P2、P3是水泵。KM1、KM3、KM5控制水泵變頻運(yùn)行，KM2、KM4、KM6控制水泵工頻運(yùn)行。變頻器的作用是為電動機(jī)提供可變頻率的電源，實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的無級調(diào)速，從而使管網(wǎng)水壓連續(xù)變化。傳感器的任務(wù)是檢測管網(wǎng)水壓，壓力設(shè)定單元為系統(tǒng)提供滿足用戶需要的水壓期望值。一般的供水設(shè)備控制1～3臺水泵，1～2臺工作，1臺備用。在這些水泵中，一般只有一臺變頻泵。當(dāng)供水設(shè)備供電開始工作時(shí)，先啟動變頻泵，管網(wǎng)水壓達(dá)到設(shè)定值時(shí)，變頻器的輸出頻率則穩(wěn)定在一定的數(shù)值上。而當(dāng)用水量增加，水壓降低時(shí)，傳感器將這一信號送入PLC或PID回路調(diào)節(jié)器，PLC或PID回路調(diào)節(jié)器則送出一個(gè)較用水量增加前大的信號，使變頻器的輸出頻率上升.水泵的轉(zhuǎn)速提高，水壓上升。如果用水量增加很多，使變頻器的輸出頻率達(dá)到最大值，仍不能使管網(wǎng)水壓達(dá)到設(shè)定值時(shí)，PLC或PID回路調(diào)節(jié)器就發(fā)出控制信號，啟動一臺工頻泵，其他泵依次類推。反之，當(dāng)用水量減少，變頻器的輸出頻率達(dá)到最小值時(shí)，則發(fā)出減少一臺工頻電動機(jī)的命令[5]。

多泵并聯(lián)恒壓供水，在設(shè)計(jì)上可做到在恒壓條件下各工頻泵的效率不變（因工況不變），并使之處于高效率區(qū)工作，變頻泵的流量是變化的，其工作效率隨流量而改變。因?yàn)椴捎枚啾貌⒙?lián)恒壓供水，變頻泵的功率降低，從而可以降低多泵并聯(lián)變頻恒壓供水系統(tǒng)的能耗，改善節(jié)能狀況。多泵并聯(lián)恒壓供水系統(tǒng)采用具有自動睡眠功能的變頻器，當(dāng)用水流量接近于零，變頻泵能自動睡眠停泵，從而可以做到不用水時(shí)自動停泵而沒有能量損耗，具有最佳的節(jié)能效果。

結(jié)論

目前，高層樓水箱（池）的消毒問題還有待解決，必須引起足夠的重視。尤其是到夏季，南方諸多城市天氣悶熱、潮濕，細(xì)菌繁殖特別快，水質(zhì)極易污染。因此，要加強(qiáng)消毒，隨時(shí)監(jiān)測水質(zhì)情況，保證人民飲用合格的水。為了解決高層樓二次供水污染的難題，科技工作者經(jīng)過不懈的努力，研制出“恒壓變頻調(diào)速供水設(shè)備”，使用該設(shè)備可取代水塔、高位水箱及氣壓供水設(shè)備。

參考文獻(xiàn)

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