蓄能加壓給水設備的實際應用

宋澤智++方榮

摘 要：隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，二次加壓給水設備遍布大江南北，是民生工程的基礎設施。經(jīng)過半個世紀的發(fā)展，二次加壓給水設備由高位水箱供水逐步轉變?yōu)闅鈮核薰┧妥冾l供水兩種方式。隨著技術的發(fā)展，現(xiàn)階段，基本由微機變頻自動加壓給水與無負壓（疊壓）變頻給水這兩種供水型式主導著二次給水產(chǎn)品市場。經(jīng)過近幾年的運行效果來看，變頻恒壓給水模式是不經(jīng)濟的，存在著許多弊端。下面，筆者就現(xiàn)階段二次加壓給水設備的現(xiàn)狀進行以下分析，找出運行過程中存在的具體問題。

關鍵詞：給水設備 蓄能給水 補氣止氣裝置 變頻一對一控制 PLC智能控制 無功損耗 提高功效

中圖分類號：TU991 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）01（a）-0072-02

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，二次加壓供水的應用與管理有了新的理念和發(fā)展，政府對民生工程規(guī)范和標準也有了新的提高，對于二次加壓供水設備安全可靠、穩(wěn)定運行要求也更加嚴格。

1 變頻給水模式能源浪費驚人，并存在諸多弊端

（1）用一臺變頻器與多臺接觸器、繼電器、給水控制器來控制設備運轉，接觸器、繼電器通斷頻率高，極易出現(xiàn)故障。雖然這種類型的供水方式的一次性投資相對低一些，但對長期穩(wěn)定運行卻存在安全隱患，且運行維護費用高。

（2）變頻供水方式耗電量大。每次啟動都由大功率水泵啟動運轉，無功損耗很大。尤其是在夜間，用水量極少的時候，設備為保證所有用戶的靜水壓力，水泵需要不間斷運轉，耗電是非常驚人的，存在很大的改進空間。

2 變頻給水設備與無負壓給水的運行弊端的分析

舉例說明：若某加壓泵站的運行方式為兩臺11 kW的水泵恒壓供水（一用一備），水泵流量Q=30 m/h，H=64 m，兩臺控制柜按照現(xiàn)階段變頻給水設備與無負壓給水設備運行存在如下問題。

2.1 用一臺變頻器控制整套給水設備全部水泵所存在的問題

用一臺變頻器控制多臺水泵運轉，接觸器、繼電器通斷頻率高，極易造成接觸器、繼電器觸點的粘連與損壞。接觸器粘連，控制回路就容易對變頻器反送電，燒毀變頻器。并且，變頻器24 h連續(xù)不停的工作，對模塊、功率管、散熱風扇的使用壽命都有較大影響。

2.2 備用設備銹蝕問題

大多泵站均設有備用水泵與備用控制柜，經(jīng)過長年的閑置，大部分的供水泵房受環(huán)境條件（通風條件差、空氣濕度高等）的影響，導致備用系統(tǒng)癱瘓，形同虛設。倘若主機由于出現(xiàn)故障而造成停用，備用設備因長期閑置而存在一定的故障不能及時啟動，就容易導致供水停滯，造成供水癱瘓的事故發(fā)生。

2.3 無功損耗問題

由于大多建筑全天的用水量是波動不定的。但不管用水量多大，只要欠壓，均需這臺11 kW的水泵運轉來保證管網(wǎng)中的壓力。在用水低谷時段，用大功率的水泵連續(xù)保壓運轉，即使是電機降頻工作，也是需要付出電能的。

3 通過新技術開發(fā)的應用，解決給水設備弊端的方案

采用多臺變頻器一對一對水泵進行控制，用多臺小功率水泵代替大功率水泵，并采取互為備用、故障互投的運行方式，同時設置氣壓水罐（蓄能罐），利用波義耳定律，氣體可壓縮可膨脹的原理，增大給水彈性（調節(jié)水量）。下面就用上文的舉例來闡述如何解決上述問題。

即某加壓泵站的運行方式為兩臺11 kW的水泵恒壓供水（一用一備），其一天的耗電量為：11 kW×24 h×80%效率=211 kW·h。

解決方案：

（1）通過采用3臺5.5 kW的水泵互為備用、故障互投，每臺水泵配置獨立的控制變頻器，補充工作，利用小泵代替大泵。

（2）設置蓄能罐（在蓄能罐中設置補氣、止氣裝置，有效控制設備在停水停電的時候保證蓄能罐中的壓縮氣體不外泄），利用波義耳定律，氣體可膨脹可壓縮的物理現(xiàn)象，將水泵運轉時的富余供水能力儲存到蓄能罐穩(wěn)壓調節(jié)水罐中。蓄水充足后，水泵便會停歇休息，由蓄能罐中的蓄水供應居民的低谷小流量用水……雖然這樣的改變增大了一次性投資成本，但其大量節(jié)約用電量、低維修率，使其達到物有所值，一勞永逸。

該套設備的這兩種技術改變所達到的節(jié)能效果如下。

（1）蓄能罐的設置。在用戶用水量較少（尤其在夜間的這一時間段，用戶的用水量更是極少）的情況下利用蓄能罐內的調節(jié)水量進行供水。而沒有設置蓄能罐的設備為了保持系統(tǒng)管網(wǎng)中的壓力，水泵仍需不間斷的工作，無功損耗非常嚴重。

①通過實際調查顯示：冬天的夜間低谷供水時間段在晚20：00至次日5：30、夏天低谷供水時間段在22：00至次日5：30，平均夜間低谷供水時間在7.5 h左右，這一時間段設備的無功消耗尤為嚴重。

我們利用單臺5.5 kW的水泵在5 min內可向蓄能罐內蓄水400 L，若兩臺水泵分別運行6次，可補充4 800 L，即4.8 t的水，可滿足500戶左右居民在此時間段的供水需求。即兩臺水泵各自運行30 min，這樣在夜間時間段水泵即可休眠7 h左右，所耗電量為：5.5 kW×2臺×0.5 h=5.5°。

②采用小功率多臺水泵補充工作方式：白天有3個用水高峰，早晨在2 h左右，中午1 h左右，晚上3 h左右，也就是一天的用水高峰在6 h左右，在這段時間用兩臺5.5 kW的水泵同時運轉，耗電量在：5.5 kW×2臺×6 h×80%=52.8°，減去夜間時間段和用水高峰時間段還剩下10.5 h的用水平流階段，這一時間段用一臺5.5 kW的水泵足以滿足供水要求，其耗電量：5.5×10.5×80%=46.2°。

合計一天的耗電量為：5.5°+52.8°+46.2°=104.5°，節(jié)電量為：211-104.5=106.5 kW·h。這樣看來，其節(jié)省效果相比原來的耗電量節(jié)約在50%以上。

這種運行方式在用水低谷以及用水平流時段的節(jié)能效果尤為突出。以上控制技術方式僅僅考慮的是夜間用水，而白天上午和下午也有很長時間處于低谷用水量的情況，也同樣采取蓄能罐控制方式，算上這個時間段的節(jié)能情況，將會節(jié)省更多的電能和設備的損耗。

（2）采用PLC智能控制多臺變頻器調壓給水，不僅節(jié)省大量的能源，對設備的使用壽命也有很大提高。

二次加壓給水設備采用變頻連續(xù)工作，不論變頻效果好與差，都存在嚴重的無功損耗問題。樓層越高，無功損耗問題越嚴重。另外，在控制技術上也存在弊端，維修率居高不下，經(jīng)常因接觸器、繼電器粘連、損壞，備用設備常年閑置，導致不能正常工作，系統(tǒng)癱瘓，形同虛設，導致供水停滯。

丹東川宇消防工程有限公司研發(fā)的PLC智能控制多臺變頻器調壓給水設備，采用變頻器、水泵一對一控制。增設蓄能罐，對補氣、補水采取分別控制，缺氣補氣，缺水補水。同時蓄能罐還在供水系統(tǒng)中起到彈性緩沖作用，水泵工作時產(chǎn)生的水錘破壞得到了有效抑制，大大降低了水錘對管網(wǎng)系統(tǒng)的破壞。

4 結語

科技就是生產(chǎn)力，通過實踐證明，我們采取高科技手段，利用國家專利技術，不僅節(jié)約大量能源，同時對設備的使用壽命和利用率都有很大的提高，對二次加壓給水設備的技術有了新的發(fā)展。采用網(wǎng)絡電子通訊技術，提高管理技能，足不出戶，就可以通過電腦全面掌握設備運行的全過程，并能翻閱，打印歷史記錄。

該技術已獲得國家發(fā)明專利，并可應用到消防給水設備（同時也獲得了國家發(fā)明專利）上，并通過國家固定滅火系統(tǒng)和耐火構件質量監(jiān)督檢驗中心的設備認證。

參考文獻

[1] 黃偉樂.建筑給水節(jié)能新技術實際應用研究[D].華南理工大學，2013.

[2] 畢智華.蓄能式脈沖水射流消防水槍研究[D].北京林業(yè)大學，2014.