高層建筑供水系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

鮑雙林

摘 要：近些年來(lái)，隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市規(guī)模包括人口都在不斷的擴(kuò)大和增長(zhǎng)，為了節(jié)約土地，城市里一棟棟的高樓大廈拔地而起。由于樓層的增加，隨之帶來(lái)的就是供水矛盾越來(lái)越凸顯，傳統(tǒng)的供水方式已經(jīng)滿足不了現(xiàn)代高層建筑智能化、節(jié)能化的要求，本文以恒壓變頻的供水方式來(lái)滿足現(xiàn)代高層建筑的供水。

關(guān)鍵詞：高層建筑；可編程控制器；變頻器；PID

中圖分類號(hào)：TU976.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）12-0155-01

1 設(shè)計(jì)任務(wù)

某小區(qū)，新建一棟普通居民建筑，該建筑為50層，層高3.2米，每層樓16戶，請(qǐng)為該棟建筑設(shè)計(jì)一套供水方案，保障整棟樓所有用戶的用水質(zhì)量。

2 設(shè)計(jì)方案選擇

（1）恒速泵直接供水方式。該種供水方式，系統(tǒng)形式簡(jiǎn)單、造價(jià)最低，水泵從蓄水池中抽水加壓直接送往用戶，水泵的增減都依賴人工進(jìn)行手工操作，自動(dòng)化程度低，水泵對(duì)水壓變化不能做出及時(shí)正確的判斷，嚴(yán)重影響供水質(zhì)量和水壓，水泵整日不停運(yùn)轉(zhuǎn)，影響水泵的使用壽命，耗電量大。（2）恒速泵加高位水箱的供水方式。該種供水方式是在建筑物的頂層設(shè)置水箱，高層建筑還可分層設(shè)立水箱。占地面積與設(shè)備投資都有所減少，但這對(duì)建筑物的造價(jià)與設(shè)計(jì)都有影響。由于水箱設(shè)置在樓頂，使得建筑頭重腳輕，建筑樓頂與樓底的水壓不均勻，同時(shí)水箱受建筑物的限制，容積不能過(guò)大，有時(shí)會(huì)影響供水質(zhì)量，水箱的水位監(jiān)控裝置也容易損壞。（3）變頻調(diào)速供水方式。根據(jù)用戶要求，先設(shè)定供水壓力值，然后通電運(yùn)行，壓力傳感器監(jiān)測(cè)管網(wǎng)壓力，并轉(zhuǎn)為電信號(hào)送至可編程控制器或微機(jī)控制器，經(jīng)分析處理，將信號(hào)傳至變頻器來(lái)控制水泵運(yùn)行，當(dāng)用水量增加時(shí)，其輸出的電壓及頻率升高，水泵轉(zhuǎn)速升高，出水量增加；當(dāng)水量減小時(shí)，水泵轉(zhuǎn)速降低，減少出水量，使管網(wǎng)壓力維持設(shè)定壓力值，在多臺(tái)泵運(yùn)行時(shí)，逐機(jī)軟啟動(dòng)，由變頻轉(zhuǎn)工頻至壓力流量滿足為止，實(shí)現(xiàn)了水泵的循環(huán)控制。當(dāng)夜間小流量運(yùn)行時(shí)，可通過(guò)變頻水泵來(lái)維持工作，變頻供水泵可以停機(jī)保壓[1]。

經(jīng)過(guò)幾種方案的比較，本課題采用方案（3）。

3 本文研究的內(nèi)容

本設(shè)計(jì)為高層建筑供水系統(tǒng)，由于樓層較高，在一層用水泵給整棟樓供水，難以保障最高層用水壓力，而造成底層壓力過(guò)大，最高層壓力不夠的現(xiàn)象，另一方面，樓層太高，所選用的水泵揚(yáng)程比較大，隨之電機(jī)功率就比較大，大型電機(jī)工作時(shí)，難免噪聲較大，影響周圍居民，為此，既要保證整棟樓的用水量，又不會(huì)產(chǎn)生過(guò)大的噪聲，本設(shè)計(jì)采用了兩級(jí)供水方式，第一級(jí)由四臺(tái)水泵和一臺(tái)變頻器組成，安裝在一樓泵房，第二級(jí)由兩臺(tái)泵和一臺(tái)變頻器組成，安裝在二十六樓，系統(tǒng)如圖1所示。整個(gè)系統(tǒng)主要由一臺(tái)PLC，兩臺(tái)變頻器分別是#1變頻器（PID調(diào)節(jié)功能）、#2變頻器（PID調(diào)節(jié)功能），壓力傳感器，六臺(tái)水泵組成。通過(guò)PLC控制兩臺(tái)變頻器和交流接觸器的斷開(kāi)與閉合，實(shí)現(xiàn)管道壓力恒定，保障樓層供水質(zhì)量。

4 系統(tǒng)的組成

該系統(tǒng)設(shè)置兩級(jí)供水方式，主要由PLC、變頻器（PID調(diào)節(jié)）、泵組、壓力傳感器、管道系統(tǒng)等構(gòu)成。系統(tǒng)控制示意圖如圖2所示。

（1）供水控制系統(tǒng)。主要由交流變頻調(diào)速器、可編程控制器、外圍操作執(zhí)行機(jī)構(gòu)及保護(hù)電路、壓力傳感器等組成。（2）泵組。主要由四臺(tái)水泵（一級(jí)）和兩臺(tái)水泵（二級(jí)）構(gòu)成，該六臺(tái)水泵都按照“先啟先停”、“備用自投”運(yùn)行，當(dāng)用水量小的時(shí)候，用一臺(tái)水泵變頻供水，保證供水壓力，當(dāng)用水量增大，第一臺(tái)水泵工頻運(yùn)行，第二臺(tái)變頻運(yùn)行，以此往上加泵，水泵數(shù)量隨著用戶用水壓力的變換自動(dòng)增減水泵的投入數(shù)量，每臺(tái)水泵都可以實(shí)現(xiàn)變頻。

5 供水系統(tǒng)自動(dòng)控制的工作原理

壓力傳感器將采集到的水壓信號(hào)通過(guò)輸入端口送入到變頻器自帶的PID調(diào)節(jié)器當(dāng)中，與此同時(shí)，變頻器根據(jù)PID調(diào)節(jié)器輸出的信號(hào)對(duì)水泵電機(jī)電源頻率進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)而改變水泵的轉(zhuǎn)速，使得管道的水壓上升或者下降。在整個(gè)供水過(guò)程中，由PLC控制變頻器，實(shí)現(xiàn)水泵變頻、工頻的自由切換。系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，管網(wǎng)上的壓力傳感器對(duì)用戶管道中的水壓進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣，并將壓力信號(hào)通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，此信號(hào)輸入變頻器PID調(diào)節(jié)器中與原先設(shè)定的的壓力值進(jìn)行比較計(jì)算，運(yùn)算出當(dāng)時(shí)變頻器輸出頻率，進(jìn)而控制此時(shí)水泵的轉(zhuǎn)速，達(dá)到恒壓的目的。在整個(gè)供水系統(tǒng)中，PLC對(duì)工頻泵的啟動(dòng)、停止臺(tái)數(shù)進(jìn)行控制，以及對(duì)變頻泵轉(zhuǎn)速進(jìn)行實(shí)時(shí)的調(diào)節(jié)，最終使得管網(wǎng)中的水壓維持在預(yù)先設(shè)定的壓力值的附近。使供水泵組供給的水量同管網(wǎng)中隨時(shí)變化的用水量保持一致，達(dá)到“變量恒壓供水”的目的。

本方案選擇的變頻器中自帶PID調(diào)節(jié)器，這樣可以省去對(duì)可編程控制器存貯容量的要求和對(duì)PID算法的編程，而且在線調(diào)節(jié)PID參數(shù)也非常容易，這不但降低了生產(chǎn)成本，而且大大提高了生產(chǎn)效率。變頻器內(nèi)部自帶的PID調(diào)節(jié)器采用了優(yōu)化算法，所以使水壓的調(diào)節(jié)十分平滑，穩(wěn)定。

6 結(jié)語(yǔ)

采用此種供水方式，實(shí)時(shí)調(diào)整用水量，不僅保證了用水的壓力，避免了水的二次污染，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，節(jié)約能源，是節(jié)約型社會(huì)中現(xiàn)代建筑不可缺少的一部分。

參考文獻(xiàn)

[1]李良仁.變頻調(diào)速技術(shù)與應(yīng)用（第3版）[M].北京：電子工業(yè)出版社，2015.