议变频调速供水系统的加压设施
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高层住宅变频调速恒压供水系统设计随着城市化进程的不断加速,高层住宅的数量也不断增加。
在高层住宅中,稳定可靠的供水系统对于居民的日常生活至关重要。
传统的供水系统往往难以满足高层住宅对水压和水量的需求,因此,设计一套高效的变频调速恒压供水系统显得尤为重要。
本文将重点阐述高层住宅变频调速恒压供水系统的设计原则和具体方案。
一、设计原则1.1 提供稳定的水压在高层住宅中,为了满足居民的生活用水需求,供水系统必须能够提供均衡稳定的水压。
通过采用变频调速恒压供水系统,可以根据居民用水量的变化实时调节水泵的运行速度,以保证供水系统能够稳定地提供恒定的水压。
1.2 节约能源传统的供水系统通常采用恒速运行的水泵,这样会导致水泵在低负载时能耗较高。
而变频调速恒压供水系统则可以根据实际需求智能地调节水泵的转速,使水泵的运行始终处于高效工作状态,从而有效降低能耗,实现节能目的。
1.3 保证可靠性高层住宅供水系统的可靠性对于居民的生活质量至关重要。
在设计变频调速恒压供水系统时,应该选择质量可靠的水泵和控制设备,并设置备用设备以应对突发情况。
二、具体方案2.1 变频调速器的选型变频调速器是实现高层住宅变频调速恒压供水系统的核心设备。
在选型时应注意以下几点:首先,应选择具有较高工作效率和稳定性能的变频调速器。
其次,应根据实际需求选择变频调速器的额定功率和转速范围。
另外,还应注意变频调速器的运行噪音和对供水系统的电磁干扰问题。
2.2 水泵的选型水泵是供水系统的核心组成部分。
在选型时应注意以下几点:首先,应选择质量可靠、效率较高的水泵,以保证长期稳定运行。
其次,应根据高层住宅的水压和水量需求选择合适的水泵型号和数量。
另外,还应考虑水泵的噪音和振动情况,避免对住户生活造成不便。
2.3 控制策略的设计控制策略的设计决定了供水系统的运行效果和稳定性。
在设计过程中应注意以下几点:首先,应充分调研高层住宅的居民用水特点和峰谷用水变化情况,以便合理地设计供水系统的供水策略。
变频调速给水1.1概述常用的加压供水方式有高位水箱供水、气压供水、变频调速供水、管网叠压(无负压)变频调速供水和管网叠压(无负压)高水位水箱供水等。
其耗能、供水安全及防二次污染等方面的比较见表1。
常用供水加压方式比较表1注:1.表中P 1、P 2表示气压水罐的最低、最高工作摇篮,绝对压力(MPa );ΔP为实际压力波动值。
2.管网叠压(无负压)高位水箱供水方式中的高位水箱不同于高位水箱供水方式的水箱,应为采取了空气过滤装置的密闭水箱。
近年来,管网叠压(无负压)变频调速供水方式已在不少城市使用。
但是,该供水方式有一定的适用范围和局限性,不是万能的,不是哪种场合都能使用的。
故变频调速供水方式仍是目前应用较广的供水方式。
在应用中应合理选用水泵,加长水泵在高效区的工作时间,因地制宜,发挥其应有的节能效果。
变频调速供水方式适用于每日用水时间长、用水量经常变化的生活和生产给水系统,凡需要增压的给水系统及热水系统均可选用。
该供水设备的优点主要表现在设定水泵出水压力的情况下,水泵的出水量(用户用水量)可通过变频调速改变供电频率进而改变水泵转速来实现;供水压力一直被控制在设定的压力下,不会出现用水小时管网压力超过设定压力的现象。
缺点是当供水范围较小、用水变化幅度过大时,节能效果不明显,甚至不节能;对电源要求较高,必须可靠,保护功能要齐全。
变频调速给水设备是比较节能的设备。
它是利用控制柜内的变频器和微机来控制水泵的运行,使水泵按照实际运行参数(变化着的用户用水量和设定的水压)进行变频调速供水,把水泵工频运行时特性曲线中的多余功通过变频器调频节约下来。
变频调速泵的调泵范围在100%~75%之间,这就使得当水泵在小流量或零流量工况工作时,水泵的运行会落在低效区。
如果水泵长时间运行在低效区,则该给水设备不但不能节能、反而会浪费能量。
因此,对于像生活给水设备存在夜间小流量和零流量时间较长的装置,除了变频调速主泵外,还会配置小泵和气压水罐,采用时间继电器或流量监测装置来控制小泵和气压水罐的运行,一旦到了夜里设定的时间或用户的用水量减少到确定的某一数值时,给水设备自动切换到小泵和气压水罐联合工作。
变频调速在恒压供水系统中的应用目前,变频调速已经被广泛地应用在城市供水系统中,变频调速在恒压供水系统中以其节能、安全、技术先进、供水质量高特点在城市供水中广泛应用。
变频调速恒压供水系统实现水泵电机的无级调速,依据用水量发生变化引起管网压力发生变化,自动调节供水系统设备运行参数,在用水量发生变化时保持管道水压恒定。
很好地解决了城市自来水管网压力不能满足日常用水要求和城市消防用水的需】【求12。
解决了利用阀门控制水量消耗能源的供水调节方式,是取代水塔、高地水池、高位水箱、加压气罐等给水设备的先进型供水控制设备。
〔一〕控制系统原理变频调速恒压供水系统主要由出水管压力变送器、PID 调节器、PLC 可编程控制器、变频器、仪表、水泵机组、电脑、低压电器等组成。
蓄水池或吸水井的水经加压泵送入城市管网,通过压力变送器接入出水管压力信号,传递给PID 调节器,由PID 调节器将管网传输来的压力信号与预先设定的压力信号比较运算后输送给变频器一个转速控制信号,同时PID 调节器输送给可编程控制器PLC 压力控制信号。
由可编程控制器PLC 实现对加压泵的变频运行或工频运行的自动控制。
变频调速恒压供水装置应用于水泵调速节能效果非常显著。
变频调速恒压供水装置可根据用户需要设置恒压值,实现恒压供水的目的。
当供水能力与用水量平衡时变频装置工作在恒压值上,假设用水量减少时,供水流量g Q 大于用水量y Q 则供水压力g P 升高,引起反馈压力信号增加,反馈压力信号与PID 调节器预先设定目标信号比较后的合成信号下降,PID 调节器传输给变频器的转速控制信号减小,变频器输出频率b F 下降引起加压泵电机转速n 下降,由于电动机转速n 下降引起加压泵供水流量g Q 下降直到管道压力信号回到预先设定的目标值,供水能力与用水流量又重新平衡y g Q Q 。
假设用水量增大时,供水流量g Q 小于用水流量y Q ,则供水压力g P 下降,引起反馈压力信号值减小,反馈压力信号与PID 调节器预先设定目标信号比较后的合成信号上升, PID调节器传输给变频器的转速控制信号增大,变频器输出频率Fb上升引起加压泵电机转速n 上升,由于电动机转速n上升引起加压泵供水流量g Q上升直到管道压力信号回到预先设定的目标值,供水能力等于用水流量yQ ,又到达新的平衡实现恒压供水。
变频器在供水系统中的应用及技术特点探讨供水系统是现代社会不可或缺的基础设施之一,而变频器作为电气控制领域的一项重要技术,在供水系统中的应用也越来越广泛。
本文旨在探讨变频器在供水系统中的应用及其技术特点。
一、供水系统概述供水系统是指通过一定的技术手段,将地下水、河水或湖水等水源进行净化处理,经过输水管道输送到用户的系统。
供水系统通常由水源、取水设备、输水管道、储水设备、分水设备等组成。
在整个供水系统中,水泵是起到提供水力推动的作用,而变频器则是对水泵的控制和调节起到关键作用的技术设备。
二、变频器在供水系统中的应用1. 节能效果显著:传统的供水系统中,水泵通常使用定频供电,无法根据实际需求来调节水泵输出的流量和扬程,导致能耗浪费。
而变频器则能够根据实际的供水需求,通过调整水泵的电机转速来控制流量和扬程,从而实现节能效果。
根据实际应用案例反馈,变频器在供水系统中的能耗节约率可达到20%-40%。
2.稳定性强:传统的定频供水系统在负荷变化时,由于水泵的输出无法调节,往往会导致水压过高或过低的情况发生,严重影响供水系统的正常运行。
而变频器通过对水泵的转速进行精确调节,能够保持供水系统的稳定性,避免了水压异常情况的发生,提高供水质量和用户体验。
3.操作灵活方便:传统的供水系统中,调节水泵的输出需要手动操作或者通过开启/关闭阀门等方式来实现,操作相对繁琐且不够灵活。
而变频器通过在控制面板上设置相应的参数,可以实现对水泵的远程控制和调节,使得供水系统操作更加方便和灵活。
三、变频器在供水系统中的技术特点1.调速范围广:变频器通过改变电机转速来实现流量和扬程的调节,其调速范围广泛,能够满足不同需求场景下的供水要求。
无论是大流量低扬程还是小流量高扬程,变频器都能够满足,并且能够根据实际需求进行精细调节。
2.响应速度快:变频器采用先进的控制算法和电路设计,使得其对水泵转速的控制响应速度非常快。
在供水需求发生变化时,变频器能够迅速调整水泵的转速,确保供水系统的稳定性和平衡运行。
变频调速技术在供水系统中的应用变频调速技术是一种在供水系统中广泛应用的技术手段,其通过调整电机的转速来控制水泵的流量和压力,从而实现对供水系统的精确控制。
本文将从供水系统的需求、变频调速技术的原理和优势以及应用案例等方面进行探讨。
一、供水系统的需求供水系统是城市和农村中不可或缺的基础设施,用于为居民、企事业单位提供稳定的供水服务。
然而,传统的供水系统一般采用恒速运行的方式,无法根据实际需求进行灵活调节,存在能耗高、运行效率低等问题。
因此,需要引入变频调速技术来提高供水系统的运行效率和节能性。
二、变频调速技术的原理和优势变频调速技术是一种通过改变电机的输入电压和频率,从而调整电机转速的技术手段。
在供水系统中,通过变频器控制电机的输入信号,可以实现对水泵的转速精确调节。
这种技术具有以下几个优势:1. 节能高效:传统的供水系统采用恒速运行,无法根据实际需求进行调节,导致能耗浪费。
而变频调速技术可以根据实际需求动态调整水泵的转速,避免了过剩能耗,提高了供水系统的能效。
2. 精确控制:供水系统往往需要根据不同的用水需求来调节流量和压力,传统的供水系统无法满足这种要求。
而采用变频调速技术可以根据实际需求精确控制水泵的转速,从而实现对供水系统的精确控制。
3. 减少设备损坏:传统的供水系统由于无法根据实际需求进行调节,容易导致水泵的频繁启停,从而增加了设备的损坏风险。
而采用变频调速技术可以实现平稳启停,减少了设备的损坏风险,延长了设备的使用寿命。
1. 城市供水系统:在城市供水系统中,采用变频调速技术可以根据不同的时间段和用水需求,灵活调节水泵的运行状态,从而提高供水系统的运行效率和节能性。
例如,在用水高峰期可以提高水泵的流量和压力,而在用水低谷期可以降低水泵的流量和压力,以达到节能的目的。
2. 农田灌溉系统:在农田灌溉系统中,采用变频调速技术可以根据作物的生长需求,调整水泵的流量和压力,从而实现精确的灌溉。
例如,在作物生长初期可以提高水泵的流量和压力,而在作物生长后期可以降低水泵的流量和压力,以满足不同生长阶段的需求。
变频恒压供水设备是一种新型节能供水设备,随着二次供水加压技术的发展,长沙奔宇机电科技有限公司研发出来一款BY变频恒压供水设备,该设备运用当今最先进的微电脑控制技术,将变频调速器与电机水泵组合而成的机电一体化高科技节能供水装置。
变频恒压供水设备以水泵出水端水压(或用户用水流量)为设定参数,通过微机自动控制变频器的输出频率从而调节水泵电机的转速,实现用户管网水压的闭环调节,使供水系统自动恒压稳于设定的压力值:即用水量增加时,频率提高,水泵转速加快;用水量减少时,频率降低,水泵转速减慢。
这样就保证了整个用户管网随时都有充足的水压(与用户设定的压力一致)和水量(随用户的用水情况变化而变化)。
BY变频恒压供水设备工作原理系统正常工作时,设备出水总管上的压力传感器对用户的用水水压进行数据采样,并将压力信号转换为电信号(反馈值),传输至可编织控制器(PLC),然后与用户设定的压力值(目标值)进行比较和运算,并将比较和运算的结果转换为频率调节信号和水泵启动信号分别送至变频器,调节水泵电机的电源频率,进行调整水泵的转速。
变频泵运行于频率上限,如果不能达到敲定压力,系统经延时确认加泵;当系统运行在频率下限时,压力实际值仍高于敲定值,经延时确认减泵。
变频泵转速连续的调节以及工频泵的分组调节相结合,将用户管网中的水压恒定于用户预先设计的压力值,使供水泵组提升的水量与用户管网不断变化的用水量保持一致,达到变量恒压供水的目的。
BY变频恒压供水设备组成方式变频恒压供水设备主要由水泵机组、测压稳压罐、压力传感器、变频控制柜等组成,能始终维持压力表压力(即用户管网水压)等于用户设定值。
可用于一般生活或生产供水。
供水系统组成方式有:1、变频供水设备与市政管网并网恒压供水,在供水压力可满足需要时,自动停运全部水泵。
否则,恒压供水设备起动,增大压力满足用水要求。
2、附加小泵或气压罐,为完全消除小流量或零流量供水电耗,可增加辅助小泵或辅助气压罐,当供水压力低时,自动停运主泵,使小泵或气压罐运行。
议变频调速供水系统的加压设施
刘俊
(东南大学建筑设计研究院南京210096)
摘要本文从水泵高效区的定义出发,论述了变频调速泵的意义,确定了泵组变频调速运行的模式,从而制定了变频调速泵组台数、小流量泵及气压罐选择的原则。
关键词水泵的高效区变频调速台数小流量泵气压罐
生活给水系统加压水泵应用变频调速技术,在全社会要求节能减排的政策下,有着深远意义;同时,在建筑物生活用水量逐时变动的情况下,水泵采用变频调速运行,扩展水泵的有效工作范围,节省运行费用,有着现实意义。
1、水泵的高效区
《建筑给水排水设计规范》GB50015-2003第3.8.1条规定“选择生活给水系统加压水泵,应遵守下列一般规定:①水泵的Q~H特性曲线,应是随流量的增大,扬程逐渐下降的曲线。
②应根据管网水力计算进行选泵,水泵应在其高效区内运行”。
目前离心泵的叶轮基本采用了后弯式叶片,叶片的出水角在20°~30°之间,这种形式的离心泵其特点是流量增大,而水泵扬程减小,相应流量与轴功率的关系曲线(Q~N曲线),是一条比较平缓上升的曲线,对于水泵电动机来讲,可以稳定在一个功率变化不大的范围内有效地工作。
在此范围内相对应于Q~H 曲线中的各参数点(Q,H),即为水泵铭牌上列出的各数据,是水泵最经济工作的一个区域,即为高效区,一般不低于最高效率点的10%左右,流量在0.85Q P~1.15Q P之间(Q P为水泵铭牌上的额定流量值);在水泵样本中,用两条波形线“§”标出,此范围为水泵的高效率区;通常样本将所生产的系列水泵的高效率方框图,绘在同一张座标纸上,称为性能曲线型谱图。
因此,可根据水泵铭牌上列出的各数据;或水泵样本Q~H曲线中两条波形线“§”标出的范围;或水泵的性能曲线型谱图进行选泵,保证水泵在高效区运行。
2、变频调速泵的意义
由于生活用水的随机性,管网中流量、压力的变化幅度较大,大部分供水工
况都不是设计流量和设计扬程,水泵的工况点会移出水泵的高效区以外,在低效区工作。
针对这种情况,就要对水泵的工况点进行必要的改变和控制。
常用的办法有调节阀门、切削叶轮、调节转速等手段,相比之下,变频调速方案较为合理。
在水泵的高效区内,根据水泵的比例律:流量比等于转速比,扬程比等于转速比平方,功率比等于转速比立方。
即 Q
1/Q
2
=n
1
/n
2
, H
1
/H
2
=(n
1
/n
2
)², N
1
/N
2
=(n
1
/n
2
)³,
得出H
1/Q
1
²=H
2
/Q
2
²=k,
H=kQ²
可以看出,凡是符合比例律关系的工况点,均分布在一条以座标原点为顶点的H=kQ²二项抛物线上,此抛物线为等效曲线,如图1:
图1
《建筑给水排水设计规范》GB50013-2003第3.8.4条规定“生活给水系统采用调速泵组供水时,应按设计秒流量选泵,调速泵在额定转速时的工作点,应位于水泵高效区的末端”。
图1中阴影的范围是水泵高效运行工况点的范围。
采用变频调速的方法,大大地扩展了离心泵的高效率的工作范围。
3、变频调速泵的运行方式
如生活给水系统加压水泵采用一用一备,则有一台工作泵采用变频调速的运行方式;如采用多用一备,则有一台工作泵采用变频调速其它采用工频,或多台工作泵采用变频调速等多种运行方式。
B不停地启泵停泵,超过了规范允许的次数,影响了泵的运行寿命;同时停泵水锤不断发生,影响供水安全。
若采用双变频运行方式,在这种供水工况下,两台泵同时变频调速供水,缩小了单台泵的调速范围,保证了变频调速泵在高效区运行,达到节能的目的。
如图3。
4、变频调速泵的台数
生活给水系统中有多台水泵并联工作时,调速泵与定速泵配置台数比例的选定,应以充分发挥每台调速泵在调速运行时仍能在较高效率范围内运行为原则,保证生活给水系统供水工况不出现间断区。
调速泵的台数应根据建筑物用水的特点确定。
根据电源频率f,变频调速n和负载转矩M的相关理论,《全国民用建筑工程设计技术措施节能专篇—给水排水》中要求,水泵调速范围宜在0.7~1.0的范围内,根据这一要求:泵站各种组合供水工况如下(Q为设计妙流量):
方案○1:一用一备
方案○2:二用一备(A工频B变频)
方案○3:二用一备(A、B变频)
方案○4:三用一备(A、B、C变频,流量比例:1:1:1)
方案○5:三用一备(A、B、C变频,流量比例1:2:2)
方案○6:三用一备(A、B变频C工频)
方案○7:三用一备(A变频B 、C工频)
根据以上情况进行分析:
方案①泵站流量在0.7Q以下时,水泵的工况点都在非高效区,此类泵站适用于用水时间集中、用水设备使用情况集中、同时给水几率较大的场所,如浴室、洗衣房、食堂。
此类泵站也适用于设计秒流量不大,用水高低峰相差不大的场所,如办公楼、商场。
这类建筑可采用一用一备单台变频调速供水设施供水,即使出现0.7Q以下泵站的工况点,由于供水量不大,也不会浪费较多的能源。
方案②可以看出,单变频泵站在供水工况中存在间断区(0.50Q~0.85Q)。
方案③可以看出,双变频泵站在供水工况中存在间断区(0.50Q~0.70Q)。
与方案②相比较而言,方案③间断区较小,供水的工况范围更大,在0.5Q以下泵站的工况点在非高效区。
方案④在供水工况中,间断区(0.33Q~0.46Q)和(0.66Q~0.70Q),所占比例为13%Q和4%Q,从水泵自身的高效区范围来看,水泵流量在0.85Q~1.15Q 之间变化,水泵工况点始终在高效区,其流量变化幅度为±15%Q,可以认为水泵在高效区连续不断工作。
此类泵站适用于对于用水时间长,用水设备使用情况集中,同时给水几率较大随卫生器具数量增加而减少,用水高低峰数值相差较大,设计秒流量大的场所,如住宅、集体宿舍、旅馆、医院、高等学校,此类建筑可采用多用一备变频调速供水设施供水。
运行方式有两种:单台变频其他工频运行,或者多台变频运行,从上述的分析来看多台变频运行更可行。
方案⑤在供水工况中,间断区(0.20Q~0.28Q)和(0.40Q~0.42Q),所占比例为8%Q和2%Q,几乎没有间断区,水泵可以在高效区连续不断工作。
方案○6出现了间断区(0.33Q~0.46Q)和(0.66Q~0.80Q)两处。
方案⑦出现了间断区(0.33Q~0.56Q)和(0.66Q~0.9Q)两处。
显然,随着工频泵数量的增加,生活给水系统供水工况间断区增多,且间断
区范围也在变大。
而且这些间断区正是生活给水系统加压设施的主要工作区。
针对这些间断区,可以采用小流量泵和气压罐联合供水来解决。
5、小流量泵和气压罐
由于生活给水系统用水的随机性,极有可能出现一个阀开的用水情况,简称零流量供水情况。
这种供水工况会造成水泵频繁启动,影响水泵寿命;且此时运行效率低下,不利于节能。
为解决此问题,加压设施常配备一个小流量水泵和气压罐,采用气压供水来满足系统零流量的要求。
方案①,由于供水的特点,出现零流量机会少,且时间不长,可以在原供水系统中直接配备气压罐来满足需要,不设小流量泵,气压罐的供水泵由供水变频调速泵担任,气压罐容积按流量为0.20Q~0.15Q来计算。
方案②,建议采用方案③的供水方案。
方案③,需设一台小流量泵,小流量泵采用间断区的最大流量0.20Q与气压罐组成气压给水系统,从而既保证变频调速供水工况的连续性,又保证零流量工况的供水,气压罐的容积以流量为0.20Q来计算。
方案④、⑤,由于供水工况的连续性,可以不单设小流量水泵,变频调速中的水泵(流量为0.23Q或0.14Q),都可以与气压罐直接匹配,保证系统零流量工况的供水,气压罐容积以流量为0.23Q或0.14Q来计算。
方案○6,小流量泵采用间断区的最大流量0.14Q与气压罐组成气压给水系统。
方案⑦,小流量泵采用间断区的最大流量0.23Q与气压罐组成气压给水系统。
6、结束语
水泵的高效区可以从水泵铭牌及样本中获得。
采用变频调速,扩展了水泵的高效区,满足水泵在高效区运行的要求。
采用多台变频的运行方式,保证每台水泵在高效区运行。
根据建筑物的用水特点,确定调速泵的台数。
如浴室、洗衣房、食堂、办公楼、商场等建筑,泵站可采用单台调速泵;如住宅、集体宿舍、旅馆、医院、高等学校等建筑,泵站可采用多台调速泵。
采用多台变频的运行方式,保证供水工况的连续性,不出现间断区。
小流量泵流量采用0.20±0.05Q(Q为设计秒流量),气压罐容积以此流量来计算。
参考文献
1.姜乃昌.泵与泵站.第五版.北京:中国建筑工业出版社,2007。