無負(fù)壓變頻供水系統(tǒng)在消防和生活給水系統(tǒng)中的應(yīng)用
2013-5-3 18:26:30??????點(diǎn)擊：
無負(fù)壓變頻供水系統(tǒng)在消防和生活給水系統(tǒng)中的應(yīng)用
隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)及現(xiàn)代控制理論的不斷進(jìn)步，又因?yàn)闊o負(fù)壓變頻供水系統(tǒng)所具有的高，效率性能和良好的控制特性，目前在交流電動機(jī)的速度控制中較多采用。使用無負(fù)壓變頻供水系統(tǒng)一個突出的優(yōu)點(diǎn)就是節(jié)省能源，而且通過發(fā)揮其理想的控制特性，設(shè)備使用性能可以大幅提高。但在智能建筑中，生活給水和消防給水各有其特點(diǎn)，在節(jié)能和可靠性方面要作具體分析，從而選擇更合理控制方式。本文就是對無負(fù)壓變頻供水系統(tǒng)在智能建筑中給水系統(tǒng)中的具體應(yīng)用作以探討。
1變頻調(diào)速的基本原理由離心泵原理，在相似情況下水泵的流量、揚(yáng)程和功率分別與其轉(zhuǎn)速的一次方、二次方和三次方成正比。對于用水經(jīng)常變化的場合，采用無負(fù)壓變頻供水系統(tǒng)供水，可以顯著降低節(jié)流損耗，具有明顯的節(jié)能效果。按用途建筑給水分為生活(生產(chǎn))給水和消防給水二大類。在生活給水系統(tǒng)中采用無負(fù)壓變頻供水系統(tǒng)調(diào)速控制，具有節(jié)能，供水壓力可調(diào)等突出優(yōu)點(diǎn)，在國內(nèi)外獲得了愈來愈廣泛的應(yīng)用。在消防給水中對穩(wěn)壓泵以及在消防泵巡檢時采用變頻控制較好，但在消防泵滅火控制中應(yīng)采用直接啟動或降壓啟動控制方式。
三相交流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速與頻率、極數(shù)及轉(zhuǎn)差率之間的關(guān)系如下：n=60f(1—s)／p其中:n——每分鐘的轉(zhuǎn)速；f——交流電的頻率；s——轉(zhuǎn)差率；p——磁極對數(shù)。
在三相電動機(jī)中對轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)有多種方法，如通過調(diào)整交流電的頻率、電動機(jī)的極數(shù)以及轉(zhuǎn)差率來實(shí)現(xiàn)。以往人們通過對電機(jī)的極數(shù)變化來調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速，很少采用頻率調(diào)節(jié)，但隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)的發(fā)展，變頻控制技術(shù)的不斷成熟，人們發(fā)現(xiàn)通過調(diào)整電源的頻率調(diào)速要比通過調(diào)整電機(jī)的極數(shù)與轉(zhuǎn)差率調(diào)速方便得多，效果也好得多。所以現(xiàn)在，一般我們對三相交流電動機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)整都通過調(diào)節(jié)三相交流電的頻率來實(shí)現(xiàn)，其應(yīng)用范圍越來越廣。以下是其在智能建筑中的一些應(yīng)用。
2變頻器在恒壓無負(fù)壓變頻供水系統(tǒng)中的應(yīng)用在智能建筑日益增多的今天，供水問題成為業(yè)主比較關(guān)心的問題，所以變頻恒壓自動供水便提上了日程。以前在一般建筑的建設(shè)中往往需要建設(shè)一個二次加壓供水泵房并采用變頻器實(shí)現(xiàn)恒壓自動供水。一般情況下，為保證建筑的供水正常，在設(shè)計(jì)時往往設(shè)計(jì)成“一用兩備”三臺水泵。由一臺變頻器(附加PID調(diào)節(jié)器、單片機(jī)、PLC等器件構(gòu)成控制系統(tǒng))拖動三臺水泵循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)。與空調(diào)水泵控制不同，恒壓供水自動控制系統(tǒng)通過壓力傳感器采集管網(wǎng)中的壓力并將其轉(zhuǎn)換成模擬信號進(jìn)行變頻控制。這樣變頻恒壓水系統(tǒng)直接取代水塔、高位水箱及傳統(tǒng)的氣壓罐供水裝置，為局部加壓供水開辟了新的途徑。另外由于水泵耗電功率與電機(jī)轉(zhuǎn)速的三次方成正比關(guān)系，所以水泵調(diào)速運(yùn)行的節(jié)能效果非常明顯，平均耗電量較通常供水方式節(jié)省40%。與可編程控制器結(jié)合使用，可實(shí)現(xiàn)循環(huán)變頻，電機(jī)軟啟動，具有欠壓保護(hù)、過壓保護(hù)、短路保護(hù)、過流保護(hù)功能，工作穩(wěn)定可靠，大大延長了設(shè)備的使用壽命。下面以遼寧省某市寶典大廈供水系統(tǒng)為例介紹其原理。
大廈恒壓供水采用三臺水泵,其中1#泵為主泵，2#、3#泵為備用泵。首先，1#泵由變頻器供電工作，水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速隨著調(diào)節(jié)器輸出給變頻器控制信號的變化而改變，以保持管網(wǎng)壓力的穩(wěn)定。用水量大時，變頻器輸出頻率升高；用水量小時，頻率降低。當(dāng)頻率上升到50Hz(即水泵全速運(yùn)轉(zhuǎn)時)仍不能滿足供水需要時，則PLC自動將1#泵切換到工頻運(yùn)行，1#泵由電網(wǎng)供電全速運(yùn)行，2#泵由變頻器供電投入運(yùn)行，如果2#泵電機(jī)達(dá)到滿轉(zhuǎn)速時仍不能滿足供水要求，則PLC自動將2#泵切換到工頻運(yùn)行，3#泵由變頻器供電投入運(yùn)行，依此規(guī)律逐個投入運(yùn)行；當(dāng)1#—2#泵都處于工頻全速運(yùn)行方式，3#處于變頻運(yùn)行工作方式時，如果此時用水量減小，變頻器輸出頻率下降，當(dāng)頻率到達(dá)一定的下限時，供水量仍大于用水量，則系統(tǒng)自動將3#泵停止運(yùn)行。同樣，3#泵停機(jī)后，如果此時供水量還大于用水量，則系統(tǒng)自動將2#泵停止運(yùn)行，依此類推。如果此時用水量又大于供水量，則系統(tǒng)自動將2#泵由變頻器供電運(yùn)行……，所有水泵電機(jī)從停止到滿載工作及從滿載工作到停止都由變頻器來控制，實(shí)現(xiàn)帶載軟啟動，避免了啟動沖擊電流和啟動給水泵電機(jī)帶來機(jī)械沖擊，保證了管網(wǎng)壓力穩(wěn)定，滿足了大廈的正常供水。
3無負(fù)壓變頻供水系統(tǒng)在消防泵巡檢柜中的應(yīng)用在消防給水系統(tǒng)中，平時消防管網(wǎng)由增壓、穩(wěn)壓泵穩(wěn)壓，使之保持在高壓(消防水壓)的準(zhǔn)備消防狀態(tài)。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)，啟動主消防泵立即可以提供規(guī)定壓力和流量的消防用水。按我國消防規(guī)范，水消防的延續(xù)時間，長按照3小時考慮，因此主消防泵的節(jié)能問題可不予考慮，因而也無必，要采用變頻調(diào)速以節(jié)約電能。眾所周知，發(fā)生火災(zāi)是不確定的事件，在一般情況下是不會發(fā)生的，變頻器是一種電子器件，如果采用無負(fù)壓變頻供水系統(tǒng)控制主消防泵變頻調(diào)速，消防泵變頻器長期備而不用，在發(fā)生火災(zāi)使用時反而容易發(fā)生故障，降低了消防設(shè)備的可靠性。另一個重要問題是消防備用泵的自動投入控制問題。此外，變頻控制系統(tǒng)的電氣較復(fù)雜，會降低可靠性，增加造價(jià)。消防泵的功率一般較大，其控制用變頻器的價(jià)格也相應(yīng)提高。綜上所述，對于消防泵而言，從節(jié)能、可靠性和造價(jià)幾點(diǎn)考慮，無必，要采用變頻調(diào)速技術(shù)。如果消防泵采用變頻調(diào)速控制，由于消防泵(消防泵、噴淋泵)長期不投入使用，容易發(fā)生泵生銹堵轉(zhuǎn)等現(xiàn)象，故應(yīng)對消防泵定期進(jìn)行低頻運(yùn)轉(zhuǎn)，以免有消防需要時，消防水泵不能正常起動，貽誤火災(zāi)的撲救。所以現(xiàn)在我們一般對消防泵進(jìn)行自動巡檢，即通過消防泵控制柜內(nèi)的巡檢電路讓消防泵每隔一段時間進(jìn)行一次自啟動，巡檢時采用變頻控制，以利保養(yǎng)及節(jié)能。但在正?；馂?zāi)情況下，消防泵、噴淋泵一般通過直接啟動、星三角或自藕降壓方式啟動，以滿足消防要求，且消防狀態(tài)時所有的非消防電源均已切斷，故一般情況下不采用變頻器啟動方式。
按我國消防規(guī)范，消防泵應(yīng)設(shè)有備用泵，備用泵應(yīng)不小于任一臺主消防泵。由多泵并聯(lián)恒壓供水理論，多泵并聯(lián)恒壓供水，無負(fù)壓變頻供水系統(tǒng) 須是其中較大的一臺泵，其余并聯(lián)泵自動投入或超出是由變頻控制器按用水流量變化自動控制的。如果變頻泵故障可能會導(dǎo)致變頻器跳閘，使全部消防泵停泵。從這一點(diǎn)考慮，消防泵采用變頻調(diào)速會降低消防供水的可靠性，不宜在水消防系統(tǒng)中應(yīng)用。
4結(jié)論
通過以上分析，我們知道無負(fù)壓變頻供水系統(tǒng)在智能建筑中的應(yīng)用非常廣泛，也非常有效。這也是筆者在實(shí)際工作過程中使用無負(fù)壓變頻供水系統(tǒng)在智能建筑電氣自動控制系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)節(jié)能或控制的具體體會。無負(fù)壓變頻供水系統(tǒng)在智能建筑中的應(yīng)用還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止這些，其它系統(tǒng)如空調(diào)、通風(fēng)、電梯等都有廣泛的應(yīng)用。可以相信，它的應(yīng)用將隨著電子技術(shù)的發(fā)展與無負(fù)壓變頻供水系統(tǒng)的不斷更新會越來越廣泛，將會給國家和個人帶來巨大的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。
無負(fù)壓變頻供水系統(tǒng)產(chǎn)品概述
傳統(tǒng)的供水方式離不開蓄水池，蓄水池中的水一般由自來水管網(wǎng)供給，這樣，原來有壓力的水進(jìn)入水池后變成了零，然后從零開始加壓，造成大量的電力能源浪費(fèi)。無負(fù)壓供水設(shè)備是以市政管網(wǎng)為水源，充分利用了市政管網(wǎng)原有的壓力，形成密閉的連續(xù)接力增壓供水方式，節(jié)能效果好，沒有水質(zhì)的二次污染，是變頻恒壓供水設(shè)備的發(fā)展與延伸。在市政管網(wǎng)壓力的基礎(chǔ)上直接疊壓供水，節(jié)約能源，并且還具有全封閉、無完成污染、占地量小、安裝快捷、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便等諸多優(yōu)點(diǎn)。
無負(fù)壓變頻供水系統(tǒng)工作原理
無負(fù)壓變頻供水系統(tǒng)投入使用，自來水管網(wǎng)的水進(jìn)入穩(wěn)流流罐，罐內(nèi)空氣從真空消除器排出，待水充滿后，真空消除器自動關(guān)閉。當(dāng)自來水管網(wǎng)壓力能夠滿足用水要求時，系統(tǒng)由旁通止回閥向用水管網(wǎng)直接供水；當(dāng)自來水管網(wǎng)壓力不能滿足用水要求時，系統(tǒng)壓力信號由遠(yuǎn)傳壓力表反饋給變頻控制器，水泵運(yùn)行，并根據(jù)用水量的大小自動調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速恒壓供水，若運(yùn)轉(zhuǎn)水泵達(dá)到工頻轉(zhuǎn)速時，則啟動另一臺水泵變頻運(yùn)轉(zhuǎn)。
水泵供水時，若自來水管網(wǎng)的水量大于水泵流量，系統(tǒng)保持正常供水：用水高峰時，若自來水管網(wǎng)水量小于小泵流量量，穩(wěn)流罐內(nèi)的水作為補(bǔ)充水源仍然能正常供水，此時，空氣由真空消除器進(jìn)入穩(wěn)流罐，罐內(nèi)真空遭到破壞，確保了自來水管網(wǎng)不產(chǎn)生負(fù)壓，用水高峰過后，系統(tǒng)又恢復(fù)到正常供水狀態(tài)。當(dāng)自來水管網(wǎng)停水，造成穩(wěn)流罐液位不斷下降，液位探測器將信號反饋給變頻控制器，水泵自動停機(jī)，以保護(hù)水泵機(jī)組。夜間小流量供水且自來水管網(wǎng)壓力不能滿足要求時，氣壓罐可以貯存并釋放能量，避免了水泵頻繁啟動。
無負(fù)壓變頻供水系統(tǒng)原理
雙模式無負(fù)壓供水設(shè)備充分利用自來水管網(wǎng)的原有壓力能源，在同樣供水需求的情況下，可以選用功率相對較小的水泵及控制設(shè)備，同時在夜間小流量用水的情況下利用自來水水壓直接供水而無需起動水泵。相比較于傳統(tǒng)的帶水池的供水設(shè)備可節(jié)約大量的電能運(yùn)行成本及投資成本。
無負(fù)壓增壓供水設(shè)備采用水泵與自來水管網(wǎng)直接相連，用壓力調(diào)節(jié)罐作為水泵進(jìn)水儲水裝置，采用真空消除器消除管網(wǎng)內(nèi)所產(chǎn)生的負(fù)壓，在充分利用自來水管網(wǎng)的原有壓力的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了供水的二次增壓，該設(shè)備既實(shí)現(xiàn)了增壓的目的（且絲毫不會影響管網(wǎng)其它用戶水），又節(jié)省建水池，水箱的投資，在保證管網(wǎng)水質(zhì)的同時（無二次污染），又可充分利用管網(wǎng)的原有水壓，其節(jié)能效果極其顯著，可達(dá)50%以上。無負(fù)壓供水設(shè)備全自動智能控制，具有多種保護(hù)和控制功能，可實(shí)現(xiàn)真正無人值守。
無負(fù)壓變頻供水系統(tǒng)產(chǎn)品特點(diǎn)
1、節(jié)省投資：節(jié)省投資50%左右，無需修建蓄水池或屋頂水箱，采用疊壓供水，減小設(shè)備初期投入。
2、高效節(jié)能，運(yùn)行成本低： 可充分利用市政管網(wǎng)供水壓力，差多少、補(bǔ)多少、不產(chǎn)生負(fù)壓、與傳統(tǒng)供水設(shè)備相比可節(jié)能30%—90%。停電也可維持市政管網(wǎng)水壓供水。
3、智能化程度高，操作簡單，節(jié)省人力：該設(shè)備由全自動智能化控制器控制，自行根據(jù)用戶的用水量和管網(wǎng)的自來水壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)行無人值守。并且采用人機(jī)界面（文本、數(shù)字）顯示，使客戶更加直觀的看到設(shè)備的運(yùn)行狀況。
4、環(huán)保衛(wèi)生:設(shè)備全封閉運(yùn)行， 消除水源二次污染。
5、保護(hù)功能齊全：具有 過載、短路、過壓、欠壓、缺相、過流、短路、水源缺水等自動保護(hù)功能。在異常情況下能進(jìn)行信號報(bào)警、自檢、故障判斷等。
6、占地少安裝方便：整套設(shè)備只有一組供水控制柜、無負(fù)壓穩(wěn)流罐和水泵機(jī)組三部分，安裝非常簡單方便。
7、延長設(shè)備的使用壽命：對多臺泵組均能可靠的實(shí)現(xiàn)軟啟動，使電網(wǎng)和管網(wǎng)免沖擊，并且輪流運(yùn)轉(zhuǎn)，大大延長了水泵及電機(jī)的使用壽命。設(shè)備壽命可延長3倍以上。
無負(fù)壓變頻供水系統(tǒng)較新技術(shù)
近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，各地的高樓大廈如雨后春筍，一座座矗立在人們的面前。但是，由于市政管網(wǎng)的壓力只能達(dá)到2MPa左右，高樓用戶的用水水壓、水質(zhì)等問題一直困擾著供水公司的設(shè)計(jì)人員，濟(jì)南普利龍無吸程強(qiáng)制疊壓供水設(shè)備的出現(xiàn)，使得以上問題迎刃而解！
無負(fù)壓變頻供水系統(tǒng)技術(shù)特點(diǎn)
對比傳統(tǒng)的供水設(shè)備和自然疊壓無負(fù)壓供水給水設(shè)備，HGH VI無吸程強(qiáng)制疊壓供水給水設(shè)備具有以下特點(diǎn)和優(yōu)勢:
1、投資小，無水池，不用消毒。
2、體積小，占地少，安裝方便。
3、高效節(jié)能，全部充分利用自來水管網(wǎng)壓力，三重強(qiáng)制疊壓，耗電少，運(yùn)行費(fèi)低。
4、全不銹鋼流道，全密封帶壓穩(wěn)流補(bǔ)償系統(tǒng)， 隔絕污染源，清潔環(huán)保。
5、水壓穩(wěn)定，不會造成市政管網(wǎng)壓力波動。
6、全自動控制運(yùn)行，無人值守設(shè)計(jì)。
7、故障自動顯示，報(bào)警。
8、模擬屏人機(jī)對話，可隨時查詢、設(shè)定、調(diào)整運(yùn)行參數(shù)。
9、旁通設(shè)計(jì)，自動切換，停電不停水。
10、高壽命，運(yùn)行效率高，可提高水泵壽命3倍以上。
11、可 埋于地下，特別適用于用地緊張地區(qū)（特殊研制、特殊工況).
無負(fù)壓變頻供水系統(tǒng)核心技術(shù)解析
核心技術(shù)之一：全自動智能疊壓調(diào)配技術(shù)：
全自動智能疊壓調(diào)配技術(shù)除了具備真空抑制器和負(fù)壓消除器的穩(wěn)流，予壓補(bǔ)償作用外，還采用特別的工藝設(shè)計(jì)對管網(wǎng)水進(jìn)行增壓調(diào)配，實(shí)現(xiàn)99.999%借用管網(wǎng)壓力，實(shí)現(xiàn)真正意義上的三重增壓疊壓，達(dá)到節(jié)能降耗的目的，同時還具有信息處理功能，將這些數(shù)據(jù)經(jīng)實(shí)時收集和分析系統(tǒng)運(yùn)算和處理，發(fā)送到相應(yīng)執(zhí)行單元。
核心技術(shù)之二：全自動智能欠壓調(diào)配技術(shù)：
全自動智能欠壓調(diào)配系統(tǒng)的作用是在自來水管網(wǎng)壓力不足的情況下，可根據(jù)管網(wǎng)工況隨時通過調(diào)配系統(tǒng)（包括壓力，水位反饋，流量，壓力調(diào)節(jié)等運(yùn)行狀態(tài)）實(shí)現(xiàn)設(shè)備正常供水，滿足管網(wǎng)壓力較不利點(diǎn)的用水要求。
核心技術(shù)之三：全封閉帶壓穩(wěn)流補(bǔ)償技術(shù)：
自然疊壓是通過與大氣接觸來消除負(fù)壓，而本系統(tǒng)是采用符合飲用水要求的全封閉部件，飲用水不與任何成分的氣體接觸，嚴(yán)格保證飲用水的衛(wèi)生安全。其本身是承壓設(shè)備，保證任何情況下始終帶壓運(yùn)行，從根本上避免了管網(wǎng)出現(xiàn)負(fù)壓的可能性。
無負(fù)壓變頻供水系統(tǒng)適用范圍
1、高層建筑、居民小區(qū)、別墅等居民生活用水。
2、企事業(yè)單位、賓館、寫字樓、百貨商場，大型桑拿浴、醫(yī)院、學(xué)校，體育館，高爾夫球場，機(jī)場等場所的日常用水。
3、生產(chǎn)制造、洗滌裝置、食品工業(yè)、工廠、工礦的生產(chǎn)用水。
4、其他：老舊水池供水及其它形式供水的改造
無負(fù)壓變頻供水系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)
1、供水流量 0—1500 M3/H 揚(yáng)程
2、控制電機(jī)功率 0.75---1500KW
3、供水戶數(shù) 10—10000戶
4、壓力控制范圍 0.15—1.6MPa
5、平均節(jié)電率 30—60%
6、控制原理 正弦波PWM或空間矢量SVPWM100%
7、運(yùn)行方式 單泵或多泵自動切換
8、控制方式 可編程和PID控制
9、過載能力 150% 60秒
10、保護(hù)功能 軟啟動、對過壓、缺相、變相、欠壓、斷 路，瞬間停電，短路等均有自診顯示和保護(hù)功能。
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