摘要：随着变频调速技术的发展和人们对生活饮用水品质要求的不断提高，变频供水设备已广泛应用于多层住宅小区生活及高层建筑生活消防供水系统。传统的高位水箱(或水塔)、气压供水方式已逐步被新的供水方式取代，不仅有效地减少了水的二次污染，提高了饮用水的质量，同时节约了能源。本文以当前建筑行业中一项快速发展的高层住宅建筑为研究点，就变频供水设备在其供水系统的节能改造环节中的具体应用情况进行研究，并以某高层住宅为案例，进行细致的讲解。
关键词：变频供水设备；高层住宅；供水系统；节能改造应用
1、前言
高层住宅的供水系统是高层建筑必备设备之一，供水系统的好坏直接影响到住户的日常生活，老式的供水系统一般有供水不及时和能源浪费大的缺点。因此，便需要对高层住宅中供水系统中的设备进行节能改造，而变频供水设备作为一个可以使调速供水方式被有效实现、使供水的环境得到极大改变的供水装置，便成为了当前高层供水系统进行节能改造的一个重要的设备装置。
2、高层住宅中常见几种供水方式及特点
2.1水泵水箱联合供水
上世纪90年代中前期的建筑给水设计普遍采用水泵水箱联合供水方式。该种供水方式需设地下水池1座、多台水泵及屋顶水箱1座。通过水泵将水由地下水池提升至屋顶水箱，再向下供水至各用水点。这种方式具有运行稳定、维修费用低的优点。但因无论用水量大小，水泵始终是在工频状态下运行，水泵能耗高，不利于节能。屋顶水箱在长期贮水过程中，极易有青苔、铁锈等污垢沉积，形成二次污染影响水质；另外，大体积、大重量的高位水箱，需设置一个单独的水箱间，占地面积较大，建筑结构上还需考虑满足承重要求，增加了土建投资。
2.2气压供水
气压供水即由气压罐取代屋顶水箱或水塔，通过气压罐内贮存一定容积气体的气囊来调节水压的供水方式。此种供水方式调节水量仅为气压罐容积的1/6，调节能力小，供水压力不稳定，水泵启动频繁，大功率水泵对电网冲击大，在高层住宅中极少采用。
2.3变频调速供水
此种供水方式在近几年的建筑给水设计中广泛采用。该供水方式仅需设地下水池1座、变频调速设备1套，不需再设屋顶水箱。设备由变频控制柜和1个水泵机组组成。水泵机组在通常状况下只有1台水泵变频运行，其余在工频状态或停机状态。处在变频状态下的水泵根据流量大小调节电机转速，从而保证供水系统压力恒定。变频调速供水系统占地面积小、自动化程度高、节能效果显著；并取消了屋顶水箱，避免了水质二次污染。
3、水泵变频调速节电原理
变频调速技术是一种以改变电机频率和电压来达到电机调速目的的技术，它的特点是:调速平滑、调速范围宽、效率高、结构简单、机械特性稳定、保护功能齐全，运行平稳安全可靠，在生产过程中能获得最佳运行参数，是理想的调速方式应用实践证明，变频调速的节能节电效果十分明显。
其节电原理是:通过整流桥将工频交流电压变为直流电压，再由逆变桥变换为频率可调的交流，作为交流异步电动机的驱动电源，使电动机获得无级调速所需的电压、电流和频率。由于供水压力，流量时刻在变化，变频器输出的电压、电流和频率也随之而变，但都不会超过工频的额定状态的功率。二者之差即为节约的电能。
水泵供水系统具有管网特性曲线，即通过管网的流量与所消耗的能量之间的关系曲线，它同时表明水泵的能量用来克服供水系统中最高用水点和地下水箱液面的高差，以及液体在管道中流动的阻力。一旦管道的管径、长度及管件确定以后，这个管网的特性曲线就固定不变了。
变频调速供水工作原理如图1所示:AI为水泵的Q-H曲线，AJ为管网的特性曲线，AK为供水的恒压线，A为水泵的工作点，Q1为系统最大供水量；当需水量由Q1减少到Q2时，工频水泵的扬程将沿着AI曲线上升，而供水管路需要的扬程会沿着管网特性曲线AJ下降，这两条曲线的扬程差即为变量变压条件下变频调速泵节约的能量(AJI区域)；当采用变频调速恒压供水时，水泵的工作扬程将沿着AK线下降，AI曲线与AK线之间的扬程差为变频恒压供水条件下变频调速泵节约的能量(AKI区域)。
4、应用变频供水设备的实际案例
本文以某高层住宅的供水系统为案例，就其当前的供水现状、改造供水系统的方案以及实施的效果进行简单的介绍。
4.1供水现状及问题
一直以来，该地区采用的都是上文中讲述的水泵和水箱结合的联合供水方式，并且，该地区根据不同楼区的用水量分别的设立了高中低三个等级的供水。其中，五层以下属于低区，其住户的日常用水主要是由当地的自来水管网进行直接的供水；其中区则是由两个相对独立的中位水箱进行供水；其高区则是由两个相互连通的高位水箱进行供水。目前，该区域内有两台水泵，由于该小区日常的用水量缺乏稳定性，这就使得这两台水泵在正常工频运行状态下会产生极大的电能消耗，为物业公司进行成本的管理和控制工作造成极大的不便。并且，由于其日常用水流量的变化相对较大，使得其系统长时间都处于一个不稳定的状态当中。当用水的负荷产生较大的变化时，水泵电机的启停频率就会随之增加，从而导致供水的压力十分的不稳，进而使得水泵正常的使用年限被缩短。
4.2改造方案
根据以上讲述的该区域供水系统存在的此种问题，笔者决定采用变频和气压罐结合的方式来改造供水系统。区域控制，低区的供水方式依旧不变；将中区和高区合并，由一个供水系统进行给水。其中，利用变频系统对高区用户进行直接的供水，而原来的高区的高位水箱，则变为消防箱进行使用。此外，为了能够有效的减少高区用户用水时对中区用户产生的水压冲击，施工人员可以在中区原来的主管路上再安装一个减压阀，并通过该阀门为中区用户进行供水。时间控制。在凌晨六点至晚上十一点：此时间段内，可以使用两台注水泵进行变频供水，并且，变频系统还可以根据供水系统中用户用水量的变化，自动的增加或者是减少水泵的运行数量、有效的调节水泵的运转速度，使其能够达到变频恒压的供水形式中。在晚上十一点到凌晨六点：此时间段内，由于该区域夜间的用水量相对较少，所以，可以使用一台小水泵和气压罐进行供水，并且，小水泵30~45min启用一次即可。
4.3改造效果
由于在大流量用水的白天使用了变频调速装置进行供水，既使得电能得到了有效的节约，还防止水资源出现了二次污染。中区的水箱被拆除，水箱得到了二次利用，这不仅有效的解决了土建投资费用较多的问题，还使得与水箱间相邻的住户不会在受到噪音的骚扰。在中区使用减压阀，极大的减少了高区用水对中区的冲击，有效的延长了供水系统内部管路和阀门的使用年限。在夜间对该区域实行水泵和气压罐结合的供水方式，不仅可以有效的消除掉困扰了周边住户多年的噪音，还使得小水量的水泵可以一直保持在处于高效区工作的状态，从而有效的降低了大水量水泵在用水流量较小的情况下一直保持正常工频运转对于电能的消耗，进而有效的节约了各项能源。
5、结语
总而言之，在当前我国建筑行业不断发展、高层住宅建筑不断增加、水资源储备量不断减少的今天，高层供水系统的节能改造已经是建筑行业发展面临的一个必然的发展趋势。变频供水设备自动化程度高，系统响应迅速，实战性强，同时设备分布相对集中，配置简单，便于管理和维护，建议用户应根据自身工程特点合理选用。
参考文献：
[1]蒋屹.利用变频器对高层住宅供水系统的改造[J].硅谷，2010，11（01）：21.
[2]张琼莲.变频泵恒压供水在建筑给水系统中的应用[D].广州大学，2012.
论文作者:颜超
论文发表刊物:《基层建设》2016年24期8月下
论文发表时间:2016/12/6
标签：供水系统论文; 水泵论文; 水箱论文; 方式论文; 气压论文; 用水论文; 中区论文; 《基层建设》2016年24期8月下论文;