摘要：恒压变频调速给水已作为常见的供水方式被广泛采用,但在民用建筑中对供水设备的选择仅仅停留在对规范上的文字理解,其深入研究不多,导致实际使用效果参差不齐。笔者结合工作实践指出了恒压变频调速给水方式应用在民用建筑供水上出现的问题及原因,并提出了相应的解决方法。
关键词：恒压变频调速给水；民用建筑物用水；调节能力
随着人民生活水平的提高,人们对供水品质的要求也越来越高,新颖的无负压变频供水方式能利用市政管网的压力进行叠加,避免水质的二次污染,节能环保,但设备的质量参差不齐,容易导致市政给水管网产生负压,很多时候得不到当地审批部门的支持。传统的天面水箱供水方式虽然安全可靠,对设备要求低,耗能较少,但因天面水箱多数不能满足顶层住户的水压要求,储水时间长而影响水质,已不能适应当今社会发展的需要。在这种情况下,恒压变频调速给水方式作为一种折中方法仍然被广泛使用。自从二十世纪 90 年代以来,恒压变频调速给水方式已被广泛地应用在民用建筑和工业建筑上。但对其相应的具体研究却不多,存在着设计依据不足.设备耗能过大等的问题。建筑给水排水设计规范仅规定选用调速泵组供水时,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。所以观察该设备在本人曾参与的工程的应用情况,发现以下一些情况:
1.建筑顶层用户在用水高峰时水压低甚至无水用
恒压变频调速给水设备是以设计秒流里来选泵,当用水器具同时使用率高时,这时所需要的流里超过了设计流里.水泵的扬程降低,导致上层用户水压低甚至无水用。该现象一般出现在入住率高,用水时段较集中的建筑物,如职工、学生宿舍等。以笔者曾参与设计的某学校为老师修建的宿舍楼为例:该楼有180户。入住率为100% ,大多为该学校的双职工家庭,生活规律一致,当傍晚下班后,住户做饭用水高峰时,同时使用的水龙头数经常达到90~40个。而该楼的设计秒流量约为:10.54L/S 。按每个水龙头0.2L/S的额定流量计算,仅能供52个水龙头同时使用。在这种情况下,就会出现上层用户水压低甚至无水用的现象。
2.系统实现
变频恒压供水系统主要是由变频器、压力传感器、液位传感器、可编程控制器（PLC）等部分组成。用户通过控制柜面板上的按钮、开关来控制系统的运行。水泵的工作原理可知：水泵的流量与其转速成正比；水泵的压力（扬程）与其转速的平方成正比，而水泵的轴功率等于流量与压力的乘积，故水泵的轴功率与其转速的三次方成正比。
变频调速恒压供水系统以管网供水水压为设定参数，通过控制变频器的输出频率自动调节水泵电机的转速，实现管网水压的闭环调节，使供水的管网系统始终保持稳定的压力值；当用水量增加管网压力下降时，变频器频率升高，水泵转速加快，供水量相应增大，当用水量超过一台泵的供水量时，通过PLC控制器增加水泵投入数量；用水量减少时，频率降低，水泵转速减慢，供水量亦相应减小。根据用水量的大小由PLC控制水泵数量及变频器对水泵的调速，实现恒压供水。无论用水高峰时段还是夜间用水减少时段，系统始终保证管网压力稳定；采用该系统既实现了供水压力自动控制，又因为变频器的投入使用节约了大量能耗，降低了维护强度和运行成本。
由压力传感器反馈的水压信号（4-20mA）直接送入PLC的A/D口，通过设定给定压力值和PID调节参数值，并通过PLC计算何时需切换泵的操作完成系统控制，系统参数在实际运行中调整。此外该系统还具有手动/自动操作，故障报警，运行状态，电流，电压、频率状态显示缺水保护等功能。特别是备用水泵功能，充分保证了水泵的及时维修和系统的正常供水。
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3.小泵及调节罐选用无依据,效果不好
为了应对零流量及小流量的情况,常常采用以下的方式:在主泵外另配小泵和气压罐,该小泵扬程与大泵相同,气压罐储存一定水量,与大泵并入同一系统。零流最或小流量的时候,由变频器控制,系统能够根据流最变化而带来压力信号不同自动切换大小泵的运行,气压罐的压力变化控制泵的运行。但存在小泵的设计流量和气压罐储水容积较难把握的情况,无比较好的设计依据,选小了起不到作用,选大了又掩盖变频系统的优势。
下面就恒压变频调速给水设备的特点谈谈上述问题的解决方法:众所周知,恒压变频调速设备的一大优点就是改善了水质,避免二次污染。但同时也使该设备在用水高低峰流量的变化时仅能靠水泵自身的特性及转速调节,而在恒压状态下,其高效变量范围有限。从而使该设备较适合用在用水规模大从而使得用水流量变化较小的场所,如大型住宅小区等。但多数民用建筑普遍存在用水规模较小,流量变化较大的特点,在民用建筑中恒压变频调速设备是以加大设备能耗来改善水质。所以提高设备在高效区的流量调节能力、准确选用设计参数就成为降低能耗的关键,使恒压变频调速设备在民用建筑中能找到改善水质与经济实用的平衡点。
要准确选用设计参数,必须充分了解各类不同功能的建筑物用水情况,得出建筑物在每时段用水规律,并考虑采用以下的方法来解决问题。
恒压变频调速给水设备在民用建筑的使用范围。某些用水极不均匀、流量变化过大的民用建筑,不建议使用恒压变频调速设备,而应改用其他方式进行供水。如办公楼、商业楼等一些无饮用水要求的建筑可以考虑使用天面水箱供水。
根据流量选择每台定速泵以组合成恒压变频调速给水设备。泵组的切换情况：开始时，1号泵变频启动，转速从0开始随频率上升，如变频器频率到达50Hz而此时水压还在下限值，延时一段时间（避免由于干扰而引起误动作）后，1号泵切换至工频运行，同时变频器频率由50Hz滑停至0Hz，2号泵变频启动，如水压仍不满足，则依次启动3号泵，泵的切换过程同上；若开始时1号泵备用，则直接启2号变频，转速从0开始随频率上升，如变频器频率到达50Hz而此时水压还在下限值，延时一段时间后，2号泵切换至工频运行，同时变频器频率由50Hz滑停至0Hz，3号泵变频启动，泵的切换过程同上。具体泵的切换过程与上述相同。
同样，若3台泵（1号、2号和3号）运行时，3号泵变频运行降到0Hz，此时水压仍处于上限值，则延时一段时间后使1号泵停止，变频器频率从0Hz迅速上升，若此后水压仍处于上限值，则延时一段时间后使2号泵停止。这样的切换过程，有效地减少泵的频繁启停，同时在实际管网对水压波动做出反应之前，由变频器迅速调节，使水压平稳过渡，有效防止了高层短时间缺水的现象发生，同时提高了供水质量。
泵的投切将遵循“先投先切、先切先投”的切换控制方式。即水泵在切换时，PLC根据其运行状况，将其自动排列至运行队列或待运行队列中，在下次切换时，PLC将根据其排列顺序，自动投切水泵。当水泵出现故障时，PLC自动将其从切换队列中退出，以便维修人员对其进行维修，而系统仍在全自动控制方式下运行，实现变频恒压变流量供水。
4.结束语
建筑给排水设计中,给水系统和设备的选用非常重要,就如同一套得体的服装一样,合理的选择会起到锦上添花的作用。以上系笔者在恒压变频调速给水设备的选择上考虑“安全、卫生、经济、节能”等多方面的因素并结合建筑物功能特点提出一些建议。
参考文献 :
[1]建筑给水排水设计规范[S].GB 50015- 2003.
[2]给水排水管道工程施工及验收规范[S]. GB 50268-97.
[3]给水排水工程快速设计手册(第三版)[M].中国建筑工业出版社,2001.
[4]全国民用建筑工程设计技术措施(给水排水)[M].中国计划出版社 2003.
论文作者:陈青
论文发表刊物:《基层建设》2016年18期
论文发表时间:2016/11/17
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