談幾種變頻供水設(shè)備的應(yīng)用與控制
談幾種變頻供水設(shè)備的應(yīng)用與控制
變頻供水設(shè)備概述
隨著變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展和人們對(duì)生活飲用水品質(zhì)要求的不斷提高,，變頻供水設(shè)備已廣泛應(yīng)用于多層住宅小區(qū)生活及高層建筑生活消防供水系統(tǒng)。變頻調(diào)速供水設(shè)備一般具有設(shè)備投資少，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，占地面積小，節(jié)電節(jié)水,，自動(dòng)化程度高，操作控制方便等特點(diǎn),。但在實(shí)際應(yīng)用中若選型及控制不當(dāng),，不但達(dá)不到節(jié)能目的，反而"費(fèi)電",。以下結(jié)合我們多年來的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),，對(duì)幾種變頻供水設(shè)備的應(yīng)用及其控制方法進(jìn)行介紹，供同行及用戶在設(shè)計(jì),、改造,、選型時(shí)參考。
1.普通循環(huán)軟啟動(dòng)變頻供水設(shè)備
該類型設(shè)備在實(shí)際應(yīng)用中較多,，系統(tǒng)由水泵機(jī)組,、循環(huán)軟啟動(dòng)變頻柜、壓力儀表,、管路系統(tǒng)等構(gòu)成,。變頻柜由變頻調(diào)速器,，PLC(或變頻控制器)，低壓電器等構(gòu)成,。系統(tǒng)一般選擇同型號(hào)水泵2～4臺(tái),，以3臺(tái)泵為例，系統(tǒng)的工作情況如下：
平時(shí)1臺(tái)泵變頻供水,，當(dāng)1臺(tái)泵供水不足時(shí),，先開的泵轉(zhuǎn)為工頻運(yùn)行,，變頻柜再軟啟動(dòng)第2臺(tái)泵,，若流量還不夠，第2臺(tái)泵轉(zhuǎn)為工頻運(yùn)行,，變頻柜再軟啟動(dòng)第3臺(tái)泵,。若用水量減少，按啟泵順序依次停止工頻泵,，直到最后1臺(tái)泵變頻恒壓供水,。
另外系統(tǒng)具有定時(shí)換泵功能，若某臺(tái)泵連續(xù)運(yùn)行超過設(shè)定切換時(shí)間(一般設(shè)為1~2天),，變頻柜可自動(dòng)停止該泵切換到下一臺(tái)泵繼續(xù)變頻運(yùn)行,。換泵時(shí)間由程序設(shè)定，可按要求隨時(shí)調(diào)整,。這樣可均衡各泵的運(yùn)行時(shí)間,，延長(zhǎng)整體泵組的壽命。
為達(dá)到更好的節(jié)能目的,，多功能變頻控制器設(shè)有雙恒壓接口,，系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)雙恒壓供水功能。
該系統(tǒng)一般適用于規(guī)模較小的多層住宅小區(qū)(如300戶以內(nèi))或其它小規(guī)模用水系統(tǒng),，水泵功率一般不超過7.5kW,。另外也適用于小流量用水時(shí)間很短或用水量變化不大的其它場(chǎng)合，如循環(huán)水系統(tǒng),。
2.帶小流量泵的循環(huán)軟啟動(dòng)變頻供水設(shè)備
當(dāng)變頻供水系統(tǒng)在小流量或零流量的情況下,，比如在夜間用水低谷時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)的用水量很小,，此時(shí)水泵在低流量下運(yùn)行,，會(huì)造成水泵效率大大降低，不能達(dá)到節(jié)能的目的,，水泵功率越大用電越多,。例如對(duì)300～1000戶的多層住宅小區(qū)或600戶左右的小高層住宅樓群(12層以內(nèi))的生活用水系統(tǒng)，生活主泵功率一般在15kW左右,，系統(tǒng)的零流量頻率f0一般為25～35Hz,，故在夜間小流量時(shí),，采用主泵變頻供水效率較低。
這就涉及供水系統(tǒng)在小流量或零流量時(shí)的節(jié)電問題,，一般可以采取4種方案：①變頻主泵+工頻輔泵,；②變頻主泵+工頻輔泵+氣壓罐；③變頻主泵+氣壓罐,；④變頻主泵+變頻輔泵+氣壓罐［2］,。從節(jié)能、投資角度看第4種方案更為適宜,，該方案即在原變頻主泵基礎(chǔ)上,，再配備1～2臺(tái)小泵專用在夜間或平時(shí)小流量時(shí)變頻供水，一般選擇小泵流量為3～6m3/h,，居民區(qū)戶數(shù)越多,，流量可適當(dāng)選擇大些。小泵功率一般為1.5～3kW,，小泵的揚(yáng)程按主泵揚(yáng)程或略低于主泵揚(yáng)程即可,。
變頻柜采用PLC控制，程序采用模塊化設(shè)計(jì),，系統(tǒng)控制流程見圖1,。平時(shí)系統(tǒng)運(yùn)行于主泵循環(huán)軟啟動(dòng)變頻供水模式，系統(tǒng)用水量減小時(shí),，主泵頻率逐漸降低,，當(dāng)頻率低于小流量頻率時(shí)，PID調(diào)節(jié)器發(fā)出低頻切換信號(hào),，延時(shí)后,，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)入小泵變頻供水模式。當(dāng)用水量增大,，小泵流量不能滿足系統(tǒng)需要時(shí),，PID調(diào)節(jié)器發(fā)出滿頻信號(hào)，延時(shí)后,，系統(tǒng)自動(dòng)返回主泵循環(huán)軟啟動(dòng)變頻供水模式,。為達(dá)到更好的節(jié)能效果，系統(tǒng)也可實(shí)現(xiàn)雙恒壓供水功能,。
以鄭州某單位住宅小區(qū)變頻供水系統(tǒng)為例,，生活主泵配QDG30?20×3立式多級(jí)泵2臺(tái)，單臺(tái)Q=30m3/h,，H=60m,，N=11kW，小泵配QDL4.8-8×6立式多級(jí)泵1臺(tái),，Q=4.8m3/h,，H=48m,，N=1.5kW。在用水非高峰時(shí),，主泵運(yùn)行小流量頻率平均為30Hz,，電流為6.5A，采用小泵時(shí)小流量頻率平均為35Hz,，電流為2.5A,，按每天小流量運(yùn)行時(shí)間15h計(jì)算，每年可節(jié)電3800kW·h,。
3.全流量高效變頻供水設(shè)備
對(duì)比較大的生活小區(qū)和高層建筑的生活用水,，若單配主泵機(jī)組和小流量泵，因小泵流量QL和主泵流量QM差別較大,，當(dāng)流量調(diào)節(jié)范圍在QL～1/3Qm時(shí),，水泵的運(yùn)行效率仍很低,，導(dǎo)致水泵運(yùn)行不經(jīng)濟(jì),，浪費(fèi)電能。并且流量在大于或接近QL時(shí)還會(huì)出現(xiàn)頻繁的換泵操作,。為實(shí)現(xiàn)在全流量范圍內(nèi)水泵始終能高效率運(yùn)行,，這就有必要再增加一種中流量水泵，流量可選為1/3Qm～1/2QM,。特殊情況下還可增加2種中流量水泵,。這樣整體水泵流量選擇呈階梯狀，從而使得設(shè)備在任何流量段運(yùn)行時(shí)均處于水泵的高效率段,，更加節(jié)能,。
變頻柜控制核心由PLC和多功能PID調(diào)節(jié)儀構(gòu)成，以三種泵配置為例,，系統(tǒng)的控制流程見圖2,。系統(tǒng)也可實(shí)現(xiàn)雙恒壓供水功能，中泵和小泵變頻時(shí)低恒壓供水,，主泵變頻時(shí)高恒壓供水,。
4.深水井變頻供水設(shè)備
目前深水井潛水泵采用變頻調(diào)速控制的也非常廣泛，主要是因?yàn)椴恍柙俳ㄋ?，設(shè)備占地小,，建設(shè)周期短，水質(zhì)無二次污染,，水泵軟啟動(dòng)軟停車,，故障率低，大修周期延長(zhǎng),，壽命提高,。但對(duì)夜間也要求供水的系統(tǒng)(一般居民生活用水都有要求),，仍存在夜間小流量"費(fèi)電"問題。一般潛水泵功率較大,，小流量頻率fL一般在28Hz以上,。如30kW的潛水泵，小流量頻率按30Hz計(jì)算,，每天夜間近6h內(nèi)約有50kW·h電能"浪費(fèi)",，一年就是18000kW·h!這還未計(jì)入白天小流量時(shí)的用電。
為解決小流量耗電問題,，可增配1臺(tái)直徑600～1200的囊式氣壓罐,，一般氣壓罐可直接安裝在泵房。根據(jù)氣壓罐的調(diào)節(jié)容量合理設(shè)置小流量頻率fL,。變頻柜控制核心仍為PLC和多功能PID調(diào)節(jié)儀,，當(dāng)系統(tǒng)用水量變小，運(yùn)行頻率降至小流量頻率fL時(shí),，系統(tǒng)進(jìn)入小流量變頻穩(wěn)壓狀態(tài),，同時(shí)PLC自動(dòng)計(jì)算潛水泵啟動(dòng)次數(shù)，若小時(shí)啟動(dòng)次數(shù)D≥12次,，系統(tǒng)則回到潛水泵變頻恒壓供水狀態(tài),。
5.生活消防合用變頻供水設(shè)備
對(duì)多層建筑，《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GBJ16-87第8.1.2條規(guī)定"消防給水宜與生產(chǎn),、生活給水管道合用",。但對(duì)高層建筑，《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB50045-95第7.4.1條規(guī)定"室內(nèi)消防給水系統(tǒng)應(yīng)與生活,、生產(chǎn)給水系統(tǒng)分開獨(dú)立設(shè)置",。而12層以內(nèi)小高層建筑(特別是住宅樓群)，生活消防壓力差別不大,，若管材選用適當(dāng)或消防管路采取防倒流措施,，在采用變頻設(shè)備及電源可靠條件下，建議高規(guī)適當(dāng)放寬要求應(yīng)允許生活消防合用供水設(shè)備,。同時(shí)有以下優(yōu)點(diǎn)：
(1)生活消防泵組定時(shí)輪換運(yùn)行,，不會(huì)因消防泵長(zhǎng)期不用或管理不善而使水泵銹死，機(jī)組時(shí)刻處在工作狀態(tài),。
(2)生活泵組和消防泵組合用,，基本節(jié)省一套消防泵組，且便于設(shè)備管理和維護(hù),。
(3)設(shè)備自動(dòng)化程度高,，供水穩(wěn)定可靠，且水質(zhì)無二次污染。
(4)水泵軟啟動(dòng)軟停車,，無沖擊和超壓危害,。
系統(tǒng)可按循環(huán)軟啟動(dòng)變頻設(shè)備或帶小流量泵的循環(huán)軟啟動(dòng)變頻供水設(shè)備選型，主泵流量按生活,、消防兩者最大的來選擇,，并留有1臺(tái)備用泵，揚(yáng)程一般按消防設(shè)計(jì)壓力選擇,。另外還應(yīng)注意的有以下幾點(diǎn)：
(1)應(yīng)設(shè)消防接口,，如有消防報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)設(shè)24VDC無源啟停接口。
(2)應(yīng)有消防時(shí)確保消防用水的技術(shù)措施,，如在生活總管上安裝電磁閥,，消防時(shí)關(guān)閉生活用水。
(3)應(yīng)設(shè)水位接口,，消防低水位報(bào)警,，并關(guān)閉生活用水。
(4)應(yīng)有雙恒壓功能,，即平時(shí)低恒壓生活供水,，消防時(shí)自動(dòng)轉(zhuǎn)入高恒壓消防供水。
(5)消防時(shí)應(yīng)限制退泵操作,，以防止壓力不穩(wěn),。
6.消防變頻恒壓穩(wěn)壓供水設(shè)備
多層建筑消火栓或自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)采用消防主泵變頻供水設(shè)備時(shí),，可不再設(shè)穩(wěn)壓小泵,，由主泵變頻運(yùn)行來保壓。若消防管網(wǎng)室外部分較大,，可增加調(diào)節(jié)容量100L左右的穩(wěn)壓罐即可,。設(shè)備的主要功能如下。
6.1 主泵變頻穩(wěn)壓功能
平時(shí)無消防時(shí),，設(shè)備處于變頻穩(wěn)壓工作狀態(tài),，由電接點(diǎn)壓力表采集管網(wǎng)水壓信號(hào)，當(dāng)管網(wǎng)水壓低于穩(wěn)壓下限時(shí),，消防泵變頻運(yùn)行,，向消防管網(wǎng)補(bǔ)水，當(dāng)管網(wǎng)水壓達(dá)到穩(wěn)壓上限時(shí),，消防泵軟停止,。
6.2 自動(dòng)換泵功能
消防主泵具有周期輪換穩(wěn)壓運(yùn)行功能，換泵周期由變頻柜程序設(shè)定,，一般設(shè)定為24~48h,。若設(shè)備檢測(cè)到穩(wěn)壓主泵故障時(shí)，立即切換到另一臺(tái)主泵穩(wěn)壓運(yùn)行，并報(bào)警顯示,。
6.3 自動(dòng)巡檢功能
設(shè)備具有定期強(qiáng)制自動(dòng)巡檢功能或隨時(shí)手動(dòng)巡檢功能,，以防水泵長(zhǎng)期不運(yùn)轉(zhuǎn)而"銹死"。巡檢周期和單泵巡檢運(yùn)行時(shí)間可調(diào),。若水泵故障,，設(shè)備可自動(dòng)報(bào)警并記憶。
6.4 自動(dòng)消防恒壓供水
設(shè)備接到消防信號(hào),，立即進(jìn)入消防主泵恒壓供水狀態(tài),。變頻柜具有循環(huán)軟啟動(dòng)功能，若一臺(tái)泵故障或流量不夠,，可自動(dòng)變頻啟動(dòng)另一臺(tái)泵,。消防信號(hào)解除，立即恢復(fù)至平時(shí)消防高穩(wěn)壓供水狀態(tài),。
6.5 智能消防功能
因火災(zāi)或管網(wǎng)漏水嚴(yán)重,，在無消防信號(hào)情況下，設(shè)備自動(dòng)進(jìn)入消防高恒壓供水狀態(tài)并報(bào)警,，防止真正火災(zāi)發(fā)生時(shí)水泵頻繁啟停,，水壓時(shí)高時(shí)低不穩(wěn)，影響滅火用水,。
該類消防設(shè)備安裝相對(duì)集中,，配置簡(jiǎn)易，系統(tǒng)自動(dòng)化程度高,，減少了平時(shí)管理要分散保養(yǎng),、維護(hù)、檢查的工作量,。鄭州某市場(chǎng)采用了2套消防變頻恒壓穩(wěn)壓供水設(shè)備,，均未設(shè)穩(wěn)壓小泵和高位水箱，從一年多的運(yùn)行情況看,，使用效果非常理想,。
7.結(jié)語(yǔ)
(1)生活供水系統(tǒng)采用變頻供水設(shè)備可改善供水水質(zhì)，且自動(dòng)化程度高,，又是國(guó)家節(jié)能推廣技術(shù),，但若選擇使用不當(dāng)，又會(huì)造成電能"浪費(fèi)",，達(dá)不到預(yù)期目標(biāo),。因此建議設(shè)計(jì)人員和用戶在方案確定之前應(yīng)根據(jù)用水性質(zhì)、用水特點(diǎn),、用水規(guī)模,、設(shè)備投資等因素綜合考慮,，在保證可靠供水前提下，充分發(fā)揮變頻調(diào)速的節(jié)能潛力,。
(2)消防變頻供水設(shè)備自動(dòng)化程度高,，系統(tǒng)響應(yīng)迅速，實(shí)戰(zhàn)性強(qiáng),，同時(shí)設(shè)備分布相對(duì)集中,，配置簡(jiǎn)單，便于管理和維護(hù),，建議用戶應(yīng)根據(jù)自身工程特點(diǎn)合理選用,。
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