變頻器在高層建筑給水設備中的節能變頻控制

一、高層建筑給水設備供水系統節能概述

　　在高層建筑給水設備供水系統中，最基本的控制對象是流量，高層建筑給水設備供水系統的基本任務(wù)就是要滿(mǎn)足用戶(hù)對流量的需求。目前，常見(jiàn)的流量控制方式有閥門(mén)控制和轉速控制兩種。

1.閥門(mén)控制

　　即通過(guò)調節閥門(mén)開(kāi)度來(lái)控制流量。此時(shí)，高層建筑給水設備供水系統的管道阻力將隨閥門(mén)開(kāi)度的改變而改變，而揚程特性保持不變。在高層建筑給水設備供水系統設計時(shí)，其水泵揚程及供水流量都是以滿(mǎn)足用戶(hù)的最大可能需求而選定的，且留有一定余量。而實(shí)際應用當中，系統在大部分時(shí)間里都是非滿(mǎn)負荷運行的，這就必須要減小閥門(mén)開(kāi)度，調整供水流量。這樣，管道阻力隨之增大，從而產(chǎn)生大量的截流損失。這種控制方式不僅會(huì )浪費許多電機輸出功率，而且因為管阻特性的改變，整個(gè)系統的供水效率也會(huì )大為降低。

2.轉速控制

　　即通過(guò)改變水泵的轉速來(lái)調節流量，而閥門(mén)的開(kāi)度保持不變（一般保持最大開(kāi)度）。當水泵轉速改變時(shí)，高層建筑給水設備供水系統的揚程特性隨之改變，而管阻特性不變。

　　在這種控制方式下，通過(guò)變頻調速技術(shù)改變水泵電機的轉速，水泵的供水流量可隨著(zhù)用水流量的改變而改變，達到真正的供需平衡，在節能的同時(shí)，也可使整個(gè)系統達到最佳工作效率。隨著(zhù)變頻調速技術(shù)的日趨成熟，這種控制方式得到了越來(lái)越多的推廣應用。

 

二．高層建筑給水設備節能原理

　　由流體力學(xué)理論可知，大部分流體傳輸設備（如離心式水泵、風(fēng)機等）的輸出流量Q與其轉速n成正比；輸出壓力或揚程P與其轉速n的平方成正比；輸出功率N與其轉速n的三次方成正比，用數學(xué)公式可表示為:

 

　　由上述原理可知，降低水泵的轉速，水泵的輸出功率將下降更多。例如，將電機的供電頻率由50Hz降為45Hz，則理論上，頻率改變后與改變前的輸出功率之比為 (45/50)3 = 72.9%。貴司長(cháng)期實(shí)踐證明，在供水系統中接入變頻節能系統，利用變頻技術(shù)改變水泵轉速來(lái)調節管道中的流量，以取代閥門(mén)調節方式，能取得明顯的節能效果，一般節電率都在30％以上。另外，變頻器的軟啟動(dòng)功能及平滑調速的特點(diǎn)可實(shí)現對流量的平穩調節，同時(shí)減少啟動(dòng)沖擊并延長(cháng)機組及管組的使用壽命。

 

三、高層建筑給水設備恒壓供水節能方案

　　如上所述，流量是供水系統的基本控制對象，供水流量需要隨時(shí)滿(mǎn)足用水流量。在供水系統中，管道中的水壓能夠充分反映供水能力與用水需求之間的關(guān)系：

若 供水流量 ＞ 用水流量 → 管道水壓上升↑

若 供水流量 ＜ 用水流量 → 管道水壓下降↓

若 供水流量 ＝ 用水流量 → 管道水壓不變

　　所以,保持管道中的水壓恒定，就可保證該處供水能力恰好滿(mǎn)足用水需求，這就是恒壓供水系統所要達到的目的。

　　變頻恒壓供水系統框圖，供水壓力由用戶(hù)在PID調節器上設定，同時(shí)壓力傳感器將管路的實(shí)際壓力反饋給PID調節器，經(jīng)過(guò)PID算法得出的比較變量將以模擬量的形式接入到變頻器的頻率設定端，再由變頻器控制電機及水泵的轉速、最終調節水泵的輸出流量達到恒壓供水目的，滿(mǎn)足供水及用水平衡。

整個(gè)控制過(guò)程如下：

 

2、電器控制方案

貴司水泵電機清單如下：

　　以上數據表明，貴司供水系統都為多泵供水系統，用水需求有一定變化，因每組水泵的數量不多，所以水泵的起停切換頻率不會(huì )太高，從投資效益方面考慮，建議貴司采用“一拖二”節能控制模式：

　　即方案一：每?jì)膳_水泵為一組安裝一臺變頻器，其中任意一臺水泵做常用泵、一臺為備用泵；

　　方案二：每?jì)膳_水泵為一組安裝一臺變頻器，可選擇其中任意一臺水泵做主泵、由變頻器直接拖動(dòng)進(jìn)行變頻運行；另一臺水泵做輔泵、根據用水需求由變頻器多功能輸出端子自動(dòng)控制其起停，輔泵只做工頻運行。

　　因此2臺22KW電機需配1臺ADT 22KW變頻器；4臺45KW電機配2臺ADT 45KW變頻器，其中2臺常用泵用方案二，另外1臺常用泵和1臺備用泵用方案一，平時(shí)可同時(shí)啟動(dòng)兩臺水泵做變頻節能運行，充分挖掘節能空間；6臺55KW電機需配3臺ADT 55KW變頻器，其中2臺常用泵用方案二，其他2臺常用泵和2臺備用泵用方案一。

　　每臺電機的電路上都加安裝了“市電”、“節電”接觸器，這樣可以有“自動(dòng)”、“手動(dòng)”兩種工作模式選擇：手動(dòng)模式下，變頻器不工作，整套系統按原有方式手動(dòng)起停、工頻運行；自動(dòng)模式下，主泵（1#或2#任選）由變頻器直接拖動(dòng)，輔泵則由變頻器多功能端子控制，原有啟動(dòng)按鈕無(wú)效。

　　該方案的特點(diǎn)是投入設備少，操作簡(jiǎn)單，故障率低，非常適合水泵數量較少的恒壓供水系統。

 

四、高層建筑給水設備節能系統特點(diǎn)

1、變頻器界面為L(cháng)ED顯示，設定參數豐富；鍵盤(pán)布局簡(jiǎn)潔、易于操作；

2、變頻器有過(guò)流、過(guò)壓、過(guò)熱、缺相等多種電子保護裝置，并具有故障報警輸出功能，可有效保護供水系統的正常運作；

3、專(zhuān)用數字PID調節器為L(cháng)ED雙屏顯示，參數設定方便，易于監控；

4、加裝變頻節能器后，水泵電機具有軟啟動(dòng)及變頻調速功能，可有效降低系統的機械磨損，同時(shí)減輕管路負擔；

5、有“手動(dòng)”“自動(dòng)”兩種工作模式，在變頻器出現故障的情況下，仍可按原有工作方式繼續運行。

 

高層建筑給水設備產(chǎn)品概述：

      中贏(yíng)系列全自動(dòng)高層建筑給水設備是一種新型的無(wú)塔供水設備，具有高效、穩定，易于維護等特點(diǎn)， 它主要由水泵機組、增壓穩壓設備及控制設備三大部分組成。水泵機組決定設備的供水能力;增壓穩壓設備起到蓄能穩壓， 以應付少量供水及正常的管路泄漏，減少水泵的起停次數，達到延長(cháng)設備壽命的目的，高層建筑給水設備也是實(shí)現自動(dòng)化供水不可缺少的部分; 控制系統協(xié)調系統的穩定運行;當用水量增大，管網(wǎng)壓力下降時(shí)，水泵自動(dòng)啟動(dòng)供水。

      高層建筑給水設備根據實(shí)現自動(dòng)功能的方式的不同，可分為氣壓自動(dòng)給水設備和變頻調速恒壓給水設備，特點(diǎn)各異，它們廣泛應于用生活供水、建筑消防、生產(chǎn)供水及噴淋等各種領(lǐng)域。

      水泵是給水設備的基礎，是給水設備實(shí)現其基本功能的保證。為給水設備配套的水泵是按國家相關(guān)標準生產(chǎn)的，可以是不同流量、揚程的泵類(lèi)。按照不同的供水需要，產(chǎn)品可以是1~ 4臺或更多的水泵并聯(lián)運行，也可以是水泵機組與另外一套增壓穩壓(小流量)泵組作為在小流量范圍內與主泵切換運行，以提高效率，進(jìn)一步節約能源，降低給水成本。

      生活（消防）恒壓變頻供水設備是集變頻調速技術(shù)、可編程控制技術(shù)于一身的新一代機電一體自動(dòng)化供水設備。

      該設備由原裝進(jìn)口交流變頻調速器、工業(yè)級可編程控制器、數字PID調節器、進(jìn)口低壓電器、壓力傳感器、液位控制器及泵等構成閉環(huán)調節變頻調速供水系統。該系統可根據管網(wǎng)瞬時(shí)壓力變化，自動(dòng)調節某臺水泵電機的轉速和多臺水泵電機的起動(dòng)和停機，以滿(mǎn)足用戶(hù)對恒壓變量供水或變壓變量供水的要求，使供水管網(wǎng)末端壓力保持恒定，使得整個(gè)供水系統始終保持高效節能的最佳狀態(tài)。

      本設備在供水系統中應用，可免去傳統給水設施中的供水水塔、高位水箱等設施（設備），且節能效果顯著(zhù)，是國家重點(diǎn)推廣應用的新技術(shù)節能產(chǎn)品。

 

高層建筑給水設備產(chǎn)品特點(diǎn)：

1、結構緊湊，體積小，占地少，毋須建造高位水箱或水塔，投資省，安裝快，便于集中管理;

2、采用進(jìn)口變頻器及相關(guān)元器件，設計合理，操作簡(jiǎn)便，性能可靠，完全自動(dòng)運行;

3、具備多種故障顯示及備查記錄，完善的欠壓、過(guò)壓、過(guò)載、短路、缺相、水源缺水自動(dòng)保護停機等保護功能，使用安全，維護簡(jiǎn)便;

4、自由設定管網(wǎng)壓力，按實(shí)際用水量調節水泵轉速，使其始終處于高效運轉狀態(tài);采用多臺小功率泵組成泵組代替大功率泵更能適合流量的急劇變化，避免“大馬拉小車(chē)”現象， 節能效果更為顯著(zhù)。 與恒速泵供水相比， 消除了超壓和回流的無(wú)功損耗 ，節能率達到20～50%;

5、由變頻器或軟起動(dòng)器實(shí)現水泵軟起動(dòng)軟停止，使電網(wǎng)和管網(wǎng)免受沖擊。無(wú)水錘現象，大大降低設備運行噪音，延長(cháng)相關(guān)設備的使用壽命;

6、多臺泵多種循環(huán)運行方式，各泵運行時(shí)間，避免其中某臺水泵因閑置而銹蝕;

7、直接向用戶(hù)供水，水質(zhì)二次污染;

8、品種規格齊全，可任意配套，應用范圍廣;

9、控制程序化，可按用戶(hù)需要實(shí)現多種控制方式。例如：定時(shí)開(kāi)關(guān)系統、消防聯(lián)動(dòng)、小流量和零流量自動(dòng)關(guān)機睡眠、上位機集中管理等;

10、管網(wǎng)常壓供水，可避免外露管路凍裂;可按需要任意調節設備供水壓力，滿(mǎn)足用水高峰期建筑頂層的水壓要求。

 

高層建筑給水設備主要用途：

1、高層、城鎮居民小區、企事業(yè)單位等生活用水。

2、各類(lèi)工業(yè)用水（如冷卻水循環(huán)等要求恒壓供水的生產(chǎn)用水）。

3、各類(lèi)自來(lái)水廠(chǎng)、污水處理廠(chǎng)、機場(chǎng)、農業(yè)排灌站和噴灌站。

4、環(huán)保水處理、滲透分析系統、生產(chǎn)線(xiàn)加工系統、工業(yè)廠(chǎng)房清洗。

5、油田輸油管道、油庫、油港的恒壓輸油系統。

6、舊有供水系統（氣壓罐、水塔、高位水箱）改造更新。

7、工業(yè)鍋爐穩壓補水系統、熱水供應系統。

8、各種消防設施。

 

高層建筑給水設備工作條件：

1、氣壓水罐工作壓力：0.6MPa、1.0MPa、1.6MPa。 

2、氣壓水罐的消防儲水容積大于：150L、300L、450L。 

3、氣壓水罐的穩壓水容積大于50L。 

4、氣壓水罐的緩沖水容積壓差為0.02~0.03MPa,穩壓水容積壓差為0.05~0.06MPa。 

5、工作壓力比：a b 值為0.6~40℃.