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(dòng)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(gè)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(shí)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(dòng)或降壓啟動(dòng)控制方式。
三相交流電動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(gè)二次加壓供水泵房并采用變頻器實(shí)現(xiàn)恒壓自動(dòng)供水。一般情況下，為保證建筑的供水正常，在設(shè)計(jì)時(shí)往往設(shè)計(jì)成“一用兩備”三臺(tái)水泵。由一臺(tái)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(dòng)三臺(tái)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(dòng)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(dòng)，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(tái)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(shí)，變頻器輸出頻率升高；用水量小時(shí)，頻率降低。當(dāng)頻率上升到50Hz(即水泵全速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí))仍不能滿足供水需要時(shí)，則PLC自動(dòng)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(shí)仍不能滿足供水要求，則PLC自動(dòng)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(gè)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(shí)，如果此時(shí)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(shí)，供水量仍大于用水量，則系統(tǒng)自動(dòng)將3#泵停止運(yùn)行。同樣，3#泵停機(jī)后，如果此時(shí)供水量還大于用水量，則系統(tǒng)自動(dòng)將2#泵停止運(yùn)行，依此類推。如果此時(shí)用水量又大于供水量，則系統(tǒng)自動(dòng)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(dòng)，避免了啟動(dòng)沖擊電流和啟動(dòng)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(shí)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(dòng)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(shí)間，長按照3小時(shí)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(huì)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(shí)反而容易發(fā)生故障，降低了消防設(shè)備的可靠性。另一個(gè)重要問題是消防備用泵的自動(dòng)投入控制問題。此外，變頻控制系統(tǒng)的電氣較復(fù)雜，會(huì)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(shí)，消防水泵不能正常起動(dòng)，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(dòng)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(shí)間進(jìn)行一次自啟動(dòng)，巡檢時(shí)采用變頻控制，以利保養(yǎng)及節(jié)能。但在正常火災(zāi)情況下，消防泵、噴淋泵一般通過直接啟動(dòng)、星三角或自藕降壓方式啟動(dòng)，以滿足消防要求，且消防狀態(tài)時(shí)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(dòng)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(tái)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(tái)泵，其余并聯(lián)泵自動(dòng)投入或超出是由變頻控制器按用水流量變化自動(dòng)控制的。如果變頻泵故障可能會(huì)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(huì)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(dòng)控制系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)節(jié)能或控制的具體體會(huì)。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(huì)越來越廣泛，將會(huì)給國家和個(gè)人帶來巨大的社會(huì)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(dòng)關(guān)閉。當(dāng)自來水管網(wǎng)壓力能夠滿足用水要求時(shí)，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(shí)，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(dòng)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(shí)，則啟動(dòng)另一臺(tái)水泵變頻運(yùn)轉(zhuǎn)。
水泵供水時(shí)，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(shí)，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(shí)，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(dòng)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(shí)，氣壓罐可以貯存并釋放能量，避免了水泵頻繁啟動(dòng)。
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(shí)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(dòng)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(chǔ)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(huì)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(shí)（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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(tái)泵組均能可靠的實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，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(huì)造成市政管網(wǎng)壓力波動(dòng)。
6、全自動(dòng)控制運(yùn)行，無人值守設(shè)計(jì)。
7、故障自動(dòng)顯示，報(bào)警。
8、模擬屏人機(jī)對話，可隨時(shí)查詢、設(shè)定、調(diào)整運(yùn)行參數(shù)。
9、旁通設(shè)計(jì)，自動(dòng)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(dòng)智能疊壓調(diào)配技術(shù)：
全自動(dòng)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(shí)還具有信息處理功能，將這些數(shù)據(jù)經(jīng)實(shí)時(shí)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(dòng)智能欠壓調(diào)配技術(shù)：
全自動(dòng)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(shí)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(dòng)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(dòng)、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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