變頻供水系統范例

1變頻調速系統的節能原理

在輸水泵工頻運轉維持在一定速度的情況下，通過改變泵出口閥門來控制泵的運轉，降低電機的負荷。假設水泵本是在點A運行的，在出口閥門全開的情況下，其出水量達到QA，揚程為HA。如今為了減少注水量，想要將流量降至QB，如果沒有使用調速裝置，那只能是通過關閉閥門的方式來對出水量進行調解，這種方法在出口閥門上就需作出QAx(HA-HB)的功，能耗較大，且出現故障的可能性較高，會縮短相關設備和設施的使用壽命。而變頻調速系統，則是將AB視作泵的性能曲線，結合曲線QA計算在既定流量下所產生的相應的壓力，在A點的水泵達到最高效率時，關閉閥門，而多出來的能耗則作為熱量損失被流動的物質帶走，從而實現對出水量的有效控制。而變頻調速器，在這個過程中所承擔的任務就是在任何的流量條件下，都能匹配出與之相應的泵的特性曲線，并且隨著流量的減小，電機的運轉速度也要相應的減慢，同時由于改變水流而產生的壓差也需與電機的運轉速度的平方呈正相關。進而根據實際的注水和出水變化來及時準確的調節水泵的揚程，有效降低能耗，實現節能減排的作用。

2油田供水系統與變頻調速器的應用

在油田注水的過程中，注水站是滿足油田注水系統的源頭，且輸水泵需要持續的變動外輸泵的運轉形式，來應對供水過程中輸水量和壓力的改變。在沒有使用變頻調速技術時，人們多數是通過對開泵臺數和人工調節閥門的方式來控制水的流量，注水系統的負擔較重，同時工作效率偏低。而在現實的生產工作中，一個承擔著15座注水站的供水以及調節相關地區的供水平衡的供水站，假設其平均日供水在9000-10000m3之間，且擁有4臺型號為LzA200-630D外輸供水泵，平均每臺的裝機容量達132kW，日常工作中只運轉其中的2臺，其余兩臺備用。由于在實際的生產過程中，外圍注水站的注水量直接與供水系統的日供水量向掛鉤，假設油田供水系統的水壓為1.1MPa，受外圍注水量減小的影響，供水系統的供水壓強增加，這時為了對水量進行高效的控制，人們采用變頻調速器，通過實際的情況，來對正在運動的水泵進行變頻調速，使之與實際的注水和輸水相匹配。有研究報告曾表示在使用變頻節能技術進行控制之前，我國油田供水系統的工作效率不足30%，而在使用變頻節能技術后，效率提升了5個百分點，同時在供水過程的耗能遠低于之前供需水的消耗。

3變頻調速器在供水系統應用的優勢分析

3．1減少管網穿孔和補漏次數

恒壓變量給水是油田供水系統中變頻節能技術所常用的一種措施，即為了使水泵出水口的壓力維持在一個恒定的水平，將壓力傳感器設置在水泵機組的出水口，并將該壓力值設為最不利于水泵出水所需的值。一旦管網出口的壓力超出傳感器上所設定的壓力值，那么壓力傳感器就會將實際檢測到的壓力值傳給PID調節器，由PID調節器對高于或者低于設定值的數據進行處理，將處理結果交給變頻器，再由變頻器對來改變電動機的運轉速度，通過這樣一個過程來達到恒壓的目的。管網壓力越趨于穩定，其在工作過程中所出現的壓力失恒現象也就越少，同時由于管網壓力過高而造成管網穿孔和補漏的次數也將明顯降低，有研究者曾對此作出相關的統計和分析，發現使用變頻調速技術而產生管網穿孔的概率僅為不適用變頻調速技術的一半，換句話說即使用變頻調速技術，管網穿孔的可能性將降低50%。管網穿孔的次數降低了相應的由此而產生的補漏的次數也必然會隨著降低，減輕了維修人員工作負擔，節約了維修成本，同時延長了管網等設備的使用壽命，有效的控制了油田供水系統的運轉成本，提高了其工作效率。

摘要：通過對變頻調速、恒壓供水技術的研究，對變頻調速在恒壓供水節能技術在高校供水中的應用進行了系統闡述。

關鍵詞：變頻調速；恒壓供水；節能技術；應用

高校用水量相對較大，尤其是實驗室及學生宿舍用水。因此，加強高校供水節能技術具有重要的現實意義。眾所周知變頻調速恒壓供水具有良好的節能性，且其自動化程度高，在提高其可操控性的同時，也有效地達到了節能目的[1]。但是，由于高校供系統中的用水是變化范圍較大，一旦變頻水泵的選型或設計不合理，則會提高供水系統的造價，也會直接影響到供水節能的有效性。

1變頻調速恒壓供水系統節能原理

變頻調速就是利用改變電動機電源頻率來完成速度調節。變頻調速恒壓供水技術采用一個電位器來實現壓力設定，再結合一個壓力傳感器對管網中的壓力進行監測；當壓力傳感器將管網壓力信號傳入變頻器PID回路之后，PID回路立即會做出反應，將水量減少或增加的信號送至控制器，進而達到控制電機轉速。一旦在一定范圍內的延時時間內，管網內的壓力還是過大或不足時，則可以通過PLC進行工頻/變頻切換，使管網內的壓力與初始設定的壓力保持一致。隨著用水量的降低，變頻器則會自動地降低輸出頻率，以此來調節電動機轉速而達到節能的作用。而在恒壓供水系統中，變頻調速替代了恒速電機來對水泵進行驅動，進而達到預期的節能作用。根據流體力學，我們知道水泵的工作效率耷P＝C1（Q/n）－C2（Q/n）2；其中C1、C2均為常數，n為電機轉速，Q為水量。當利用轉速進行水量控制時，水量與轉速為正比；由于，比值Q/n不變，故供水效率始終保持在最理想的狀態而提高了水泵的效率[2]。

2變頻調速恒壓供水節能技術的優勢

變頻調整恒壓供水系統較傳統供水系統的優勢在于其可以保持24h自動恒定水壓，并結合管網壓力信號自動啟動備用水泵，具有良好的無級壓力調動，保障供水質量；同時，也不會造成水管網線破裂等安全隱患的發生。變頻調速恒壓供水節能技術是以變頻調速為恒壓基礎，進而取代了傳統高位水箱或壓力罐等供水設備，既節省了大量的占地空間和投入資金；也避免了水泵的頻繁啟停，而提高了供水系統的安全性，同時也因該系統的平滑啟動，而避免了啟動過程中對電網和水泵電機的沖擊，進而提高了水泵的使用壽命[3]。另外，變頻調整恒壓供水系統既改善了傳統供水系統中水壓不穩定問題，也避免了傳統供水過程中啟停過程中的水錘效應，進而全面提高了供水水質。與此同時，變頻調速恒壓供水系統還可以結合實際用水量來控制水泵轉速，并在實現多泵循環工作以及各種保護功能的同時，也延長了水泵的使用壽命，進而達到節能增效的目的。

1高層建筑供水系統水資源和能源浪費的原因

1.1建筑供水系統中水資源浪費的原因

一是超壓出流造成的水資源浪費。建筑供水系統通過提供一定的壓力能將水輸送到用水設備處。當供水配件前的壓力大于最低工作壓力時就出現超壓流出現象。超壓出流不僅會對供水設備造成一定的損害，縮短使用設備的壽命，還會直接浪費水資源。二是供水過程中漏水造成的水資源浪費。漏水現象在高層建筑供水系統中廣泛存在，如管道腐朽、閥門、水龍頭等相關設備的損壞都會造成大量的水資源流失，由此造成的水資源浪費不容忽視。三是供水過程二次污染造成的水資源浪費。如設備管網內污染嚴重，管道清洗不及時等原因產生的供水二次污染，將會造成水資源和能源的浪費，并且危及到用戶的用水安全。

1.2建筑供水系統能源浪費的原因

高層建筑供水系統對水的提升、輸送等都需要消耗大量的能源，水泵的能耗成本是構成供水成本的重要部分，在供水系統的用電量方面，水泵的每日運轉用電量占據了95%-98%。但是，我國二次水泵加壓效率低下，供水方式不先進、科學，帶來不必要的能量耗費。

2建筑供水系統節水和節能的措施

2.1高層建筑供水系統的節水措施

摘要:以龍巖佰翔京華中心項目為例，對超高層綜合體建筑的生活給水系統設計進行了分析與總結。包括不同的業態劃分對生活給水系統的影響，超高層建筑供水形式及系統的選擇。

關鍵詞:超高層；綜合體；生活給水系統；業態分區；給水形式

1工程概況

龍巖佰翔京華中心，位于龍巖市行政及商業中心，其西側為龍巖最大的購物廣場世紀天成廣場，南側為龍巖市市政府及人民廣場，東側為龍陽大道，龍巖大道是CBD的重要軸線，地理位置優越，商業氣氛濃厚。工程主要由35層的辦公塔樓、41層的酒店塔樓、4層商業裙房及一個二層地下室組成。地下2層為車庫，設備用房；地下1層為車庫、酒店設備機房、鍋爐房等；地上1層為辦公大堂、酒店大堂、金融營業廳、商業，超市、變配電室等；地上2層為金融營業廳、商業、超市；地上3層為企業形象展示廳、影院、商業、酒店宴會廳、變配電室等；地上4層為影院、商業、酒店康體健身、游泳池、棋牌室、SPA等；酒店塔樓地上5~6層為餐廳；7層為酒店會議室；8~11層為酒店公寓；12層為酒店避難層；13~14層為酒店宿舍；15~34層為酒店客房。其中23、34層為避難層；35層為酒店會所；35層以上為酒店豪華套房、總統套房。辦公塔樓2層以上均為辦公用房，其中18、32層為避難層。工程為一類高層綜合性公共建筑。地上建筑面積150655.8m2，地下室建筑面積54011.0m2，建筑高度為174.12m。

2生活給水區域劃分

根據設計初期業主提供的資料，本工程建成后將由不同的物業管理公司管理。根據物業管理的不同，本工程生活給水分為四個獨立的系統:1）辦公樓給水:專供辦公塔樓生活給水。2）酒店給水:含餐廳，泳池，SPA，員工宿舍，酒店客房等給水。3）裙房商業給水:含裙房商鋪，影院，裙房屋面綠化給水。4）超市給水:專供超市給水。設計初期方案為:地下室至地上二層（黃海標高336.97m）采用市政壓力直接供水，各用水點根據業態劃分分別設置水表計量；3層及以上區域根據不同物業類型，在物業管理范圍內分別設置3個生活泵房，即辦公生活泵房、酒店生活泵房及商業生活泵房。設計資料提交后，物業管理公司開始介入項目。經過與物業管理公司溝通，針對物管公司提出的要求，辦公、商業供水方案不不變，酒店、超市供水方案做如下調整:1）酒店對水質要求較高，采用凈水供水系統，所有生活用水需經過“全自動軟化器→精濾器→活性炭吸附裝置”處理后方可使用。故酒店供水不再采用部分市政直供，部分加壓供水，調整為全加壓供水。2）超市部分按物業管理公司要求，不能間斷供水，在地下室增設超市生活泵房，內設50t生活水箱及生活給水加壓設備。超市給水總管采用市政與加壓兩路供水，與市政管網銜接處設倒流防止器，市政斷水時手動關閉與市政連接的閥門，開啟與地下室生活泵房連接的閥門。超市給水系統如圖1所示。

3給水形式、給水系統方案分析

摘要：本文是關于,步進順序控制功能基于PLC和變頻器PID頻率自動調整功能相結合的恒壓供水控制系統，由變頻器、PLC和三個泵,系統的操作,管網壓力傳感器在4~20ma電流信號輸入到變頻器PID控制器，PID控制器來調整頻率輸出值,改變泵速。當用戶用水量增加，管網壓力低于設定壓力時，變頻器的輸出頻率增加。當達到設定壓力時，水泵轉速不再變化，管網壓力不變。當泵不能滿足用水量的增加時，PLC會根據壓力的變化自動增加泵的數量。當管網用水量減少，不需要多臺泵同時運行時，PLC會自動減少泵的數量，使管網壓力恒定輸出，從而實現系統的自動控制。

關鍵詞：變頻器；可編程控制器PLC；自動控制

0前言

我國城鎮市政管網的供水壓力通常維持在0.14MP左右，這樣的水壓只能滿足低層建筑供水的要求，高層建筑必須通過二次加壓才能滿足用水要求。以前大多采用常高壓給水系統，由水泵把水提升到水塔，再由水塔把水輸送給各用戶，結果增大了水泵的軸功率和能量損耗，非常不經濟；本系統將采用PLC與變頻器相結合的方式來控制水泵的切換和轉速調節，使管網壓力恒定輸出。

1變頻恒壓供水系統組成和設備選擇

1.1系統組成

小區變頻恒壓供水系統通常是由水井、水泵、壓力傳感器、變頻器、管網組成。工作流程是利用設置在管網上的壓力傳感器將管網系統內因用水量的變化引起的水壓變化，及時將信號（4-20mA或0-10V）反饋到變頻器PID調節器，PID調節器對比設定控制壓力進行運算后給出相應的變頻指令，改變水泵的轉速，使得管網的水壓與控制壓力一致。

［摘要］近幾年，隨著城市化進程與現代化進程的加快推進，城市人口逐漸增多，城市的高層建筑也日益增多。高層建筑給水排水工程在維持城市居民生活中舉足輕重，而其設計是一項非常困難的工作，設計者必須對其進行全面的分析，結合要求、根據工程實際情況，不算調整、改進設計。本文通過對高層住宅給排水工程的特性的分析，指出了其中存在的問題，并對其進行了設計改進，對其發展趨勢也進行了展望。

［關鍵詞］高層建筑；給水排水工程；現存問題；發展趨勢

我國城市規劃的過程中大多建筑都為高層建筑，高層建筑的建設在很大程度上提高了土地的利用率，但是高層建筑的施工建設難度比較大，設計的過程中施工單位必須綜合分析建筑整體結構特征，并做好給水排水系統的布局，保證最大限度地發揮給水排水系統的作用。同時，設計人員應該重視給水排水系統設計，采取科學規范的手段，提高設計水平，為高層建筑的穩定運行提供保障。

1工程特點高層建筑給水排水工程

主要分為生活給水、生產給水和消防給水系統三類。高層建筑的給水、排水系統的設計、施工工藝、施工管理等方面都有很高的要求。高層建筑的給水排水工程具有以下幾個方面：第一，靜壓太高，這種特性在高層建筑的熱水系統、給水系統和消防系統中都有明顯的表現[1]。在設計時，應對豎向分區進行合理的劃分，以保證供水系統的穩定運行，防止因靜壓而對系統的穩定運行造成不利的影響。通過改進設計方案，可以解決供水系統中出現的諸多問題，確保給水系統的安全運行。第二，高層建筑的給水、排水需求較大。因為大廈的樓層較高，用水的人多，所以要保證整個大廈的供水，就必須承擔很大的水耗，且瞬間輸送的水量也較大[2]。如果給排水系統的設計有問題，很可能會造成管路堵塞，影響到人們的日常生活。第三，與低層樓房相比，高層建筑的排水量很大，且下水道也比較長，因此需要保證給排水工程的給水管線要長。同時，為確保排泄系統的穩定，可以采用加長排水管的方式來減輕壓力波。此外，給排水系統可以保證排水管的通風，使管路內的壓力達到穩定。值得一提的是，對輸水管線的選用不能隨便，應嚴格遵守有關國家有關規范，切實改善高層建筑給排水系統的質量。

2現存問題

2.1雨水系統設計中現存問題

摘要：為提高居民社區供水加壓站設備運行的可靠性、經濟性，文章設計了一種供水加壓站遠程控制系統。該系統的控制器采用西門子S7-1200PLC，現場人機交互采用威綸通觸摸屏，系統可將加壓站設備的運行狀態和信息經遠程通信模塊傳送到遠程監控中心，經上位機終端實現對加壓站的遠程監控功能。

關鍵詞：加壓站；PLC；遠程通信模塊

0引言

近年來，隨著我國城市發展建設的加快，居民社區不斷擴大和分散，社區的用水需求也隨之增大，社區自來水加壓站已經成為城市中非常重要的基礎設施之一，保證供水加壓站的安全可靠運行具有重要的社會意義。但加壓站站點一般分布在各地，不便于維護，因此構建加壓站遠程監控系統，實現對加壓站內供水設備的智能監控是供水可靠運行的關鍵。目前國內加壓站監控系統大多是使用組態軟件來獲取加壓站內供水設備的運行信息和各種數據，這種監控系統需要將供水系統和監控設備有線連接起來，多用于距離較短的監控場合，不能滿足無線遠程監控的要求[1]。加壓站遠程控制系統主要是對社區自來水加壓站內的供水設備和供水過程進行監控。系統利用傳感器技術、PLC控制技術和通信技術實時采集城市自來水加壓站設備的各種運行狀態和工作參數，動態監測加壓站設備，在觸摸屏上顯示監測信息；同時利用網絡技術將加壓站設備運行狀況傳送到遠程監控中心，完成加壓站自動化監控，實現隨時隨地遠程監控的目的。

1加壓站遠程控制系統構成

加壓站遠程控制系統采用無線傳輸技術取代了基于光纖的工業以太網，同時利用巨控GRM500遠程通信模塊與4G網絡雙向傳輸數據，實現對加壓站控制系統的集中管理和控制，不僅可以提高加壓站設備管理效率，還可降低加壓站運行成本。加壓站遠程控制系統由現場控制層和監控管理層組成?，F場控制層包括傳感器檢測裝置、西門子S7-1200PLC、變頻器、水泵等設備，加壓站供水系統在運行時，壓力檢測裝置將供水管道水壓信號經A/D轉換后傳送至PLC，PLC經PID運算后輸出調節信號到變頻器，變頻器調節頻率使水泵轉速運行，保證管道供水水壓穩定，完成對加壓站的現場控制[2]；監控管理層采用威綸通觸摸屏、巨控遠程通信模塊、手機終端等設備實現對加壓站的現場和遠程監控，系統結構如圖1所示。

2加壓站現場控制層設計

1控制系統組成

高層建筑小區一般采用三泵輪流運行進行供水，當用戶用水少時，使用1臺泵變頻或工頻運行供水;當用戶用水量多時，采用1臺泵工頻運行、1臺泵變頻運行供水;或者是采用2臺泵工頻運行、1臺泵變頻運行供水。系統供水使用泵的臺數完全根據用戶用水量的多少，由PLC控制程序自動執行。當小區發生火災，PLC控制系統接收到火災報警信號時，則關閉生活供水管網，3臺泵全部作消防用水使用，并根據消防用水量的大小，在維持消防供水高恒壓下，系統自動控制3臺泵投入的臺數。當火災結束后，3臺泵又恢復為生活供水。

2系統控制要求

對三泵生活/消防雙供水系統的基本要求:1)生活供水時，系統應根據生活供水壓力要求，使供水管道壓力處在低恒壓值下;2)消防供水時，系統應滿足消防供水的壓力要求，使供水管道處于高恒壓值下;3)在用水量小的情況下，如果一臺泵連續運行時間超過3h，則要切換到下一臺泵，即系統具有“倒泵功能”，避免一臺泵工作時間過長;4)采用MCGS對系統實時監控，具有完善的監控報警功能;5)系統具有自動/手動控制功能，手動只在應急或檢修時使用。

3控制系統設計

3．1系統設備選型

控制設備選用西門子公司生產的S7－200CPU226PLC，由于要使用供水管道的壓力值進行閉環控制，所以還要選用一個模擬量功能模塊EM235(4AI/2AO)?？刂扑秒姍C的變頻器則選用西門子公司生產的風機、水泵專用變頻器MM430。