淺談變頻恒壓供水的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

張存保

【摘要】變頻恒壓供水是目前國(guó)內(nèi)二次供水領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的供水方式，主要用于高層建筑的加壓供水，適用于用水量經(jīng)常變化的場(chǎng)合。該供水方式具有水壓恒定、水質(zhì)好、占地小、無(wú)高位水箱、噪音小、節(jié)能等一系列優(yōu)點(diǎn)，并且能全自動(dòng)運(yùn)行，無(wú)需人員值守，該技術(shù)能實(shí)現(xiàn)水泵的軟起動(dòng)，減小水泵起動(dòng)時(shí)的沖擊電流，使水泵的使用壽命延長(zhǎng)，在調(diào)節(jié)水泵流量時(shí)，可以節(jié)約可觀的能量，是國(guó)家重點(diǎn)推廣應(yīng)用的節(jié)能環(huán)保技術(shù)。在變頻恒壓供水設(shè)備選型設(shè)計(jì)中，主泵、輔泵和氣壓水罐的選型計(jì)算，與運(yùn)行時(shí)節(jié)能效率有很大關(guān)系，本文從變頻恒壓供水的原理出發(fā)，介紹主泵、輔泵和氣壓水罐的選型計(jì)算設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】變頻恒壓供水 工作原理 主泵、輔泵和氣壓水罐

1.變頻恒壓供水的工作原理：

變頻恒壓供水控制設(shè)備是將可編程技術(shù)、交流變頻技術(shù)與電機(jī)泵組相結(jié)合的新型機(jī)電一體化供水設(shè)備。變頻恒壓供水設(shè)備主要由水泵機(jī)組、測(cè)壓穩(wěn)壓罐、壓力傳感器、變頻控制柜等組成。系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，通過(guò)用戶(hù)供水管網(wǎng)上的壓力傳感器對(duì)管網(wǎng)水壓進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，并將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，傳輸至PID調(diào)節(jié)器，然后與用戶(hù)設(shè)定的壓力值進(jìn)行比較和運(yùn)算，并將比較和運(yùn)算的結(jié)果轉(zhuǎn)換為頻率調(diào)節(jié)信號(hào)和水泵啟動(dòng)臺(tái)數(shù)信號(hào)分別送至變頻器和可編程控制器。變頻器根據(jù)PID調(diào)節(jié)器傳輸過(guò)來(lái)的信號(hào)調(diào)節(jié)水泵電機(jī)的運(yùn)行頻率來(lái)調(diào)整水泵的轉(zhuǎn)速，使得水泵始終保持在高效節(jié)能的最佳運(yùn)行狀態(tài)；可編程控制器根據(jù)PID調(diào)節(jié)器傳輸過(guò)來(lái)的信號(hào)來(lái)控制水泵的啟停和啟動(dòng)臺(tái)數(shù)，這樣通過(guò)對(duì)泵組的啟停臺(tái)數(shù)和其中一臺(tái)變頻泵的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)就可將用戶(hù)管網(wǎng)中的水壓恒穩(wěn)于預(yù)先設(shè)定的壓力值，即實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)供水量與不斷變化的用水量保持一致，達(dá)到“變頻恒壓供水”的目的。

2.變頻恒壓供水的設(shè)計(jì)要點(diǎn)：

2.1 選擇主泵

根據(jù)《建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50015-2003（2009年版）3.6節(jié)計(jì)算供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流量Qg（m3/h），對(duì)不同的建筑類(lèi)別和居住小區(qū)的大小選擇不同的公式計(jì)算確定供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量Qg（m3/h）。并確定所需主泵揚(yáng)程H主泵 （MPa）： H計(jì)算=Ho+△H+∑h，式中：Ho—用水點(diǎn)要求的正常水壓（MPa），△H—水池最低水位至系統(tǒng)供水管網(wǎng)最不利點(diǎn)的幾何高差（MPa），∑h—管網(wǎng)沿程阻力與局部阻力之和（MPa）。

一般主泵采用的組合有：三泵組合（其中一臺(tái)備用）、四泵組合（其中一臺(tái)備用）等，用于泵組組合的各單泵的流量、揚(yáng)程一般均相同，有利于單泵間具有互換性。另外因?yàn)楸媒M的水泵在最大設(shè)計(jì)流量下不可能讓水泵全部工頻運(yùn)行，所以單泵的流量應(yīng)選大些，具體選泵如下：

三泵組合（其中一臺(tái)備用）時(shí)：2Q主泵≥1.1Qg；H主泵≥H計(jì)算

四泵組合（其中一臺(tái)備用）時(shí)：3 Q主泵≥1.2Qg；H主泵≥H計(jì)算

設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)需要進(jìn)行組合選配單泵的數(shù)量，單泵的流量也可不同，計(jì)算方法同上。選擇主泵時(shí)看水泵的Q～H特性曲線(xiàn)，應(yīng)是隨流量的增大，揚(yáng)程逐漸下降的曲線(xiàn)，且主泵在額定轉(zhuǎn)速時(shí)的工作點(diǎn)，應(yīng)位于水泵高效區(qū)的末端。

2.2 選擇輔泵

輔泵的設(shè)計(jì)流量Q輔泵通?？砂凑諉闻_(tái)主泵設(shè)計(jì)流量Q主泵的1/3～1/2直接選??；輔泵的揚(yáng)程需根據(jù)選擇的輔泵類(lèi)型確定不同計(jì)算方法：第一種情況，所選輔泵也有變頻器變頻供水時(shí)，管網(wǎng)不設(shè)置氣壓水罐。在用水量小流量時(shí)，當(dāng)泵組最后一臺(tái)主泵運(yùn)行頻率降至其小流量工作頻率時(shí)自動(dòng)停泵同時(shí)開(kāi)啟輔泵，輔泵則擔(dān)當(dāng)起變頻供水的角色，模式與主泵變頻供水相同。故筆者認(rèn)為，在這種情況下，輔泵滿(mǎn)頻供水時(shí)對(duì)應(yīng)于出流量Q輔泵時(shí)的揚(yáng)程可與主泵滿(mǎn)頻供水時(shí)對(duì)應(yīng)于出流量Q主泵時(shí)的揚(yáng)程相等，即等于管網(wǎng)壓力設(shè)定值；第二種情況，所選輔泵變頻供水時(shí)，管網(wǎng)設(shè)置氣壓水罐。在用水量小流量時(shí)，當(dāng)泵組最后一臺(tái)主泵運(yùn)行頻率降至其小流量工作頻率時(shí)自動(dòng)停泵同時(shí)開(kāi)啟輔泵，供水模式由主泵恒壓變頻供水轉(zhuǎn)變?yōu)橛奢o泵和氣壓水罐變頻氣壓給水；當(dāng)用水量持續(xù)減小到輔泵的最低工作頻率時(shí)，輔泵退出工作，輔泵停泵前會(huì)加速運(yùn)轉(zhuǎn)以提高其供水揚(yáng)程，當(dāng)揚(yáng)程高于輔泵恒壓變頻設(shè)定值0.03～0.05 MPa時(shí)，停泵由氣壓水罐供水。為保持管網(wǎng)壓力恒定，筆者認(rèn)為，在這種情況下，輔泵滿(mǎn)頻供水時(shí)對(duì)應(yīng)于出流量Q輔泵時(shí)的揚(yáng)程應(yīng)等于主泵滿(mǎn)頻供水時(shí)對(duì)應(yīng)于出流量Q主泵時(shí)的揚(yáng)程相等，即等于管網(wǎng)壓力設(shè)定值。第三種情況，所選輔泵工頻供水時(shí)，管網(wǎng)設(shè)置氣壓水罐。在用水量小流量時(shí)，供水模式由恒壓變頻給水變?yōu)橛奢o泵和氣壓水罐差壓式氣壓供水。當(dāng)泵組最后一臺(tái)主泵在降至其小流量工作頻率時(shí)自動(dòng)停泵，由氣壓罐配合輔泵供水，輔泵啟泵壓力即氣壓水罐內(nèi)最小壓力P1，取P1= Ho′+△H+∑h′，式中：Ho′—用水點(diǎn)要求的最小水壓（MPa），△H—水池最低水位至系統(tǒng)供水管網(wǎng)最不利點(diǎn)的幾何高差（MPa），∑h′—在輔泵的額定流量下管網(wǎng)沿程阻力與局部阻力之和（MPa）， 輔泵停泵壓力即氣壓水罐內(nèi)最大壓力P2，P2若取得太大，容易引起管網(wǎng)和用戶(hù)端超壓，取得太小則氣壓水罐調(diào)節(jié)容積小，輔泵啟動(dòng)頻繁，通常取P2=P1+（0.05～0.15）MPa。為了充分利用小氣壓水罐的調(diào)節(jié)容積，使輔泵運(yùn)行時(shí)氣壓水罐內(nèi)壓力能達(dá)到最大壓力設(shè)定值P2，筆者認(rèn)為，在這種情況下，輔泵對(duì)應(yīng)于額定流量Q輔泵時(shí)的揚(yáng)程應(yīng)等于P2。計(jì)算出流量和揚(yáng)程，就可以根據(jù)具體工程所需選擇合適的輔泵。

2.3 選擇氣壓水罐

氣壓水罐在變頻調(diào)速供水中的主要作用是：用于調(diào)節(jié)損失瞬時(shí)用水量變化，穩(wěn)定主泵、輔泵切換過(guò)程的壓力波動(dòng)，實(shí)現(xiàn)小流量節(jié)能供水，消除停泵水錘，在建筑物投入使用初期，入住率較低的情況下，配合輔泵或主泵供水，避免輔泵、主泵頻繁啟動(dòng)。以上功能均通過(guò)氣壓水罐的調(diào)節(jié)容積來(lái)實(shí)現(xiàn)。

在無(wú)輔泵的變頻恒壓供水設(shè)備中，氣壓水罐調(diào)節(jié)容積應(yīng)滿(mǎn)足單臺(tái)工作主泵工頻運(yùn)行90秒的供水量；而在有輔泵時(shí)，氣壓水罐調(diào)節(jié)容積除應(yīng)滿(mǎn)足與輔泵配合工作（按1小時(shí)內(nèi)輔泵啟動(dòng)次數(shù)來(lái)確定）外，還不應(yīng)小于主泵切換時(shí)所需穩(wěn)壓流量，即單臺(tái)工作主泵工頻運(yùn)行90秒的供水量。

計(jì)算出氣壓水罐的調(diào)節(jié)容積和總?cè)莘e，就可以根據(jù)具體工程所需選擇合適的氣壓水罐。

結(jié)語(yǔ)

1.變頻恒壓供水系統(tǒng)中，主泵不能在零流量至設(shè)計(jì)秒流量間高效供水。

2.根據(jù)供水規(guī)模，應(yīng)優(yōu)先選用配置輔泵及氣壓水罐的多臺(tái)主泵并聯(lián)工作的變頻恒壓供水系統(tǒng)。

3.應(yīng)校核氣壓水罐內(nèi)的最高工作壓力，不得使系統(tǒng)最大供水壓力處配水點(diǎn)的靜水壓力超過(guò)0.55MPa。

4.變頻恒壓供水系統(tǒng)中，輔泵的流量、揚(yáng)程，氣壓水罐的容積與所選水泵的特性曲線(xiàn)、管網(wǎng)設(shè)定壓力值、水泵的運(yùn)行控制方式等密切相關(guān)，應(yīng)根據(jù)具體工程需要進(jìn)行選用。

參考文獻(xiàn)

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