無(wú)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(wú)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(wú)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(guò)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(duì)無(wú)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(duì)于用水經(jīng)常變化的場(chǎng)合,采用無(wú)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(wú)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(guó)內(nèi)外獲得了愈來(lái)愈廣泛的應(yīng)用。在消防給水中對(duì)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?jiǎn)?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(duì)數(shù)。
在三相電動(dòng)機(jī)中對(duì)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)有多種方法,如通過(guò)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(lái)實(shí)現(xiàn)。以往人們通過(guò)對(duì)電機(jī)的極數(shù)變化來(lái)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(guò)調(diào)整電源的頻率調(diào)速要比通過(guò)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(duì)三相交流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)整都通過(guò)調(diào)節(jié)三相交流電的頻率來(lái)實(shí)現(xiàn),其應(yīng)用范圍越來(lái)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(wú)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(wèn)題成為業(yè)主比較關(guān)心的問(wèn)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(guò)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(hào)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(guò)壓保護(hù)、短路保護(hù)、過(guò)流保護(hù)功能,工作穩(wěn)定可靠,大大延長(zhǎng)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(hào)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(lái)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(lái)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(wú)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(guó)消防規(guī)范,水消防的延續(xù)時(shí)間,長(zhǎng)按照3小時(shí)考慮,因此主消防泵的節(jié)能問(wèn)題可不予考慮,因而也無(wú)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(wú)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(zhǎng)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(wèn)題是消防備用泵的自動(dòng)投入控制問(wèn)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(duì)于消防泵而言,從節(jié)能、可靠性和造價(jià)幾點(diǎn)考慮,無(wú)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(zhǎng)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(duì)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(duì)消防泵進(jìn)行自動(dòng)巡檢,即通過(guò)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(guò)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(guó)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(wú)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(guò)以上分析,我們知道無(wú)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(guò)程中使用無(wú)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(wú)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??梢韵嘈?,它的應(yīng)用將隨著電子技術(shù)的發(fā)展與無(wú)負(fù)壓變頻供水系統(tǒng)的不斷更新會(huì)越來(lái)越廣泛,將會(huì)給國(guó)家和個(gè)人帶來(lái)巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。
無(wú)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(lái)水管網(wǎng)供給,這樣,原來(lái)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(wú)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(wú)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(wú)負(fù)壓變頻供水系統(tǒng)工作原理
無(wú)負(fù)壓變頻供水系統(tǒng)投入使用,自來(lái)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(lái)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(lái)水管網(wǎng)壓力不能滿足用水要求時(shí),系統(tǒng)壓力信號(hào)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(lái)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(lái)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(lái)水管網(wǎng)不產(chǎn)生負(fù)壓,用水高峰過(guò)后,系統(tǒng)又恢復(fù)到正常供水狀態(tài)。當(dāng)自來(lái)水管網(wǎng)停水,造成穩(wěn)流罐液位不斷下降,液位探測(cè)器將信號(hào)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(lái)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(wú)負(fù)壓變頻供水系統(tǒng)原理
雙模式無(wú)負(fù)壓供水設(shè)備充分利用自來(lái)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(duì)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(lái)水水壓直接供水而無(wú)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(wú)負(fù)壓增壓供水設(shè)備采用水泵與自來(lái)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(lái)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(wú)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(wú)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(wú)人值守。
無(wú)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(wú)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(jiǎn)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(lái)水壓力進(jìn)行調(diào)節(jié),實(shí)行無(wú)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(guò)載、短路、過(guò)壓、欠壓、缺相、過(guò)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(hào)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(wú)負(fù)壓穩(wěn)流罐和水泵機(jī)組三部分,安裝非常簡(jiǎn)單方便。
7、延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命:對(duì)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(zhǎng)了水泵及電機(jī)的使用壽命。設(shè)備壽命可延長(zhǎng)3倍以上。
無(wú)負(fù)壓變頻供水系統(tǒng)較新技術(shù)
近年來(lái),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(wèn)題一直困擾著供水公司的設(shè)計(jì)人員,濟(jì)南普利龍無(wú)吸程強(qiáng)制疊壓供水設(shè)備的出現(xiàn),使得以上問(wèn)題迎刃而解!
無(wú)負(fù)壓變頻供水系統(tǒng)技術(shù)特點(diǎn)
對(duì)比傳統(tǒng)的供水設(shè)備和自然疊壓無(wú)負(fù)壓供水給水設(shè)備,HGH VI無(wú)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(shì):
1、投資小,無(wú)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(lái)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(wú)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(duì)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(wú)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(duì)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(lái)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(guò)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(guò)與大氣接觸來(lái)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(wú)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(chǎng),大型桑拿浴、醫(yī)院、學(xué)校,體育館,高爾夫球場(chǎng),機(jī)場(chǎng)等場(chǎng)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(wú)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(guò)載能力 150% 60秒
10、保護(hù)功能 軟啟動(dòng)、對(duì)過(guò)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。