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就是要滿足用戶對流量的需求。目前，常見的流量控制方式有閥門控制和轉速控制兩種。

1.閥門控制

　　即通過調節閥門開度來控制流量。此時，高層建筑給水設備供水系統的管道阻力將隨閥門開度的改變而改變，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，其水泵揚程及供水流量都是以滿足用戶的最大可能需求而選定的，且留有一定余量。而實際應用當中，系統在大部分時間里都是非滿負荷運行的，這就必須要減小閥門開度，調整供水流量。這樣，管道阻力隨之增大，從而產生大量的截流損失。這種控制方式不僅會浪費許多電機輸出功率，而且因為管阻特性的改變，整個系統的供水效率也會大為降低。

2.轉速控制

　　即通過改變水泵的轉速來調節流量，而閥門的開度保持不變（一般保持最大開度）。當水泵轉速改變時，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，通過變頻調速技術改變水泵電機的轉速，水泵的供水流量可隨著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，也可使整個系統達到最佳工作效率。隨著變頻調速技術的日趨成熟，這種控制方式得到了越來越多的推廣應用。

 

二．高層建筑給水設備節能原理

　　由流體力學理論可知，大部分流體傳輸設備（如離心式水泵、風機等）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%。貴司長期實踐證明，在供水系統中接入變頻節能系統，利用變頻技術改變水泵轉速來調節管道中的流量，以取代閥門調節方式，能取得明顯的節能效果，一般節電率都在30％以上。另外，變頻器的軟啟動功能及平滑調速的特點可實現對流量的平穩調節，同時減少啟動沖擊并延長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，供水流量需要隨時滿足用水流量。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，供水壓力由用戶在PID調節器上設定，同時壓力傳感器將管路的實際壓力反饋給PID調節器，經過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，滿足供水及用水平衡。

整個控制過程如下：

 

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：每兩臺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：每兩臺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、由變頻器直接拖動進行變頻運行；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，平時可同時啟動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”、“手動”兩種工作模式選擇：手動模式下，變頻器不工作，整套系統按原有方式手動起停、工頻運行；自動模式下，主泵（1#或2#任選）由變頻器直接拖動，輔泵則由變頻器多功能端子控制，原有啟動按鈕無效。

　　該方案的特點是投入設備少，操作簡單，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

1、變頻器界面為LED顯示，設定參數豐富；鍵盤布局簡潔、易于操作；

2、變頻器有過流、過壓、過熱、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、專用數字PID調節器為LED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及變頻調速功能，可有效降低系統的機械磨損，同時減輕管路負擔；

5、有“手動”“自動”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品概述：

      中贏系列全自動高層建筑給水設備是一種新型的無塔供水設備，具有高效、穩定，易于維護等特點， 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，達到延長設備壽命的目的，高層建筑給水設備也是實現自動化供水不可缺少的部分; 控制系統協調系統的穩定運行;當用水量增大，管網壓力下降時，水泵自動啟動供水。

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

      水泵是給水設備的基礎，是給水設備實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標準生產的，可以是不同流量、揚程的泵類。按照不同的供水需要，產品可以是1~ 4臺或更多的水泵并聯運行，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、可編程控制技術于一身的新一代機電一體自動化供水設備。

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

      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，是國家重點推廣應用的新技術節能產品。

 

高層建筑給水設備產品特點：

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、采用進口變頻器及相關元器件，設計合理，操作簡便，性能可靠，完全自動運行;

3、具備多種故障顯示及備查記錄，完善的欠壓、過壓、過載、短路、缺相、水源缺水自動保護停機等保護功能，使用安全，維護簡便;

4、自由設定管網壓力，按實際用水量調節水泵轉速，使其始終處于高效運轉狀態;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”現象， 節能效果更為顯著。 與恒速泵供水相比， 消除了超壓和回流的無功損耗 ，節能率達到20～50%;

5、由變頻器或軟起動器實現水泵軟起動軟停止，使電網和管網免受沖擊。無水錘現象，大大降低設備運行噪音，延長相關設備的使用壽命;

6、多臺泵多種循環運行方式，各泵運行時間，避免其中某臺水泵因閑置而銹蝕;

7、直接向用戶供水，水質二次污染;

8、品種規格齊全，可任意配套，應用范圍廣;

9、控制程序化，可按用戶需要實現多種控制方式。例如：定時開關系統、消防聯動、小流量和零流量自動關機睡眠、上位機集中管理等;

10、管網常壓供水，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、企事業單位等生活用水。

2、各類工業用水（如冷卻水循環等要求恒壓供水的生產用水）。

3、各類自來水廠、污水處理廠、機場、農業排灌站和噴灌站。

4、環保水處理、滲透分析系統、生產線加工系統、工業廠房清洗。

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℃.