变频调速给水.docx
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变频调速给水
项目
1
2
3
4
5
供水加
压方式
高位水箱
供水
气压供水
变频调速
供水
管网叠压(无负
压)变频调速供
水
管网叠压(无负
压)高水位水箱
供水
组成
水池+工频
泵+高位水
箱
水池+工频
泵+气压罐
水池+变
频调速水
泵
稳流罐+变频调
速水泵
稳流罐+工频泵
+高位水箱
水泵运
行工况
均在高效
区段运行
比 1 稍差
部分时段
低效运行
能利用市政剩
余水压、部分时
段低效运行
能利用市政剩余
水压、均在高效
区段运行
能耗
1
>1
1~2
≈1
<1
供水安
全性
好
比 1 差
差
差
比 1 稍差
供水压
力
ΔP≤水箱高
低水位差
P1 =0.45
P2
~0.85
ΔP≤0.01
MPa
ΔP≤0.01MPa
ΔP≤水箱高低水
位差
水质二
次污染
情况
差
较差
较差
好
好
投资
1
<1
<1
<1
<1
运行费
用
1
稍>1
>1
≈1
<1
变频调速给水
1.1 概述
常用的加压供水方式有高位水箱供水、气压供水、变频调速
供水、管网叠压(无负压)变频调速供水和管网叠压(无负压)高水
位水箱供水等。
其耗能、供水安全及防二次污染等方面的比较见
表 1。
注:
1.表中 P1、P2 表示气压水罐的最低、最高工作摇篮,绝对压力(MPa);ΔP
为实际压力波动值。
2.管网叠压(无负压)高位水箱供水方式中的高位水箱不同于高位水箱供水
方式的水箱,应为采取了空气过滤装置的密闭水箱。
近年来,管网叠压(无负压)变频调速供水方式已在不少城市
使用。
但是,该供水方式有一定的适用范围和局限性,不是万能
1
的,不是哪种场合都能使用的。
故变频调速供水方式仍是目前应
用较广的供水方式。
在应用中应合理选用水泵,加长水泵在高效
区的工作时间,因地制宜,发挥其应有的节能效果。
变频调速供水方式适用于每日用水时间长、用水量经常变化
的生活和生产给水系统,凡需要增压的给水系统及热水系统均可
选用。
该供水设备的优点主要表现在设定水泵出水压力的情况下,
水泵的出水量(用户用水量)可通过变频调速改变供电频率进而
改变水泵转速来实现;供水压力一直被控制在设定的压力下,不
会出现用水小时管网压力超过设定压力的现象。
缺点是当供水范
围较小、用水变化幅度过大时,节能效果不明显,甚至不节能;对
电源要求较高,必须可靠,保护功能要齐全。
变频调速给水设备是比较节能的设备。
它是利用控制柜内的
变频器和微机来控制水泵的运行,使水泵按照实际运行参数(变
化着的用户用水量和设定的水压)进行变频调速供水,把水泵工
频运行时特性曲线中的多余功通过变频器调频节约下来。
变频调
速泵的调泵范围在 100%~75%之间,这就使得当水泵在小流量
或零流量工况工作时,水泵的运行会落在低效区。
如果水泵长时
间运行在低效区,则该给水设备不但不能节能、反而会浪费能量。
因此,对于像生活给水设备存在夜间小流量和零流量时间较长的
装置,除了变频调速主泵外,还会配置小泵和气压水罐,采用时
间继电器或流量监测装置来控制小泵和气压水罐的运行,一旦到
了夜里设定的时间或用户的用水量减少到确定的某一数值时,给
水设备自动切换到小泵和气压水罐联合工作。
这样做的目的是缩
短变频调速主泵在小流量或零流量低效工作时间,使系统更节能。
在使用变频调速给水设备时,设备的环境应符合如下要求:
(1)气温:
5~40℃。
2
(2)相对湿度:
温度 20℃时,相对湿度≤90%。
(3)海拔高度:
不应超过 1000m。
(4)设备不应安装在多粉尘、有腐蚀性气体的场合;室内安
装时,环境应干燥,无结露、通风。
不能安装在露天。
1.2组成和工作原理
从供水方式上分,变频调速供水系统可分为恒压变流量方式
和变压变流量方式两种。
它们主要由水池、工作主泵、变频控制
柜组成,对于用水量变化范围大、小流量或零流量时段较长的场
所,为了节能,还配有辅助小泵和气压水罐。
两种供水方式的变
频调速供水系统示意见图 1、图 2。
两种供水方式的不同在于使
变频控制柜产生变频工作的压力信号发出的地点是不同的。
恒压
变流量供水方式的电接点压力表是安装在紧挨主泵的出水管上,
根据用户用水要求设定压力值,为了保持泵出口的此压力值,随
着用水量的变化,变频控制柜会发出变频指令控制供水主泵不断
改变转速运行。
恒压”指的是泵出口的压力保持恒定,变流量”指
的是系统的流量(用户的用水量)在不断改变的。
在图 3 中,恒压
变流量供水方式节省的能量是水泵 Q-H 特性曲线与恒压变流量
水泵工作曲线之间所夹的面积Ⅰ。
变压变流量供水方式比恒压变
流量供水方式更节能。
它是将压力传感器安装在系统最不利用水
点附近,压力表的设定压力是依据保证最不利用户的水压要求而
定。
此压力值设定后,将压力信号远距离输入变频控制柜中,当
系统的用水量改变时,为保持最不利点的设定压力,供水主泵的
出水压力是随着用水量的变化在不断改变,因此主泵出水压力的
变化是靠变频器改变水泵的转速来实现。
变压”指的是主泵的出
口水压是变化不固定的,变流量”同样指的是系统的流量随时在
变化的。
在图 3 中,变压变流量供水方式除了节省 I 的面积外,
还节省了由恒压变流量水泵工作曲线与变压变流量水泵工作曲
3
线之间所围成的面积Ⅱ。
显然,变压变流量供水方式比恒压变流
量供水方式更节能。
但是,变压变流量供水方式也存在缺点:
一
是压力传感器位置较远,安装在最不利用户附近,运行不方便且
增加事故的几率和投资;二是对于加压供水区域较大、距离较远
时,由于水流输送时水头损失的存在,会产生距泵房较近处供水
压力差稍大的现象。
此种供水方式采用并不多。
从以上分析得出,对于同一套恒压变流量方式运行的变频调
速给水系统,设定的恒压值越高、所选用的水泵 Q—H 特性曲线
越平缓,其节能率就越低。
辅助小泵和气压水罐是为夜间小流量或零流量时的运行而
设置的。
但是,如果设置不当,许多系统效果不理想,甚至形同虚
设。
在夜间小流量供水时,供水系统往往不能切换成功,也会因
此系统配置不当导致很快又切换至主泵供水。
因此,怎样来配置
辅助小泵和气压水罐,怎样可靠地从主泵供水切换到辅助小泵和
气压水罐工作,就成为配置辅助小泵和气压水罐的变频调速供水
设备应重视的一个问题。
下面讨论辅助小泵和气压水罐的配置和
切换的几种控制方式:
(1(采用阀值频率控制供水主泵切换到辅助小泵和气压水
罐运行的方法:
4
该方法是基于使供水主泵在变频调速运行时都处在高效区
这一原则,故切换阀值频率的确定不是机械地依据主泵工频流量
的 1/3~1/4,而是由主泵 Q-H 特性曲线高效区的左端起点的流
量决定。
图 4 是选用的单台供水主泵的 Q-H、Q-η 特性曲线和变
频运行时的恒压线。
图中 Q-H 特性曲线上的 A~B 段是对应 Q-η
曲线高效区段的高效工作区。
HH 是恒压变流量供水方式设定的
水泵出口的恒压值。
G 点是主泵工频运行时的工况点,在高效区
A~B 靠近右侧末端,符合选泵原则。
A 点是主泵高效工作区的
左侧断点,也是主泵切换点 A'与其相应的工频工作点。
A 点换
算 A'的参数可通过相似原理等效曲线来计算。
通过分析看出,
采用阀值频率控制供水主泵切换到辅助小泵和气压水罐运行的
方式不适用 Q-H 曲线在小流量段有驼峰和很平缓的水泵。
因为,
在 Q-H 曲线小流量段非常平缓的水泵,水泵转速(频率)的变化
对流量的变化很不敏感,这会影响到切换的可靠性。
而 Q-H 曲线
有驼峰的水泵,在小流量区段,对于同一个恒压设定值,工况点
有时不是唯一的,这点影响了切换点的唯一性。
故此类水泵不应
选用。
(2(流量控制方式
5
用流量控制来切换供水主泵向辅助小泵和气压水罐运行过
渡的方法比用控制变频频率的方法更直接。
方法是在水泵的主出
水管上加装一个电磁流量计,电磁流量计上可读出瞬时流量及累
加流量,也可通过转换器,当管道内流量减小到流量 QA'(见图
4)时,输出信号至变频控制柜,从而准确地控制供水主泵和辅助
小泵之间的切换。
此方法可靠,因加装了电磁流量计,故需加大
投资。
(3(时间控制方式
根据变频调速供水系统供水小区的规模、入住(用)率、用水
习惯,依据经验及教训,如果可以较明确的确定在夜间某个时段
属于小流量供水,便可使用时间控制方式。
变频控制柜内设时间
继电器,每天夜间都确定一个固定时段为小流量供水,每天一到
此时段,系统自动将主泵切换为辅助小泵和气压水罐工作。
目前,以上三种供水主泵切换为辅助小泵和气压水罐工作的
方式都有许多例,运行状况都叫稳定。
1.3计算与设计要点
(1(计算
1)系统的设计流量 qs 的计算
变频调速供水系统设计流量应按照《建筑给水排水设计规范》
GB 50015 的有关条款,依据不同性质用户采用不同的计算方法。
①住宅与居民小区
住宅建筑物内系统设计流量应按设计秒流量确定。
供水规模小于 3000 人的居住小区设计流量应按设计秒流量
确定。
供水规模大于 3000 人的居住小区设计流量应按最大小时流
量确定。
6
据有关资料介绍,设计秒流量的理论计算值与调查所得的最
大小时流量的比值大致在 2.5~1.8 倍之间。
使用人数少者比值大,
使用人数多者比值小。
因此,在计算中一定要注意设计秒流量与
最大小时流量概念之间的差异,避免给设计流量计算带来很大误
差。
②集体宿舍、旅馆、宾馆、医院、疗养院、幼儿园、养老院、
办公楼、商场、客运站、会展中心、中小学教学楼等:
系统设计流
量取其设计秒流量。
③工业企业生活间、公共浴室、职工食堂、营业餐厅、体育
馆运动员休息室、剧院化妆间、普通理化实验室等:
系统设计流
量取其设计秒流量。
④不同用水性质的建筑共用同一系统时,不宜将各栋建筑
的设计流量直接叠加。
建议在分析它们同时发生可能性的基础上,
结合有关规范(规程)综合确定。
2)水泵出口恒压设定值 PH 的确定
工况1:
向最不利点用户供水。
PH=0.0098(h1+h2+h3)(1-1)
式中 PH——主泵出口设定压力值(MPa);
h1——水泵中心至用户最不利用水点几何高程差(m);
h2——水流从水泵出口至用水点的管道沿程与局部阻
力损失之和(m);
h3——最不利点卫生设备的流出工作压力(m)。
工况 2:
向最不利点高位消防水箱供水。
PH=0.0098(h4+h5+h6)(1-2)
式中 h4——水泵中心至高位消防水箱最高水位的几何高程
差(m);
H5——水流从水泵出口至高位消防水箱的管道沿程与
7
局部阻力损失之和(m);
H6——高位消防水箱进口浮球阀的工作水头,可取 1.5m。
PH 值取两种工况下的大值。
3)供水主泵性能参数的确定
①流量 Qb:
二泵组合(一用一备)时:
Qb≥1.2q5
三泵组合(两用一备)时:
Qb≥1.2q5/2
四泵组合(三用一备)时:
Qb≥1.2q5/3
主泵的选用一般选用同一型号规格。
最多可选四台主泵。
②扬程泵 Hb:
Hb=HH-HX(1-3)
HH=PH/0.0098
HX=h7-h8(1-4)
式中Hb——主泵的扬程(m),在式(1-3)计算的基础上,
应考虑 2~3m 的富余水头,以适应不可预见因素;
HH——相应于主泵出口设定恒压值的扬程值(m);
HX——供水主泵
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