無負壓變頻供水系統在消防和生活給水系統中的應用
2013-5-3 18:26:30??????點擊：
無負壓變頻供水系統在消防和生活給水系統中的應用
隨著科學技術的迅猛發展，電力電子技術、微電子技術及現代控制理論的不斷進步，又因為無負壓變頻供水系統所具有的高，效率性能和良好的控制特性，目前在交流電動機的速度控制中較多采用。使用無負壓變頻供水系統一個突出的優點就是節省能源，而且通過發揮其理想的控制特性，設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，在節能和可靠性方面要作具體分析，從而選擇更合理控制方式。本文就是對無負壓變頻供水系統在智能建筑中給水系統中的具體應用作以探討。
1變頻調速的基本原理由離心泵原理，在相似情況下水泵的流量、揚程和功率分別與其轉速的一次方、二次方和三次方成正比。對于用水經常變化的場合，采用無負壓變頻供水系統供水，可以顯著降低節流損耗，具有明顯的節能效果。按用途建筑給水分為生活(生產)給水和消防給水二大類。在生活給水系統中采用無負壓變頻供水系統調速控制，具有節能，供水壓力可調等突出優點，在國內外獲得了愈來愈廣泛的應用。在消防給水中對穩壓泵以及在消防泵巡檢時采用變頻控制較好，但在消防泵滅火控制中應采用直接啟動或降壓啟動控制方式。
三相交流電動機的轉速與頻率、極數及轉差率之間的關系如下：n=60f(1—s)／p其中:n——每分鐘的轉速；f——交流電的頻率；s——轉差率；p——磁極對數。
在三相電動機中對轉速的調節有多種方法，如通過調整交流電的頻率、電動機的極數以及轉差率來實現。以往人們通過對電機的極數變化來調整電機的轉速，很少采用頻率調節，但隨著電力電子技術、微電子技術的發展，變頻控制技術的不斷成熟，人們發現通過調整電源的頻率調速要比通過調整電機的極數與轉差率調速方便得多，效果也好得多。所以現在，一般我們對三相交流電動機進行轉速調整都通過調節三相交流電的頻率來實現，其應用范圍越來越廣。以下是其在智能建筑中的一些應用。
2變頻器在恒壓無負壓變頻供水系統中的應用在智能建筑日益增多的今天，供水問題成為業主比較關心的問題，所以變頻恒壓自動供水便提上了日程。以前在一般建筑的建設中往往需要建設一個二次加壓供水泵房并采用變頻器實現恒壓自動供水。一般情況下，為保證建筑的供水正常，在設計時往往設計成“一用兩備”三臺水泵。由一臺變頻器(附加PID調節器、單片機、PLC等器件構成控制系統)拖動三臺水泵循環運轉。與空調水泵控制不同，恒壓供水自動控制系統通過壓力傳感器采集管網中的壓力并將其轉換成模擬信號進行變頻控制。這樣變頻恒壓水系統直接取代水塔、高位水箱及傳統的氣壓罐供水裝置，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轉速的三次方成正比關系，所以水泵調速運行的節能效果非常明顯，平均耗電量較通常供水方式節省40%。與可編程控制器結合使用，可實現循環變頻，電機軟啟動，具有欠壓保護、過壓保護、短路保護、過流保護功能，工作穩定可靠，大大延長了設備的使用壽命。下面以遼寧省某市寶典大廈供水系統為例介紹其原理。
大廈恒壓供水采用三臺水泵,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，水泵電機轉速隨著調節器輸出給變頻器控制信號的變化而改變，以保持管網壓力的穩定。用水量大時，變頻器輸出頻率升高；用水量小時，頻率降低。當頻率上升到50Hz(即水泵全速運轉時)仍不能滿足供水需要時，則PLC自動將1#泵切換到工頻運行，1#泵由電網供電全速運行，2#泵由變頻器供電投入運行，如果2#泵電機達到滿轉速時仍不能滿足供水要求，則PLC自動將2#泵切換到工頻運行，3#泵由變頻器供電投入運行，依此規律逐個投入運行；當1#—2#泵都處于工頻全速運行方式，3#處于變頻運行工作方式時，如果此時用水量減小，變頻器輸出頻率下降，當頻率到達一定的下限時，供水量仍大于用水量，則系統自動將3#泵停止運行。同樣，3#泵停機后，如果此時供水量還大于用水量，則系統自動將2#泵停止運行，依此類推。如果此時用水量又大于供水量，則系統自動將2#泵由變頻器供電運行……，所有水泵電機從停止到滿載工作及從滿載工作到停止都由變頻器來控制，實現帶載軟啟動，避免了啟動沖擊電流和啟動給水泵電機帶來機械沖擊，保證了管網壓力穩定，滿足了大廈的正常供水。
3無負壓變頻供水系統在消防泵巡檢柜中的應用在消防給水系統中，平時消防管網由增壓、穩壓泵穩壓，使之保持在高壓(消防水壓)的準備消防狀態。當發生火災，啟動主消防泵立即可以提供規定壓力和流量的消防用水。按我國消防規范，水消防的延續時間，長按照3小時考慮，因此主消防泵的節能問題可不予考慮，因而也無必，要采用變頻調速以節約電能。眾所周知，發生火災是不確定的事件，在一般情況下是不會發生的，變頻器是一種電子器件，如果采用無負壓變頻供水系統控制主消防泵變頻調速，消防泵變頻器長期備而不用，在發生火災使用時反而容易發生故障，降低了消防設備的可靠性。另一個重要問題是消防備用泵的自動投入控制問題。此外，變頻控制系統的電氣較復雜，會降低可靠性，增加造價。消防泵的功率一般較大，其控制用變頻器的價格也相應提高。綜上所述，對于消防泵而言，從節能、可靠性和造價幾點考慮，無必，要采用變頻調速技術。如果消防泵采用變頻調速控制，由于消防泵(消防泵、噴淋泵)長期不投入使用，容易發生泵生銹堵轉等現象，故應對消防泵定期進行低頻運轉，以免有消防需要時，消防水泵不能正常起動，貽誤火災的撲救。所以現在我們一般對消防泵進行自動巡檢，即通過消防泵控制柜內的巡檢電路讓消防泵每隔一段時間進行一次自啟動，巡檢時采用變頻控制，以利保養及節能。但在正常火災情況下，消防泵、噴淋泵一般通過直接啟動、星三角或自藕降壓方式啟動，以滿足消防要求，且消防狀態時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方式。
按我國消防規范，消防泵應設有備用泵，備用泵應不小于任一臺主消防泵。由多泵并聯恒壓供水理論，多泵并聯恒壓供水，無負壓變頻供水系統 須是其中較大的一臺泵，其余并聯泵自動投入或超出是由變頻控制器按用水流量變化自動控制的。如果變頻泵故障可能會導致變頻器跳閘，使全部消防泵停泵。從這一點考慮，消防泵采用變頻調速會降低消防供水的可靠性，不宜在水消防系統中應用。
4結論
通過以上分析，我們知道無負壓變頻供水系統在智能建筑中的應用非常廣泛，也非常有效。這也是筆者在實際工作過程中使用無負壓變頻供水系統在智能建筑電氣自動控制系統中實現節能或控制的具體體會。無負壓變頻供水系統在智能建筑中的應用還遠遠不止這些，其它系統如空調、通風、電梯等都有廣泛的應用。可以相信，它的應用將隨著電子技術的發展與無負壓變頻供水系統的不斷更新會越來越廣泛，將會給國家和個人帶來巨大的社會效益和經濟效益。
無負壓變頻供水系統產品概述
傳統的供水方式離不開蓄水池，蓄水池中的水一般由自來水管網供給，這樣，原來有壓力的水進入水池后變成了零，然后從零開始加壓，造成大量的電力能源浪費。無負壓供水設備是以市政管網為水源，充分利用了市政管網原有的壓力，形成密閉的連續接力增壓供水方式，節能效果好，沒有水質的二次污染，是變頻恒壓供水設備的發展與延伸。在市政管網壓力的基礎上直接疊壓供水，節約能源，并且還具有全封閉、無完成污染、占地量小、安裝快捷、運行可靠、維護方便等諸多優點。
無負壓變頻供水系統工作原理
無負壓變頻供水系統投入使用，自來水管網的水進入穩流流罐，罐內空氣從真空消除器排出，待水充滿后，真空消除器自動關閉。當自來水管網壓力能夠滿足用水要求時，系統由旁通止回閥向用水管網直接供水；當自來水管網壓力不能滿足用水要求時，系統壓力信號由遠傳壓力表反饋給變頻控制器，水泵運行，并根據用水量的大小自動調節轉速恒壓供水，若運轉水泵達到工頻轉速時，則啟動另一臺水泵變頻運轉。
水泵供水時，若自來水管網的水量大于水泵流量，系統保持正常供水：用水高峰時，若自來水管網水量小于小泵流量量，穩流罐內的水作為補充水源仍然能正常供水，此時，空氣由真空消除器進入穩流罐，罐內真空遭到破壞，確保了自來水管網不產生負壓，用水高峰過后，系統又恢復到正常供水狀態。當自來水管網停水，造成穩流罐液位不斷下降，液位探測器將信號反饋給變頻控制器，水泵自動停機，以保護水泵機組。夜間小流量供水且自來水管網壓力不能滿足要求時，氣壓罐可以貯存并釋放能量，避免了水泵頻繁啟動。
無負壓變頻供水系統原理
雙模式無負壓供水設備充分利用自來水管網的原有壓力能源，在同樣供水需求的情況下，可以選用功率相對較小的水泵及控制設備，同時在夜間小流量用水的情況下利用自來水水壓直接供水而無需起動水泵。相比較于傳統的帶水池的供水設備可節約大量的電能運行成本及投資成本。
無負壓增壓供水設備采用水泵與自來水管網直接相連，用壓力調節罐作為水泵進水儲水裝置，采用真空消除器消除管網內所產生的負壓，在充分利用自來水管網的原有壓力的基礎上實現了供水的二次增壓，該設備既實現了增壓的目的（且絲毫不會影響管網其它用戶水），又節省建水池，水箱的投資，在保證管網水質的同時（無二次污染），又可充分利用管網的原有水壓，其節能效果極其顯著，可達50%以上。無負壓供水設備全自動智能控制，具有多種保護和控制功能，可實現真正無人值守。
無負壓變頻供水系統產品特點
1、節省投資：節省投資50%左右，無需修建蓄水池或屋頂水箱，采用疊壓供水，減小設備初期投入。
2、高效節能，運行成本低： 可充分利用市政管網供水壓力，差多少、補多少、不產生負壓、與傳統供水設備相比可節能30%—90%。停電也可維持市政管網水壓供水。
3、智能化程度高，操作簡單，節省人力：該設備由全自動智能化控制器控制，自行根據用戶的用水量和管網的自來水壓力進行調節，實行無人值守。并且采用人機界面（文本、數字）顯示，使客戶更加直觀的看到設備的運行狀況。
4、環保衛生:設備全封閉運行， 消除水源二次污染。
5、保護功能齊全：具有 過載、短路、過壓、欠壓、缺相、過流、短路、水源缺水等自動保護功能。在異常情況下能進行信號報警、自檢、故障判斷等。
6、占地少安裝方便：整套設備只有一組供水控制柜、無負壓穩流罐和水泵機組三部分，安裝非常簡單方便。
7、延長設備的使用壽命：對多臺泵組均能可靠的實現軟啟動，使電網和管網免沖擊，并且輪流運轉，大大延長了水泵及電機的使用壽命。設備壽命可延長3倍以上。
無負壓變頻供水系統較新技術
近年來，隨著經濟的快速發展，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，由于市政管網的壓力只能達到2MPa左右，高樓用戶的用水水壓、水質等問題一直困擾著供水公司的設計人員，濟南普利龍無吸程強制疊壓供水設備的出現，使得以上問題迎刃而解！
無負壓變頻供水系統技術特點
對比傳統的供水設備和自然疊壓無負壓供水給水設備，HGH VI無吸程強制疊壓供水給水設備具有以下特點和優勢:
1、投資小，無水池，不用消毒。
2、體積小，占地少，安裝方便。
3、高效節能，全部充分利用自來水管網壓力，三重強制疊壓，耗電少，運行費低。
4、全不銹鋼流道，全密封帶壓穩流補償系統， 隔絕污染源，清潔環保。
5、水壓穩定，不會造成市政管網壓力波動。
6、全自動控制運行，無人值守設計。
7、故障自動顯示，報警。
8、模擬屏人機對話，可隨時查詢、設定、調整運行參數。
9、旁通設計，自動切換，停電不停水。
10、高壽命，運行效率高，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（特殊研制、特殊工況).
無負壓變頻供水系統核心技術解析
核心技術之一：全自動智能疊壓調配技術：
全自動智能疊壓調配技術除了具備真空抑制器和負壓消除器的穩流，予壓補償作用外，還采用特別的工藝設計對管網水進行增壓調配，實現99.999%借用管網壓力，實現真正意義上的三重增壓疊壓，達到節能降耗的目的，同時還具有信息處理功能，將這些數據經實時收集和分析系統運算和處理，發送到相應執行單元。
核心技術之二：全自動智能欠壓調配技術：
全自動智能欠壓調配系統的作用是在自來水管網壓力不足的情況下，可根據管網工況隨時通過調配系統（包括壓力，水位反饋，流量，壓力調節等運行狀態）實現設備正常供水，滿足管網壓力較不利點的用水要求。
核心技術之三：全封閉帶壓穩流補償技術：
自然疊壓是通過與大氣接觸來消除負壓，而本系統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，嚴格保證飲用水的衛生安全。其本身是承壓設備，保證任何情況下始終帶壓運行，從根本上避免了管網出現負壓的可能性。
無負壓變頻供水系統適用范圍
1、高層建筑、居民小區、別墅等居民生活用水。
2、企事業單位、賓館、寫字樓、百貨商場，大型桑拿浴、醫院、學校，體育館，高爾夫球場，機場等場所的日常用水。
3、生產制造、洗滌裝置、食品工業、工廠、工礦的生產用水。
4、其他：老舊水池供水及其它形式供水的改造
無負壓變頻供水系統技術指標
1、供水流量 0—1500 M3/H 揚程
2、控制電機功率 0.75---1500KW
3、供水戶數 10—10000戶
4、壓力控制范圍 0.15—1.6MPa
5、平均節電率 30—60%
6、控制原理 正弦波PWM或空間矢量SVPWM100%
7、運行方式 單泵或多泵自動切換
8、控制方式 可編程和PID控制
9、過載能力 150% 60秒
10、保護功能 軟啟動、對過壓、缺相、變相、欠壓、斷 路，瞬間停電，短路等均有自診顯示和保護功能。
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