張存保

【摘要】變頻恒壓供水是目前國內(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)常變化的場合。該供水方式具有水壓恒定、水質(zhì)好、占地小、無高位水箱、噪音小、節(jié)能等一系列優(yōu)點，并且能全自動運行，無需人員值守，該技術(shù)能實現(xiàn)水泵的軟起動，減小水泵起動時的沖擊電流，使水泵的使用壽命延長，在調(diào)節(jié)水泵流量時，可以節(jié)約可觀的能量，是國家重點推廣應(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)計中，主泵、輔泵和氣壓水罐的選型計算，與運行時節(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算設(shè)計要點。

【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)與電機泵組相結(jié)合的新型機電一體化供水設(shè)備。變頻恒壓供水設(shè)備主要由水泵機組、測壓穩(wěn)壓罐、壓力傳感器、變頻控制柜等組成。系統(tǒng)正常運行時，通過用戶供水管網(wǎng)上的壓力傳感器對管網(wǎng)水壓進行實時數(shù)據(jù)采集，并將壓力信號轉(zhuǎn)換為電信號，傳輸至PID調(diào)節(jié)器，然后與用戶設(shè)定的壓力值進行比較和運算，并將比較和運算的結(jié)果轉(zhuǎn)換為頻率調(diào)節(jié)信號和水泵啟動臺數(shù)信號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)器傳輸過來的信號調(diào)節(jié)水泵電機的運行頻率來調(diào)整水泵的轉(zhuǎn)速，使得水泵始終保持在高效節(jié)能的最佳運行狀態(tài)；可編程控制器根據(jù)PID調(diào)節(jié)器傳輸過來的信號來控制水泵的啟停和啟動臺數(shù)，這樣通過對泵組的啟停臺數(shù)和其中一臺變頻泵的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)就可將用戶管網(wǎng)中的水壓恒穩(wěn)于預先設(shè)定的壓力值，即實現(xiàn)管網(wǎng)供水量與不斷變化的用水量保持一致，達到“變頻恒壓供水”的目的。

2.變頻恒壓供水的設(shè)計要點：

2.1 選擇主泵

根據(jù)《建筑給水排水設(shè)計規(guī)范》GB 50015-2003（2009年版）3.6節(jié)計算供水系統(tǒng)的設(shè)計流量Qg（m3/h），對不同的建筑類別和居住小區(qū)的大小選擇不同的公式計算確定供水系統(tǒng)設(shè)計流量Qg（m3/h）。并確定所需主泵揚程H主泵 （MPa）： H計算=Ho+△H+∑h，式中：Ho—用水點要求的正常水壓（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（其中一臺備用）、四泵組合（其中一臺備用）等，用于泵組組合的各單泵的流量、揚程一般均相同，有利于單泵間具有互換性。另外因為泵組的水泵在最大設(shè)計流量下不可能讓水泵全部工頻運行，所以單泵的流量應(yīng)選大些，具體選泵如下：

三泵組合（其中一臺備用）時：2Q主泵≥1.1Qg；H主泵≥H計算

四泵組合（其中一臺備用）時：3 Q主泵≥1.2Qg；H主泵≥H計算

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

2.2 選擇輔泵

輔泵的設(shè)計流量Q輔泵通?？砂凑諉闻_主泵設(shè)計流量Q主泵的1/3～1/2直接選?。惠o泵的揚程需根據(jù)選擇的輔泵類型確定不同計算方法：第一種情況，所選輔泵也有變頻器變頻供水時，管網(wǎng)不設(shè)置氣壓水罐。在用水量小流量時，當泵組最后一臺主泵運行頻率降至其小流量工作頻率時自動停泵同時開啟輔泵，輔泵則擔當起變頻供水的角色，模式與主泵變頻供水相同。故筆者認為，在這種情況下，輔泵滿頻供水時對應(yīng)于出流量Q輔泵時的揚程可與主泵滿頻供水時對應(yīng)于出流量Q主泵時的揚程相等，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，管網(wǎng)設(shè)置氣壓水罐。在用水量小流量時，當泵組最后一臺主泵運行頻率降至其小流量工作頻率時自動停泵同時開啟輔泵，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；當用水量持續(xù)減小到輔泵的最低工作頻率時，輔泵退出工作，輔泵停泵前會加速運轉(zhuǎn)以提高其供水揚程，當揚程高于輔泵恒壓變頻設(shè)定值0.03～0.05 MPa時，停泵由氣壓水罐供水。為保持管網(wǎng)壓力恒定，筆者認為，在這種情況下，輔泵滿頻供水時對應(yīng)于出流量Q輔泵時的揚程應(yīng)等于主泵滿頻供水時對應(yīng)于出流量Q主泵時的揚程相等，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，管網(wǎng)設(shè)置氣壓水罐。在用水量小流量時，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。當泵組最后一臺主泵在降至其小流量工作頻率時自動停泵，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)和用戶端超壓，取得太小則氣壓水罐調(diào)節(jié)容積小，輔泵啟動頻繁，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，使輔泵運行時氣壓水罐內(nèi)壓力能達到最大壓力設(shè)定值P2，筆者認為，在這種情況下，輔泵對應(yīng)于額定流量Q輔泵時的揚程應(yīng)等于P2。計算出流量和揚程，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)損失瞬時用水量變化，穩(wěn)定主泵、輔泵切換過程的壓力波動，實現(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。以上功能均通過氣壓水罐的調(diào)節(jié)容積來實現(xiàn)。

在無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)滿足單臺工作主泵工頻運行90秒的供水量；而在有輔泵時，氣壓水罐調(diào)節(jié)容積除應(yīng)滿足與輔泵配合工作（按1小時內(nèi)輔泵啟動次數(shù)來確定）外，還不應(yīng)小于主泵切換時所需穩(wěn)壓流量，即單臺工作主泵工頻運行90秒的供水量。

計算出氣壓水罐的調(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

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

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的靜水壓力超過0.55MPa。

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

參考文獻

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