宋澤智++方榮

摘 要：隨著我國經濟的快速發(fā)展，二次加壓給水設備遍布大江南北，是民生工程的基礎設施。經過半個世紀的發(fā)展，二次加壓給水設備由高位水箱供水逐步轉變?yōu)闅鈮核薰┧妥冾l供水兩種方式。隨著技術的發(fā)展，現階段，基本由微機變頻自動加壓給水與無負壓（疊壓）變頻給水這兩種供水型式主導著二次給水產品市場。經過近幾年的運行效果來看，變頻恒壓給水模式是不經濟的，存在著許多弊端。下面，筆者就現階段二次加壓給水設備的現狀進行以下分析，找出運行過程中存在的具體問題。

關鍵詞：給水設備 蓄能給水 補氣止氣裝置 變頻一對一控制 PLC智能控制 無功損耗 提高功效

中圖分類號：TU991 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）01（a）-0072-02

隨著我國經濟的快速發(fā)展，二次加壓供水的應用與管理有了新的理念和發(fā)展，政府對民生工程規(guī)范和標準也有了新的提高，對于二次加壓供水設備安全可靠、穩(wěn)定運行要求也更加嚴格。

1 變頻給水模式能源浪費驚人，并存在諸多弊端

（1）用一臺變頻器與多臺接觸器、繼電器、給水控制器來控制設備運轉，接觸器、繼電器通斷頻率高，極易出現故障。雖然這種類型的供水方式的一次性投資相對低一些，但對長期穩(wěn)定運行卻存在安全隱患，且運行維護費用高。

（2）變頻供水方式耗電量大。每次啟動都由大功率水泵啟動運轉，無功損耗很大。尤其是在夜間，用水量極少的時候，設備為保證所有用戶的靜水壓力，水泵需要不間斷運轉，耗電是非常驚人的，存在很大的改進空間。

2 變頻給水設備與無負壓給水的運行弊端的分析

舉例說明：若某加壓泵站的運行方式為兩臺11 kW的水泵恒壓供水（一用一備），水泵流量Q=30 m/h，H=64 m，兩臺控制柜按照現階段變頻給水設備與無負壓給水設備運行存在如下問題。

2.1 用一臺變頻器控制整套給水設備全部水泵所存在的問題

用一臺變頻器控制多臺水泵運轉，接觸器、繼電器通斷頻率高，極易造成接觸器、繼電器觸點的粘連與損壞。接觸器粘連，控制回路就容易對變頻器反送電，燒毀變頻器。并且，變頻器24 h連續(xù)不停的工作，對模塊、功率管、散熱風扇的使用壽命都有較大影響。

2.2 備用設備銹蝕問題

大多泵站均設有備用水泵與備用控制柜，經過長年的閑置，大部分的供水泵房受環(huán)境條件（通風條件差、空氣濕度高等）的影響，導致備用系統癱瘓，形同虛設。倘若主機由于出現故障而造成停用，備用設備因長期閑置而存在一定的故障不能及時啟動，就容易導致供水停滯，造成供水癱瘓的事故發(fā)生。

2.3 無功損耗問題

由于大多建筑全天的用水量是波動不定的。但不管用水量多大，只要欠壓，均需這臺11 kW的水泵運轉來保證管網中的壓力。在用水低谷時段，用大功率的水泵連續(xù)保壓運轉，即使是電機降頻工作，也是需要付出電能的。

3 通過新技術開發(fā)的應用，解決給水設備弊端的方案

采用多臺變頻器一對一對水泵進行控制，用多臺小功率水泵代替大功率水泵，并采取互為備用、故障互投的運行方式，同時設置氣壓水罐（蓄能罐），利用波義耳定律，氣體可壓縮可膨脹的原理，增大給水彈性（調節(jié)水量）。下面就用上文的舉例來闡述如何解決上述問題。

即某加壓泵站的運行方式為兩臺11 kW的水泵恒壓供水（一用一備），其一天的耗電量為：11 kW×24 h×80%效率=211 kW·h。

解決方案：

（1）通過采用3臺5.5 kW的水泵互為備用、故障互投，每臺水泵配置獨立的控制變頻器，補充工作，利用小泵代替大泵。

（2）設置蓄能罐（在蓄能罐中設置補氣、止氣裝置，有效控制設備在停水停電的時候保證蓄能罐中的壓縮氣體不外泄），利用波義耳定律，氣體可膨脹可壓縮的物理現象，將水泵運轉時的富余供水能力儲存到蓄能罐穩(wěn)壓調節(jié)水罐中。蓄水充足后，水泵便會停歇休息，由蓄能罐中的蓄水供應居民的低谷小流量用水……雖然這樣的改變增大了一次性投資成本，但其大量節(jié)約用電量、低維修率，使其達到物有所值，一勞永逸。

該套設備的這兩種技術改變所達到的節(jié)能效果如下。

（1）蓄能罐的設置。在用戶用水量較少（尤其在夜間的這一時間段，用戶的用水量更是極少）的情況下利用蓄能罐內的調節(jié)水量進行供水。而沒有設置蓄能罐的設備為了保持系統管網中的壓力，水泵仍需不間斷的工作，無功損耗非常嚴重。

①通過實際調查顯示：冬天的夜間低谷供水時間段在晚20：00至次日5：30、夏天低谷供水時間段在22：00至次日5：30，平均夜間低谷供水時間在7.5 h左右，這一時間段設備的無功消耗尤為嚴重。

我們利用單臺5.5 kW的水泵在5 min內可向蓄能罐內蓄水400 L，若兩臺水泵分別運行6次，可補充4 800 L，即4.8 t的水，可滿足500戶左右居民在此時間段的供水需求。即兩臺水泵各自運行30 min，這樣在夜間時間段水泵即可休眠7 h左右，所耗電量為：5.5 kW×2臺×0.5 h=5.5°。

②采用小功率多臺水泵補充工作方式：白天有3個用水高峰，早晨在2 h左右，中午1 h左右，晚上3 h左右，也就是一天的用水高峰在6 h左右，在這段時間用兩臺5.5 kW的水泵同時運轉，耗電量在：5.5 kW×2臺×6 h×80%=52.8°，減去夜間時間段和用水高峰時間段還剩下10.5 h的用水平流階段，這一時間段用一臺5.5 kW的水泵足以滿足供水要求，其耗電量：5.5×10.5×80%=46.2°。

合計一天的耗電量為：5.5°+52.8°+46.2°=104.5°，節(jié)電量為：211-104.5=106.5 kW·h。這樣看來，其節(jié)省效果相比原來的耗電量節(jié)約在50%以上。

這種運行方式在用水低谷以及用水平流時段的節(jié)能效果尤為突出。以上控制技術方式僅僅考慮的是夜間用水，而白天上午和下午也有很長時間處于低谷用水量的情況，也同樣采取蓄能罐控制方式，算上這個時間段的節(jié)能情況，將會節(jié)省更多的電能和設備的損耗。

（2）采用PLC智能控制多臺變頻器調壓給水，不僅節(jié)省大量的能源，對設備的使用壽命也有很大提高。

二次加壓給水設備采用變頻連續(xù)工作，不論變頻效果好與差，都存在嚴重的無功損耗問題。樓層越高，無功損耗問題越嚴重。另外，在控制技術上也存在弊端，維修率居高不下，經常因接觸器、繼電器粘連、損壞，備用設備常年閑置，導致不能正常工作，系統癱瘓，形同虛設，導致供水停滯。

丹東川宇消防工程有限公司研發(fā)的PLC智能控制多臺變頻器調壓給水設備，采用變頻器、水泵一對一控制。增設蓄能罐，對補氣、補水采取分別控制，缺氣補氣，缺水補水。同時蓄能罐還在供水系統中起到彈性緩沖作用，水泵工作時產生的水錘破壞得到了有效抑制，大大降低了水錘對管網系統的破壞。

4 結語

科技就是生產力，通過實踐證明，我們采取高科技手段，利用國家專利技術，不僅節(jié)約大量能源，同時對設備的使用壽命和利用率都有很大的提高，對二次加壓給水設備的技術有了新的發(fā)展。采用網絡電子通訊技術，提高管理技能，足不出戶，就可以通過電腦全面掌握設備運行的全過程，并能翻閱，打印歷史記錄。

該技術已獲得國家發(fā)明專利，并可應用到消防給水設備（同時也獲得了國家發(fā)明專利）上，并通過國家固定滅火系統和耐火構件質量監(jiān)督檢驗中心的設備認證。

參考文獻

[1] 黃偉樂.建筑給水節(jié)能新技術實際應用研究[D].華南理工大學，2013.

[2] 畢智華.蓄能式脈沖水射流消防水槍研究[D].北京林業(yè)大學，2014.