許劍平

（上海水務建設工程有限公司，上海 200082）

高層建筑供水設備的改造與維護策略分析

許劍平

（上海水務建設工程有限公司，上海 200082）

本文以供水設備改造與維護為核心進行了研討，在提出供水設備維護要點的同時，提出對于供水設備的改造計劃，重點研討供水設備的系統(tǒng)性。

供水設備；變頻；維修；檢查

熟知供水部門供水設備的技能與供水條件，才能更好的完成對設備的管理。而維修維護的到位才是設備管理的本質(zhì)，所以加強設備運行維護需要不斷提升自身的管理能力，才能實現(xiàn)安全低消耗的供水模式。研究發(fā)現(xiàn)通過變頻調(diào)速供水系統(tǒng)能實現(xiàn)低能耗供水，避免水質(zhì)二次污染，實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)等。

1 傳統(tǒng)供水系統(tǒng)的缺點

（1）恒速泵加壓供水方式：由于用水量的變化不會影響供水壓力，這就使得供水管網(wǎng)絡在很長時間內(nèi)均處于超壓運作狀態(tài)，這是因為在恒定功率情況下功率機泵組合會對供水系統(tǒng)進行超壓供水。由此我們可以知道，這樣設備損耗是極大的，維修與管理經(jīng)費不夠理想，也不符合節(jié)能效益，所以其適用范圍很窄。

（2）水泵水箱聯(lián)合供水方式：其原理就是利用機泵做功將水提升至處在高處的水塔中，并做儲存，用戶用水由水塔提供。但是由于水泵不會隨著用水量的變化改變其工頻工作狀態(tài)，所以不能達到節(jié)能目的。一方面水箱儲水過程中處于長時間有水環(huán)境，期間會生長青苔等苔蘚、銹跡和污染物會積累，一方面水質(zhì)會受到二次污染，另一方面容量極大的水箱需要位置存放，空間占用率大，由于儲水量以及自身重量較大，還需要考慮整體建筑物能否承重，增加了成本。

2 變頻供水設備在高層住宅供水系統(tǒng)節(jié)能改造中的應用

（1）供水管道網(wǎng)絡作為被控制對象，壓力是過程控制量，其對外界激勵具有滯后的特性。同時變頻器對泵機組輸出頻率的響應同樣也存在滯后效應。于是整體設備組都具有滯后的特性。

（2）設備運行中難免會有故障或意外情況發(fā)生，設備運行時的參數(shù)狀態(tài)都在系統(tǒng)監(jiān)控下，系統(tǒng)會自動適配調(diào)整至工頻穩(wěn)定運行，設定為故障運行模式，以此來保證供水負荷的安全。所以系統(tǒng)具備容錯的特點。

（3）電動機設備的軟啟動極大減少了對設備和電網(wǎng)的沖擊。變頻電動機輸出轉(zhuǎn)速會受到變頻調(diào)速系統(tǒng)控制，并根據(jù)用戶需水量多少進行調(diào)節(jié)。所以系統(tǒng)具備節(jié)能特性。

（4）地下水池和變頻調(diào)速設備共同構成供水系統(tǒng)，儲水裝置成為歷史。其中只需要一臺水泵變頻運行，其余水泵機組中的水泵則處于工頻狀態(tài)或者是關機狀態(tài)，可由變頻控制柜控制。工作的水泵通過流量的變化調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)動速率實現(xiàn)變頻，使得整體供水系統(tǒng)穩(wěn)步運行，實現(xiàn)了低能耗要求，同時占用空間很小，杜絕了水體污染現(xiàn)象，取代了儲水箱的地位。

2.1 水泵變頻調(diào)速節(jié)電原理

通過改變電機頻率和電壓來改變電機速率的技術叫做變頻調(diào)速技術,其特點是速率變動廣、效率高、調(diào)速平滑、穩(wěn)定的機械特性、結(jié)構簡單、可靠地保護功能，安全系數(shù)高,運轉(zhuǎn)期間平滑，可在運行期間持續(xù)獲取有效數(shù)據(jù)，同時可達到良好的變頻效果。在實驗中通過數(shù)據(jù)可看到，變頻調(diào)速可實現(xiàn)低功耗的效果。

具有管網(wǎng)特性的水泵供水設備，擁有特定的關系曲線，該曲線反應了整體管道網(wǎng)絡流量與系統(tǒng)消耗能源之間的關系。與此同時通過計算水泵消耗的能量反映最高供水點與地下水池的高度之差，就能得出管道中克服阻力的能耗，從而可知管道的特定參數(shù)。反過來看，只要確定了管道網(wǎng)絡管徑以及全長等具體參數(shù)就能繪制關系曲線。

變頻調(diào)速供水工作原理如圖1所示。由水泵的相似定律可知詳細的節(jié)能數(shù)據(jù)，流量在變速前后的數(shù)據(jù)、轉(zhuǎn)速、功率以及揚程之間關系計算式如下。

圖1 供水原理曲線

式中，P1、H1、Q1分別為轉(zhuǎn)速n1時的功率、揚程、流量；P2、H2、Q2分別為轉(zhuǎn)速n2時的功率、揚程、流量。如上所述，在工作負荷不斷改變的情形下，變頻器通過調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速實現(xiàn)水泵的變頻，由于轉(zhuǎn)軸功率為三次方關系，所以所節(jié)約的能源就是一個很可觀的數(shù)據(jù)。

2.2 系統(tǒng)結(jié)構設計

針對供水環(huán)境條件，通過調(diào)研，決定采用變頻綜合氣壓罐的供水模式。

（1）區(qū)域控制：自來水供水公司直接供水給低樓層用戶；由供水設備給中樓層和高樓層用戶供水，變頻系統(tǒng)負責為高樓層用戶供水；由于高樓層供水沖擊力很大，需要加強供水管網(wǎng)的抗壓性，所以在中樓層管道上增加減壓閥，通過時間管網(wǎng)的保護來保證供水的安全。

（2）時間控制：當凌晨6:00～晚上11:00時，白天供水量較大，需要至少兩個水泵處于工頻狀態(tài)，系統(tǒng)又會通過分析用水量的變化來實現(xiàn)變頻目的，此時供水設備會自動調(diào)整處于工頻水泵的數(shù)量以及調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速。夜間供水壓力較小，只需要一臺工頻水泵和氣壓罐供水，水泵可根據(jù)時間階段性工作。

2.3 改造效果

（1）通過采用變頻手段忙時大流量供水，既杜絕了水質(zhì)的二次污染，又節(jié)約了電能；中樓層拆掉了儲水裝置，節(jié)約出了很大的空間，給用戶留下清凈的環(huán)境；也解決了原來高位水箱供水時某些用戶水壓不足帶來的生活困擾問題。由于樓層增設了減壓閥，減輕了在給高樓層供水時壓力過大的情況，保護了管道網(wǎng)絡，使用壽命得到延長。

（2）凌晨用水量小，階段性供水既能滿足供水要求又有合理性，小負荷運作消除了長時間的噪聲污染。小流量是水泵工作時取代了工頻水泵在工作時低效率的位置，從而達到了節(jié)能目的。

3 供水設備維護要點

要在設備運行時進行日常一般維護，通過肉眼觀察，對設備運轉(zhuǎn)狀態(tài)進行合理評估，對其運行情況和性能做出一定的判斷。從而可繼續(xù)進行檢查工作，分別為整體檢查和個體檢查。

3.1 整體檢查

對設備運行情況以及性能做一個整體的觀察評估為整體檢查，具體如下。

（1）設備的工作環(huán)境：環(huán)境溫度、空氣濕度、整體清潔度、電磁設備干擾等。（2）設備的供水壓力參數(shù)是否與設定壓力有差距。（3）設備運行情況檢查，有無異常響聲、異常振動、異味、冒煙等。

（4）設備的運行情況與供水壓力是否相符，如果供水壓力與變頻工作狀態(tài)不相匹配，應立即進行進一步分析檢查，排查相關部位運行情況以及參數(shù)設定，盡快查出問題所在并解決才能繼續(xù)運行。

3.2 個體檢查

個體檢查主要對各個設備進行分部位檢查，核心工作部件篩查，其具體工作如下。

（1）電源柜電源電壓應為380V，允許誤差5%，頻率應為50Hz，電流三相應平衡，控制電器應動作正常。

（2）變頻控制柜檢查電源是否正常；外觀應完好無損，沒有形變、破損、變色、冒煙、異味等；無異常振動、異常響聲；觀察變頻器工作時頻率變化是否穩(wěn)定可靠，電動機在受控時是否能正常輪換運行即控制功能是否正常；控制器顯示是否與相應按鈕功能匹配即變頻器顯示功能是否正常。

4 結(jié)語

供水設備改造之后帶來了許多積極效應，按用水實際需要定壓供水,滿足小區(qū)用水需求,變頻供水系統(tǒng)會根據(jù)用水量的增加與減少做出相應動作完成供水。供水設備在變頻過程中進行軟啟動，極大減少了在頻繁啟動工作時所產(chǎn)生的大電流對整體網(wǎng)絡的沖擊，保護了供電系統(tǒng)，減少了對配電設備和電動機的損害，從而電氣設備、水泵及管網(wǎng)得以延長使用時間，相應的減少了維修的次數(shù)以及成本，也能確保供水安全與穩(wěn)定。在實現(xiàn)整體自動控制的同時,提高了供水質(zhì)量，減少了不必要的人力開支，節(jié)省了更多費用，因此值得推廣與使用。

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TU731

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