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變頻器在高層建筑給水設(shè)備中的節(jié)能變頻控制

一、高層建筑給水設(shè)備供水系統(tǒng)節(jié)能概述

　　在高層建筑給水設(shè)備供水系統(tǒng)中，最基本的控制對象是流量，高層建筑給水設(shè)備供水系統(tǒng)的基本任務(wù)就是要滿足用戶對流量的需求。目前，常見的流量控制方式有閥門控制和轉(zhuǎn)速控制兩種。

1.閥門控制

　　即通過調(diào)節(jié)閥門開度來控制流量。此時，高層建筑給水設(shè)備供水系統(tǒng)的管道阻力將隨閥門開度的改變而改變，而揚(yáng)程特性保持不變。在高層建筑給水設(shè)備供水系統(tǒng)設(shè)計時，其水泵揚(yáng)程及供水流量都是以滿足用戶的最大可能需求而選定的，且留有一定余量。而實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，系統(tǒng)在大部分時間里都是非滿負(fù)荷運(yùn)行的，這就必須要減小閥門開度，調(diào)整供水流量。這樣，管道阻力隨之增大，從而產(chǎn)生大量的截流損失。這種控制方式不僅會浪費(fèi)許多電機(jī)輸出功率，而且因?yàn)楣茏杼匦缘母淖?，整個系統(tǒng)的供水效率也會大為降低。

2.轉(zhuǎn)速控制

　　即通過改變水泵的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)流量，而閥門的開度保持不變（一般保持最大開度）。當(dāng)水泵轉(zhuǎn)速改變時，高層建筑給水設(shè)備供水系統(tǒng)的揚(yáng)程特性隨之改變，而管阻特性不變。

　　在這種控制方式下，通過變頻調(diào)速技術(shù)改變水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，水泵的供水流量可隨著用水流量的改變而改變，達(dá)到真正的供需平衡，在節(jié)能的同時，也可使整個系統(tǒng)達(dá)到最佳工作效率。隨著變頻調(diào)速技術(shù)的日趨成熟，這種控制方式得到了越來越多的推廣應(yīng)用。

 

二．高層建筑給水設(shè)備節(jié)能原理

　　由流體力學(xué)理論可知，大部分流體傳輸設(shè)備（如離心式水泵、風(fēng)機(jī)等）的輸出流量Q與其轉(zhuǎn)速n成正比；輸出壓力或揚(yáng)程P與其轉(zhuǎn)速n的平方成正比；輸出功率N與其轉(zhuǎn)速n的三次方成正比，用數(shù)學(xué)公式可表示為:

 

　　由上述原理可知，降低水泵的轉(zhuǎn)速，水泵的輸出功率將下降更多。例如，將電機(jī)的供電頻率由50Hz降為45Hz，則理論上，頻率改變后與改變前的輸出功率之比為 (45/50)3 = 72.9%。貴司長期實(shí)踐證明，在供水系統(tǒng)中接入變頻節(jié)能系統(tǒng)，利用變頻技術(shù)改變水泵轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)管道中的流量，以取代閥門調(diào)節(jié)方式，能取得明顯的節(jié)能效果，一般節(jié)電率都在30％以上。另外，變頻器的軟啟動功能及平滑調(diào)速的特點(diǎn)可實(shí)現(xiàn)對流量的平穩(wěn)調(diào)節(jié)，同時減少啟動沖擊并延長機(jī)組及管組的使用壽命。

 

三、高層建筑給水設(shè)備恒壓供水節(jié)能方案

　　如上所述，流量是供水系統(tǒng)的基本控制對象，供水流量需要隨時滿足用水流量。在供水系統(tǒng)中，管道中的水壓能夠充分反映供水能力與用水需求之間的關(guān)系：

若 供水流量 ＞ 用水流量 → 管道水壓上升↑

若 供水流量 ＜ 用水流量 → 管道水壓下降↓

若 供水流量 ＝ 用水流量 → 管道水壓不變

　　所以,保持管道中的水壓恒定，就可保證該處供水能力恰好滿足用水需求，這就是恒壓供水系統(tǒng)所要達(dá)到的目的。

　　變頻恒壓供水系統(tǒng)框圖，供水壓力由用戶在PID調(diào)節(jié)器上設(shè)定，同時壓力傳感器將管路的實(shí)際壓力反饋給PID調(diào)節(jié)器，經(jīng)過PID算法得出的比較變量將以模擬量的形式接入到變頻器的頻率設(shè)定端，再由變頻器控制電機(jī)及水泵的轉(zhuǎn)速、最終調(diào)節(jié)水泵的輸出流量達(dá)到恒壓供水目的，滿足供水及用水平衡。

整個控制過程如下：

 

2、電器控制方案

貴司水泵電機(jī)清單如下：

　　以上數(shù)據(jù)表明，貴司供水系統(tǒng)都為多泵供水系統(tǒng)，用水需求有一定變化，因每組水泵的數(shù)量不多，所以水泵的起停切換頻率不會太高，從投資效益方面考慮，建議貴司采用“一拖二”節(jié)能控制模式：

　　即方案一：每兩臺水泵為一組安裝一臺變頻器，其中任意一臺水泵做常用泵、一臺為備用泵；

　　方案二：每兩臺水泵為一組安裝一臺變頻器，可選擇其中任意一臺水泵做主泵、由變頻器直接拖動進(jìn)行變頻運(yùn)行；另一臺水泵做輔泵、根據(jù)用水需求由變頻器多功能輸出端子自動控制其起停，輔泵只做工頻運(yùn)行。

　　因此2臺22KW電機(jī)需配1臺ADT 22KW變頻器；4臺45KW電機(jī)配2臺ADT 45KW變頻器，其中2臺常用泵用方案二，另外1臺常用泵和1臺備用泵用方案一，平時可同時啟動兩臺水泵做變頻節(jié)能運(yùn)行，充分挖掘節(jié)能空間；6臺55KW電機(jī)需配3臺ADT 55KW變頻器，其中2臺常用泵用方案二，其他2臺常用泵和2臺備用泵用方案一。

　　每臺電機(jī)的電路上都加安裝了“市電”、“節(jié)電”接觸器，這樣可以有“自動”、“手動”兩種工作模式選擇：手動模式下，變頻器不工作，整套系統(tǒng)按原有方式手動起停、工頻運(yùn)行；自動模式下，主泵（1#或2#任選）由變頻器直接拖動，輔泵則由變頻器多功能端子控制，原有啟動按鈕無效。

　　該方案的特點(diǎn)是投入設(shè)備少，操作簡單，故障率低，非常適合水泵數(shù)量較少的恒壓供水系統(tǒng)。

 

四、高層建筑給水設(shè)備節(jié)能系統(tǒng)特點(diǎn)

1、變頻器界面為LED顯示，設(shè)定參數(shù)豐富；鍵盤布局簡潔、易于操作；

2、變頻器有過流、過壓、過熱、缺相等多種電子保護(hù)裝置，并具有故障報警輸出功能，可有效保護(hù)供水系統(tǒng)的正常運(yùn)作；

3、專用數(shù)字PID調(diào)節(jié)器為LED雙屏顯示，參數(shù)設(shè)定方便，易于監(jiān)控；

4、加裝變頻節(jié)能器后，水泵電機(jī)具有軟啟動及變頻調(diào)速功能，可有效降低系統(tǒng)的機(jī)械磨損，同時減輕管路負(fù)擔(dān)；

5、有“手動”“自動”兩種工作模式，在變頻器出現(xiàn)故障的情況下，仍可按原有工作方式繼續(xù)運(yùn)行。

 

高層建筑給水設(shè)備產(chǎn)品概述：

      中贏系列全自動高層建筑給水設(shè)備是一種新型的無塔供水設(shè)備，具有高效、穩(wěn)定，易于維護(hù)等特點(diǎn)， 它主要由水泵機(jī)組、增壓穩(wěn)壓設(shè)備及控制設(shè)備三大部分組成。水泵機(jī)組決定設(shè)備的供水能力;增壓穩(wěn)壓設(shè)備起到蓄能穩(wěn)壓， 以應(yīng)付少量供水及正常的管路泄漏，減少水泵的起停次數(shù)，達(dá)到延長設(shè)備壽命的目的，高層建筑給水設(shè)備也是實(shí)現(xiàn)自動化供水不可缺少的部分; 控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行;當(dāng)用水量增大，管網(wǎng)壓力下降時，水泵自動啟動供水。

      高層建筑給水設(shè)備根據(jù)實(shí)現(xiàn)自動功能的方式的不同，可分為氣壓自動給水設(shè)備和變頻調(diào)速恒壓給水設(shè)備，特點(diǎn)各異，它們廣泛應(yīng)于用生活供水、建筑消防、生產(chǎn)供水及噴淋等各種領(lǐng)域。

      水泵是給水設(shè)備的基礎(chǔ)，是給水設(shè)備實(shí)現(xiàn)其基本功能的保證。為給水設(shè)備配套的水泵是按國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的，可以是不同流量、揚(yáng)程的泵類。按照不同的供水需要，產(chǎn)品可以是1~ 4臺或更多的水泵并聯(lián)運(yùn)行，也可以是水泵機(jī)組與另外一套增壓穩(wěn)壓(小流量)泵組作為在小流量范圍內(nèi)與主泵切換運(yùn)行，以提高效率，進(jìn)一步節(jié)約能源，降低給水成本。

      生活（消防）恒壓變頻供水設(shè)備是集變頻調(diào)速技術(shù)、可編程控制技術(shù)于一身的新一代機(jī)電一體自動化供水設(shè)備。

      該設(shè)備由原裝進(jìn)口交流變頻調(diào)速器、工業(yè)級可編程控制器、數(shù)字PID調(diào)節(jié)器、進(jìn)口低壓電器、壓力傳感器、液位控制器及泵等構(gòu)成閉環(huán)調(diào)節(jié)變頻調(diào)速供水系統(tǒng)。該系統(tǒng)可根據(jù)管網(wǎng)瞬時壓力變化，自動調(diào)節(jié)某臺水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速和多臺水泵電機(jī)的起動和停機(jī)，以滿足用戶對恒壓變量供水或變壓變量供水的要求，使供水管網(wǎng)末端壓力保持恒定，使得整個供水系統(tǒng)始終保持高效節(jié)能的最佳狀態(tài)。

      本設(shè)備在供水系統(tǒng)中應(yīng)用，可免去傳統(tǒng)給水設(shè)施中的供水水塔、高位水箱等設(shè)施（設(shè)備），且節(jié)能效果顯著，是國家重點(diǎn)推廣應(yīng)用的新技術(shù)節(jié)能產(chǎn)品。

 

高層建筑給水設(shè)備產(chǎn)品特點(diǎn)：

1、結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，占地少，毋須建造高位水箱或水塔，投資省，安裝快，便于集中管理;

2、采用進(jìn)口變頻器及相關(guān)元器件，設(shè)計合理，操作簡便，性能可靠，完全自動運(yùn)行;

3、具備多種故障顯示及備查記錄，完善的欠壓、過壓、過載、短路、缺相、水源缺水自動保護(hù)停機(jī)等保護(hù)功能，使用安全，維護(hù)簡便;

4、自由設(shè)定管網(wǎng)壓力，按實(shí)際用水量調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速，使其始終處于高效運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài);采用多臺小功率泵組成泵組代替大功率泵更能適合流量的急劇變化，避免“大馬拉小車”現(xiàn)象， 節(jié)能效果更為顯著。 與恒速泵供水相比， 消除了超壓和回流的無功損耗 ，節(jié)能率達(dá)到20～50%;

5、由變頻器或軟起動器實(shí)現(xiàn)水泵軟起動軟停止，使電網(wǎng)和管網(wǎng)免受沖擊。無水錘現(xiàn)象，大大降低設(shè)備運(yùn)行噪音，延長相關(guān)設(shè)備的使用壽命;

6、多臺泵多種循環(huán)運(yùn)行方式，各泵運(yùn)行時間，避免其中某臺水泵因閑置而銹蝕;

7、直接向用戶供水，水質(zhì)二次污染;

8、品種規(guī)格齊全，可任意配套，應(yīng)用范圍廣;

9、控制程序化，可按用戶需要實(shí)現(xiàn)多種控制方式。例如：定時開關(guān)系統(tǒng)、消防聯(lián)動、小流量和零流量自動關(guān)機(jī)睡眠、上位機(jī)集中管理等;

10、管網(wǎng)常壓供水，可避免外露管路凍裂;可按需要任意調(diào)節(jié)設(shè)備供水壓力，滿足用水高峰期建筑頂層的水壓要求。

 

高層建筑給水設(shè)備主要用途：

1、高層、城鎮(zhèn)居民小區(qū)、企事業(yè)單位等生活用水。

2、各類工業(yè)用水（如冷卻水循環(huán)等要求恒壓供水的生產(chǎn)用水）。

3、各類自來水廠、污水處理廠、機(jī)場、農(nóng)業(yè)排灌站和噴灌站。

4、環(huán)保水處理、滲透分析系統(tǒng)、生產(chǎn)線加工系統(tǒng)、工業(yè)廠房清洗。

5、油田輸油管道、油庫、油港的恒壓輸油系統(tǒng)。

6、舊有供水系統(tǒng)（氣壓罐、水塔、高位水箱）改造更新。

7、工業(yè)鍋爐穩(wěn)壓補(bǔ)水系統(tǒng)、熱水供應(yīng)系統(tǒng)。

8、各種消防設(shè)施。

 

高層建筑給水設(shè)備工作條件：

1、氣壓水罐工作壓力：0.6MPa、1.0MPa、1.6MPa。 

2、氣壓水罐的消防儲水容積大于：150L、300L、450L。 

3、氣壓水罐的穩(wěn)壓水容積大于50L。 

4、氣壓水罐的緩沖水容積壓差為0.02~0.03MPa,穩(wěn)壓水容積壓差為0.05~0.06MPa。 

5、工作壓力比：a b 值為0.6~40℃.