淺談幾種變頻加壓供水設(shè)備的應(yīng)用與控制方法
淺談幾種變頻加壓供水設(shè)備的應(yīng)用與控制方法
摘要: 隨著變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展和人們對(duì)生活飲用水品質(zhì)要求的不斷提高,變頻加壓供水設(shè)備已廣泛應(yīng)用于多層住宅小區(qū)生活及高層建筑生活消防供水系統(tǒng)。變頻加壓供水設(shè)備一般具有設(shè)備投資少,系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠,占地面積小,節(jié)電節(jié)水,自動(dòng)化程度高,操作控制方便等特點(diǎn)。但在實(shí)際應(yīng)用中若選型及控制不當(dāng),不但達(dá)不到節(jié)能目的,反而"費(fèi)電"。以下結(jié)合我們多年來的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),對(duì)幾種變頻供水設(shè)備的應(yīng)用及其控制方法進(jìn)行介紹,供同行及用戶在設(shè)計(jì)、改造、選型時(shí)參考。
隨著變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展和人們對(duì)生活飲用水品質(zhì)要求的不斷提高,變頻加壓供水設(shè)備已廣泛應(yīng)用于多層住宅小區(qū)生活及高層建筑生活消防供水系統(tǒng)。變頻調(diào)速供水設(shè)備一般具有設(shè)備投資少,系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠,占地面積小,節(jié)電節(jié)水,自動(dòng)化程度高,操作控制方便等特點(diǎn)。但在實(shí)際應(yīng)用中若選型及控制不當(dāng),不但達(dá)不到節(jié)能目的,反而"費(fèi)電"。以下結(jié)合我們多年來的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),對(duì)幾種變頻供水設(shè)備的應(yīng)用及其控制方法進(jìn)行介紹,供同行及用戶在設(shè)計(jì)、改造、選型時(shí)參考。
1.普通循環(huán)軟啟動(dòng)變頻加壓供水設(shè)備
該類型設(shè)備在實(shí)際應(yīng)用中較多,系統(tǒng)由水泵機(jī)組、循環(huán)軟啟動(dòng)變頻柜、壓力儀表、管路系統(tǒng)等構(gòu)成。變頻柜由變頻調(diào)速器,PLC(或變頻控制器),低壓電器等構(gòu)成。系統(tǒng)一般選擇同型號(hào)水泵2~4臺(tái),以3臺(tái)泵為例,系統(tǒng)的工作情況如下:
平時(shí)1臺(tái)泵變頻供水,當(dāng)1臺(tái)泵供水不足時(shí),先開的泵轉(zhuǎn)為工頻運(yùn)行,變頻柜再軟啟動(dòng)第2臺(tái)泵,若流量還不夠,第2臺(tái)泵轉(zhuǎn)為工頻運(yùn)行,變頻柜再軟啟動(dòng)第3臺(tái)泵。若用水量減少,按啟泵順序依次停止工頻泵,直到末后1臺(tái)泵變頻恒壓供水。
另外系統(tǒng)具有定時(shí)換泵功能,若某臺(tái)泵連續(xù)運(yùn)行超過設(shè)定切換時(shí)間(一般設(shè)為1~2天),變頻柜可自動(dòng)停止該泵切換到下一臺(tái)泵繼續(xù)變頻運(yùn)行。換泵時(shí)間由程序設(shè)定,可按要求隨時(shí)調(diào)整。這樣可均衡各泵的運(yùn)行時(shí)間,延長(zhǎng)整體泵組的壽命。
為達(dá)到 好的節(jié)能目的,多功能變頻控制器設(shè)有雙恒壓接口,系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)雙恒壓供水功能。
該系統(tǒng)一般適用于規(guī)模較小的多層住宅小區(qū)(如300戶以內(nèi))或其它小規(guī)模用水系統(tǒng),水泵功率一般不超過7.5kW。另外也適用于小流量用水時(shí)間很短或用水量變化不大的其它場(chǎng)合,如循環(huán)水系統(tǒng)。
2.帶小流量泵的循環(huán)軟啟動(dòng)變頻加壓供水設(shè)備
當(dāng)變頻供水系統(tǒng)在小流量或零流量的情況下,比如在夜間用水低谷時(shí),系統(tǒng)內(nèi)的用水量很小,此時(shí)水泵在低流量下運(yùn)行,會(huì)造成水泵效率大大降低,不能達(dá)到節(jié)能的目的,水泵功率越大用電越多。例如對(duì)300~1000戶的多層住宅小區(qū)或600戶左右的小高層住宅樓群(12層以內(nèi))的生活用水系統(tǒng),生活主泵功率一般在15kW左右,系統(tǒng)的零流量頻率f0一般為25~35Hz,故在夜間小流量時(shí),采用主泵變頻供水效率較低。
這就涉及供水系統(tǒng)在小流量或零流量時(shí)的節(jié)電問題,一般可以采取4種方案:①變頻主泵+工頻輔泵;②變頻主泵+工頻輔泵+氣壓罐;③變頻主泵+氣壓罐;④變頻主泵+變頻輔泵+氣壓罐[2]。從節(jié)能、投資角度看第4種方案更為適宜,該方案即在原變頻主泵基礎(chǔ)上,再配備1~2臺(tái)小泵專用在夜間或平時(shí)小流量時(shí)變頻供水,一般選擇小泵流量為3~6m3/h,居民區(qū)戶數(shù)越多,流量可適當(dāng)選擇大些。小泵功率一般為1.5~3kW,小泵的揚(yáng)程按主泵揚(yáng)程或略低于主泵揚(yáng)程即可。
變頻柜采用PLC控制,程序采用模塊化設(shè)計(jì),系統(tǒng)控制流程見圖1。平時(shí)系統(tǒng)運(yùn)行于主泵循環(huán)軟啟動(dòng)變頻供水模式,系統(tǒng)用水量減小時(shí),主泵頻率逐漸降低,當(dāng)頻率低于小流量頻率時(shí),PID調(diào)節(jié)器發(fā)出低頻切換信號(hào),延,時(shí)后,系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)入小泵變頻供水模式。當(dāng)用水量增大,小泵流量不能滿足系統(tǒng)需要時(shí),PID調(diào)節(jié)器發(fā)出滿頻信號(hào),延,時(shí)后,系統(tǒng)自動(dòng)返回主泵循環(huán)軟啟動(dòng)變頻供水模式。為達(dá)到 好的節(jié)能效果,系統(tǒng)也可實(shí)現(xiàn)雙恒壓供水功能。
以鄭州某單位住宅小區(qū)變頻供水系統(tǒng)為例,生活主泵配QDG30?20×3立式多級(jí)泵2臺(tái),單臺(tái)Q=30m3/h,H=60m,N=11kW,小泵配QDL4.8-8×6立式多級(jí)泵1臺(tái),Q=4.8m3/h,H=48m,N=1.5kW。在用水非高峰時(shí),主泵運(yùn)行小流量頻率平均為30Hz,電流為6.安,采用小泵時(shí)小流量頻率平均為35Hz,電流為2.5安,按每天小流量運(yùn)行時(shí)間15h計(jì)算,每年可節(jié)電3800kW·h。
3.全流量高效變頻加壓供水設(shè)備
對(duì)比較大的生活小區(qū)和高層建筑的生活用水,若單配主泵機(jī)組和小流量泵,因小泵流量QL和主泵流量QM差別較大,當(dāng)流量調(diào)節(jié)范圍在QL~1/3Qm時(shí),水泵的運(yùn)行效率仍很低,導(dǎo)致水泵運(yùn)行不經(jīng)濟(jì),浪費(fèi)電能。并且流量在大于或接近QL時(shí)還會(huì)出現(xiàn)頻繁的換泵操作。為實(shí)現(xiàn)在全流量范圍內(nèi)水泵始終能高效率運(yùn)行,這就有必,要再增加一種中流量水泵,流量可選為1/3Qm~1/2QM。特殊情況下還可增加2種中流量水泵。這樣整體水泵流量選擇呈階梯狀,從而使得設(shè)備在任何流量段運(yùn)行時(shí)均處于水泵的高效率段,更加節(jié)能。
變頻柜控制核心由PLC和多功能PID調(diào)節(jié)儀構(gòu)成,以三種泵配置為例,系統(tǒng)的控制流程見圖2。系統(tǒng)也可實(shí)現(xiàn)雙恒壓供水功能,中泵和小泵變頻時(shí)低恒壓供水,主泵變頻時(shí)高恒壓供水。
4.深水井變頻加壓供水設(shè)備
目前深水井潛水泵采用變頻調(diào)速控制的也非常廣泛,主要是因?yàn)椴恍柙俳ㄋ?,設(shè)備占地小,建設(shè)周期短,水質(zhì)無二次污染,水泵軟啟動(dòng)軟停車,故障率低,大修周期延長(zhǎng),壽命提高。但對(duì)夜間也要求供水的系統(tǒng)(一般居民生活用水都有要求),仍存在夜間小流量"費(fèi)電"問題。一般潛水泵功率較大,小流量頻率fL一般在28Hz以上。如30kW的潛水泵,小流量頻率按30Hz計(jì)算,每天夜間近6h內(nèi)約有50kW·h電能"浪費(fèi)",一年就是18000kW·h!這還未計(jì)入白天小流量時(shí)的用電。
為解決小流量耗電問題,可增配1臺(tái)直徑600~1200的囊式氣壓罐,一般氣壓罐可直接安裝在泵房。根據(jù)氣壓罐的調(diào)節(jié)容量合理設(shè)置小流量頻率fL。變頻柜控制核心仍為PLC和多功能PID調(diào)節(jié)儀,當(dāng)系統(tǒng)用水量變小,運(yùn)行頻率降至小流量頻率fL時(shí),系統(tǒng)進(jìn)入小流量變頻穩(wěn)壓狀態(tài),同時(shí)PLC自動(dòng)計(jì)算潛水泵啟動(dòng)次數(shù),若小時(shí)啟動(dòng)次數(shù)D≥12次,系統(tǒng)則回到潛水泵變頻恒壓供水狀態(tài)。系統(tǒng)的程序見圖3。
5.生活消防合用變頻加壓供水設(shè)備
對(duì)多層建筑,《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GBJ16-87第8.1.2條規(guī)定"消防給水宜與生產(chǎn)、生活給水管道合用"。但對(duì)高層建筑,《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB50045-95第7.4.1條規(guī)定"室內(nèi)消防給水系統(tǒng)應(yīng)與生活、生產(chǎn)給水系統(tǒng)分開獨(dú)立設(shè)置"。而12層以內(nèi)小高層建筑(特別是住宅樓群),生活消防壓力差別不大,若管材選用適當(dāng)或消防管路采取防倒流措施,在采用變頻設(shè)備及電源可靠條件下,建議高規(guī)適當(dāng)放寬要求應(yīng)允許生活消防合用供水設(shè)備。同時(shí)有以下優(yōu)點(diǎn):
(1)生活消防泵組定時(shí)輪換運(yùn)行,不會(huì)因消防泵長(zhǎng)期不用或管理不善而使水泵銹死,機(jī)組時(shí)刻處在工作狀態(tài)。
(2)生活泵組和消防泵組合用,基本節(jié)省一套消防泵組,且便于設(shè)備管理和維護(hù)。
(3)設(shè)備自動(dòng)化程度高,供水穩(wěn)定可靠,且水質(zhì)無二次污染。
(4)水泵軟啟動(dòng)軟停車,無沖擊和超壓危害。
系統(tǒng)可按循環(huán)軟啟動(dòng)變頻設(shè)備或帶小流量泵的循環(huán)軟啟動(dòng)變頻供水設(shè)備選型,主泵流量按生活、消防兩者較大的來選擇,并留有1臺(tái)備用泵,揚(yáng)程一般按消防設(shè)計(jì)壓力選擇。另外還應(yīng)注意的有以下幾點(diǎn):
(1)應(yīng)設(shè)消防接口,如有消防報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)設(shè)24VDC無源啟停接口。
(2)應(yīng)有消防時(shí)確保消防用水的技術(shù)措施,如在生活總管上安裝電磁閥,消防時(shí)關(guān)閉生活用水。
(3)應(yīng)設(shè)水位接口,消防低水位報(bào)警,并關(guān)閉生活用水。
(4)應(yīng)有雙恒壓功能,即平時(shí)低恒壓生活供水,消防時(shí)自動(dòng)轉(zhuǎn)入高恒壓消防供水。
(5)消防時(shí)應(yīng)限制退泵操作,以防止壓力不穩(wěn)。
6.消防變頻加壓供水設(shè)備
多層建筑消火栓或自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)采用消防主泵變頻供水設(shè)備時(shí),可不再設(shè)穩(wěn)壓小泵,由主泵變頻運(yùn)行來保壓。若消防管網(wǎng)室外部分較大,可增加調(diào)節(jié)容量100L左右的穩(wěn)壓罐即可。設(shè)備的主要功能如下。
6.1 主泵變頻穩(wěn)壓功能
平時(shí)無消防時(shí),設(shè)備處于變頻穩(wěn)壓工作狀態(tài),由電接點(diǎn)壓力表采集管網(wǎng)水壓信號(hào),當(dāng)管網(wǎng)水壓低于穩(wěn)壓下限時(shí),消防泵變頻運(yùn)行,向消防管網(wǎng)補(bǔ)水,當(dāng)管網(wǎng)水壓達(dá)到穩(wěn)壓上限時(shí),消防泵軟停止。
6.2 自動(dòng)換泵功能
消防主泵具有周期輪換穩(wěn)壓運(yùn)行功能,換泵周期由變頻柜程序設(shè)定,一般設(shè)定為24~48h。若設(shè)備檢測(cè)到穩(wěn)壓主泵故障時(shí),立即切換到另一臺(tái)主泵穩(wěn)壓運(yùn)行,并報(bào)警顯示。
6.3 自動(dòng)巡檢功能
設(shè)備具有定期強(qiáng)制自動(dòng)巡檢功能或隨時(shí)手動(dòng)巡檢功能,以防水泵長(zhǎng)期不運(yùn)轉(zhuǎn)而"銹死"。巡檢周期和單泵巡檢運(yùn)行時(shí)間可調(diào)。若水泵故障,設(shè)備可自動(dòng)報(bào)警并記憶。
6.4 自動(dòng)消防恒壓供水
設(shè)備接到消防信號(hào),立即進(jìn)入消防主泵恒壓供水狀態(tài)。變頻柜具有循環(huán)軟啟動(dòng)功能,若一臺(tái)泵故障或流量不夠,可自動(dòng)變頻啟動(dòng)另一臺(tái)泵。消防信號(hào)解除,立即恢復(fù)至平時(shí)消防高穩(wěn)壓供水狀態(tài)。
6.5 智能消防功能
因火災(zāi)或管網(wǎng)漏水嚴(yán)重,在無消防信號(hào)情況下,設(shè)備自動(dòng)進(jìn)入消防高恒壓供水狀態(tài)并報(bào)警,防止真正火災(zāi)發(fā)生時(shí)水泵頻繁啟停,水壓時(shí)高時(shí)低不穩(wěn),影響滅火用水。
該類消防設(shè)備安裝相對(duì)集中,配置簡(jiǎn)易,系統(tǒng)自動(dòng)化程度高,減少了平時(shí)管理要分散保養(yǎng)、維護(hù)、檢查的工作量。鄭州某市場(chǎng)采用了2套消防變頻恒壓穩(wěn)壓供水設(shè)備,均未設(shè)穩(wěn)壓小泵和高位水箱,從一年多的運(yùn)行情況看,使用效果非常理想。
7.結(jié)語
(1)生活供水系統(tǒng)采用變頻加壓供水設(shè)備可改善供水水質(zhì),且自動(dòng)化程度高,又是國(guó)家節(jié)能推廣技術(shù),但若選擇使用不當(dāng),又會(huì)造成電能"浪費(fèi)",達(dá)不到預(yù)期目標(biāo)。因此建議設(shè)計(jì)人員和用戶在方案確定之前應(yīng)根據(jù)用水性質(zhì)、用水特點(diǎn)、用水規(guī)模、設(shè)備投資等因素綜合考慮,在保證可靠供水前提下,充分發(fā)揮變頻調(diào)速的節(jié)能潛力。
(2)消防變頻供水設(shè)備自動(dòng)化程度高,系統(tǒng)響應(yīng)迅速,實(shí)戰(zhàn)性強(qiáng),同時(shí)設(shè)備分布相對(duì)集中,配置簡(jiǎn)單,便于管理和維護(hù),建議用戶應(yīng)根據(jù)自身工程特點(diǎn)合理選用。
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