中贏小區(qū)變頻恒壓供水系統(tǒng)的節(jié)能理論,控制參數(shù)選擇及優(yōu)點(diǎn)
中贏小區(qū)變頻恒壓供水系統(tǒng)的節(jié)能理論,控制參數(shù)選擇及優(yōu)點(diǎn)
一、 小區(qū)變頻恒壓供水系統(tǒng)概述
交流電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)是一項(xiàng)業(yè)已廣泛應(yīng)用的節(jié)能技術(shù)。由于電子技術(shù)的飛速發(fā)展,變頻器的性能有了極大提高,它可以實(shí)現(xiàn)控制設(shè)備軟啟軟停,不僅可以降低設(shè)備故障率,還可以大幅減少電耗,確保系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、長(zhǎng)周期運(yùn)行。
長(zhǎng)期以來(lái)區(qū)域的供水系統(tǒng)都是由市政管網(wǎng)經(jīng)過(guò)二次加壓和水塔或天面水池來(lái)滿足用戶對(duì)供水壓力的要求。在小區(qū)變頻恒壓供水系統(tǒng)中加壓泵通常是用最不利用水點(diǎn)的水壓要求來(lái)確定相應(yīng)的揚(yáng)程設(shè)計(jì),然后泵組根據(jù)流量變化情況來(lái)選配,并確定水泵的運(yùn)行方式。由于小區(qū)用水有著季節(jié)和時(shí)段的明顯變化,日常供水運(yùn)行控制就常采用水泵的運(yùn)行方式調(diào)整加上出口閥開(kāi)度調(diào)節(jié)供水的水量水壓,大量能量因消耗在出口閥而浪費(fèi),而且存在著水池“二次污染”的問(wèn)題。變頻調(diào)速技術(shù)在給水泵站上應(yīng)用,成功地解決了能耗和污染的兩大難題。
二、 小區(qū)變頻恒壓供水系統(tǒng)變頻節(jié)能理論
1、交流電機(jī)變頻調(diào)速原理
交流電機(jī)轉(zhuǎn)速特性:n=60f(1-s)/p,其中n 為電機(jī)轉(zhuǎn)速,f為交流電頻率,s 為轉(zhuǎn)差率,p為極對(duì)數(shù)。
電機(jī)選定之后s 、p則為定值,電機(jī)轉(zhuǎn)速n和交流電頻率f 成正比,使用變頻器來(lái)改變交流電頻率,即可實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)變頻無(wú)級(jí)調(diào)速。
2、根據(jù)離心泵的負(fù)載工作原理可知:
流量與轉(zhuǎn)速成正比:Q∝N
轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比:T∝N2
功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比:P∝N3
而且變頻調(diào)速自身的能量損耗極低,在各種轉(zhuǎn)速下變頻器輸入功率幾乎等于電機(jī)軸功率,由此可知在使用變頻調(diào)速技術(shù)供水時(shí),系統(tǒng)中流量變化與功率的關(guān)系:
P變=N3P額=Q3P額
采用出口閥控制流量的方式,電機(jī)在工頻運(yùn)行時(shí),系統(tǒng)中流量變化與功率的關(guān)系:P閥=(0.4+0.6Q)P額
其中,P為功率
?。螢檗D(zhuǎn)速
Q為流量
例如設(shè)定當(dāng)前流量為水泵額定流量的60%,則采用變頻調(diào)速時(shí)P變=Q3P額=0.216P額,而采用閥門(mén)控制時(shí)P閥=(0.4+0.6Q)P額=0.76P額,節(jié)電=(P閥-P變)/P閥*100%=71.6%。
流量% 100 90 80 70 60 50
節(jié)電率% 0 22.5 41.8 61.5 71.6 82.1
由此可見(jiàn)從理論計(jì)算結(jié)果可以看到節(jié)能效果非常顯著,而且在實(shí)際運(yùn)行中小區(qū)變頻恒壓供水技術(shù)比傳統(tǒng)的加壓供水系統(tǒng)還有自動(dòng)控制恒壓、無(wú)污染等明顯優(yōu)勢(shì)。
而且新型的小區(qū)變頻恒壓供水系統(tǒng)能自動(dòng)地控制一至多臺(tái)主泵和一臺(tái)休眠泵的運(yùn)行。在管網(wǎng)用水量減少到單臺(tái)主泵流量的約1/6-1/8時(shí),系統(tǒng)自動(dòng)停止主泵,啟動(dòng)小功率的休眠泵工作,保證系統(tǒng)小流量供水,解決小流量甚至零流量供水時(shí)大量電能的浪費(fèi)問(wèn)題,從運(yùn)行控制上進(jìn)一步節(jié)能。
三、 小區(qū)變頻恒壓供水系統(tǒng)及控制參數(shù)選擇
1、小區(qū)變頻恒壓供水系統(tǒng)組成
小區(qū)變頻恒壓供水系統(tǒng)通常是由水池、離心泵(主泵+休眠泵)、壓力傳感器、PID調(diào)節(jié)器、變頻器(主泵+休眠泵)、管網(wǎng)組成(如圖1)。工作流程是利用設(shè)置在管網(wǎng)上的壓力傳感器將管網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)因用水量的變化引起的水壓變化,及時(shí)將信號(hào)(4-20mA或0-10V)反饋PID調(diào)節(jié)器,PID調(diào)節(jié)器對(duì)比設(shè)定控制壓力進(jìn)行運(yùn)算后給出相應(yīng)的變頻指令,改變水泵的運(yùn)行或轉(zhuǎn)速,使得管網(wǎng)的水壓與控制壓力一致。
2、變頻恒壓供水系統(tǒng)的參數(shù)選取
(1)、合理選取壓力控制參數(shù),實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)低能耗恒壓供水。這個(gè)目的的實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵就在于壓力控制參數(shù)的選取,通常管網(wǎng)壓力控制點(diǎn)的選擇有兩個(gè):一個(gè)就是管網(wǎng)最不利點(diǎn)壓力恒壓控制,另一個(gè)就是泵出口壓力恒壓控制。兩者如何選擇。
管網(wǎng)最不利點(diǎn)壓力恒定時(shí),管網(wǎng)用水量由QMAX減少到Q1,水泵降低轉(zhuǎn)速,與用水管路特性曲線A(不變)相交于點(diǎn)C,水泵特性曲線下移,管網(wǎng)最不利點(diǎn)壓力H0。而泵出口壓力恒壓控制時(shí),則Ha不變,用水量由QMAX減少到Q1與Ha交于B點(diǎn),用水管路特性曲線A上移并通過(guò)B點(diǎn),管網(wǎng)最不利點(diǎn)壓力變?yōu)镠b,Hb - H0的揚(yáng)程差即為能量浪費(fèi),所以選擇管網(wǎng)最不利點(diǎn)的最小水頭為壓力控制參數(shù),形成閉環(huán)壓力自控系統(tǒng),使得水泵的轉(zhuǎn)速與PID調(diào)節(jié)器設(shè)定壓力相匹配,可以達(dá)到最大節(jié)能效果,而且實(shí)現(xiàn)了恒壓供水的目的。
(2)、變頻器在投入運(yùn)行后的調(diào)試是保證系統(tǒng)達(dá)到最佳運(yùn)行狀態(tài)的必要手段。變頻器根據(jù)負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的大小,在啟動(dòng)和停止電機(jī)時(shí)所需的時(shí)間不相同,設(shè)定時(shí)間過(guò)短會(huì)導(dǎo)致變頻器在加速時(shí)過(guò)電流、在減速時(shí)過(guò)電壓保護(hù);設(shè)定時(shí)間過(guò)
長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致變頻器在調(diào)速運(yùn)行時(shí)使系統(tǒng)變得調(diào)節(jié)緩慢,反應(yīng)遲滯,應(yīng)變能力差,系統(tǒng)易處在短期不穩(wěn)定狀態(tài)中。
為了變頻器不跳閘保護(hù),現(xiàn)場(chǎng)使用當(dāng)中的許多變頻器加減速時(shí)間的設(shè)置過(guò)長(zhǎng),它所帶來(lái)的問(wèn)題很容易被設(shè)備外表的正常而掩蓋,但是變頻器達(dá)不到最佳運(yùn)行狀態(tài)。所以現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)要根據(jù)所驅(qū)動(dòng)的負(fù)載性質(zhì)不同,測(cè)試出負(fù)載的允許最短加減速時(shí)間,進(jìn)行設(shè)定。對(duì)于水泵電機(jī),加減速時(shí)間的選擇在0.2-20秒之間。
四、 小區(qū)變頻恒壓供水系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)
相對(duì)與傳統(tǒng)的加壓供水方式,變頻恒壓供水系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)突出的體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:
1、高效節(jié)能
變頻恒壓供水系統(tǒng)的最顯著優(yōu)點(diǎn)就是節(jié)約電能,節(jié)能量通常在10-40%。從單臺(tái)水泵的節(jié)能來(lái)看,流量越小,節(jié)能量越大。
2、恒壓供水
變頻恒壓供水系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)供水壓力穩(wěn)定而流量可在大范圍內(nèi)連續(xù)變化,從而可以保證用戶任何時(shí)候的用水壓力,不會(huì)出現(xiàn)在用水高峰期熱水器不能正常使用的情況。
3、安全衛(wèi)生
系統(tǒng)實(shí)行閉環(huán)供水后,用戶的水全部由管道直接供給,取消了水塔、天面水池、氣壓罐等設(shè)施,避免了用水的“二次污染”,取消了水池定期清理的工作。
4、自動(dòng)運(yùn)行、管理簡(jiǎn)便
新型的小區(qū)變頻恒壓供水系統(tǒng)具備了過(guò)流、過(guò)壓、欠壓、欠相、短路保護(hù)、瞬時(shí)停電保護(hù)、過(guò)載、失速保護(hù)、低液位保護(hù)、主泵定時(shí)輪換控制、密碼設(shè)定等功能,功能完善,全自動(dòng)控制,自動(dòng)運(yùn)行,泵房不設(shè)崗位,只需派人定期檢查、保養(yǎng)。
5、延長(zhǎng)設(shè)備壽命、保護(hù)電網(wǎng)穩(wěn)定
使用變頻器后,機(jī)泵的轉(zhuǎn)速不再是長(zhǎng)期維持額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行,減少了機(jī)械磨損,降低了機(jī)泵故障率,而且主泵定時(shí)輪換控制功能自動(dòng)定時(shí)輪換主泵運(yùn)行,保證各泵磨損均勻且不銹死,延長(zhǎng)了機(jī)泵使用壽命。變頻器的無(wú)級(jí)調(diào)速運(yùn)行,實(shí)現(xiàn)了機(jī)泵軟啟動(dòng),避免了電機(jī)開(kāi)停時(shí)的大電流對(duì)電機(jī)線圈和電網(wǎng)的沖擊,消除了水泵的水錘效應(yīng)。
6、占地少、投資回收期短
新型的小區(qū)變頻恒壓供水系統(tǒng)采用水池上直接安裝立式泵,控制間只要安放一到兩個(gè)控制柜,體積很小,整個(gè)系統(tǒng)占地就非常小,可以節(jié)省投資。另外不用水塔或天面水池、控制間不設(shè)專人管理、設(shè)備故障率極低等方面都實(shí)現(xiàn)了進(jìn)一步減少投資,運(yùn)行管理費(fèi)低的特點(diǎn),再加上變頻供水的節(jié)能優(yōu)點(diǎn),都決定了小區(qū)變頻恒壓供水系統(tǒng)的投資回收期短,一般約2年。