變頻器在高層建筑給水設備中的節(jié)能變頻控制
變頻器在高層建筑給水設備中的節(jié)能變頻控制
一、高層建筑給水設備供水系統(tǒng)節(jié)能概述
在高層建筑給水設備供水系統(tǒng)中，最基本的控制對象是流量，高層建筑給水設備供水系統(tǒng)的基本任務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，而揚程特性保持不變。在高層建筑給水設備供水系統(tǒng)設計時，其水泵揚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。而實際應用當中，系統(tǒng)在大部分時間里都是非滿負荷運行的，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許多電機輸出功率，而且因為管阻特性的改變，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）。當水泵轉(zhuǎn)速改變時，高層建筑給水設備供水系統(tǒng)的揚程特性隨之改變，而管阻特性不變。
在這種控制方式下，通過變頻調(diào)速技術改變水泵電機的轉(zhuǎn)速，水泵的供水流量可隨著用水流量的改變而改變，達到真正的供需平衡，在節(jié)能的同時，也可使整個系統(tǒng)達到最佳工作效率。隨著變頻調(diào)速技術的日趨成熟，這種控制方式得到了越來越多的推廣應用。
二．高層建筑給水設備節(jié)能原理
由流體力學理論可知，大部分流體傳輸設備（如離心式水泵、風機等）的輸出流量Q與其轉(zhuǎn)速n成正比；輸出壓力或揚程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)速的特點可實現(xiàn)對流量的平穩(wěn)調(diào)節(jié)，同時減少啟動沖擊并延長機組及管組的使用壽命。
三、高層建筑給水設備恒壓供水節(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)器上設定，同時壓力傳感器將管路的實際壓力反饋給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定端，再由變頻器控制電機及水泵的轉(zhuǎn)速、最終調(diào)節(jié)水泵的輸出流量達到恒壓供水目的，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行變頻運行；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，輔泵只做工頻運行。
因此2臺22KW電機需配1臺ADT 22KW變頻器；4臺45KW電機配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)能運行，充分挖掘節(jié)能空間；6臺55KW電機需配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。
該方案的特點是投入設備少，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、高層建筑給水設備節(jié)能系統(tǒng)特點
1、變頻器界面為LED顯示，設定參數(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裝置，并具有故障報警輸出功能，可有效保護供水系統(tǒng)的正常運作；
3、專用數(shù)字PID調(diào)節(jié)器為LED雙屏顯示，參數(shù)設定方便，易于監(jiān)控；
4、加裝變頻節(jié)能器后，水泵電機具有軟啟動及變頻調(diào)速功能，可有效降低系統(tǒng)的機械磨損，同時減輕管路負擔；
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)運行。
高層建筑給水設備產(chǎn)品概述：
中贏系列全自動高層建筑給水設備是一種新型的無塔供水設備，具有高效、穩(wěn)定，易于維護等特點， 它主要由水泵機組、增壓穩(wěn)壓設備及控制設備三大部分組成。水泵機組決定設備的供水能力;增壓穩(wěn)壓設備起到蓄能穩(wěn)壓， 以應付少量供水及正常的管路泄漏，減少水泵的起停次數(shù)，達到延長設備壽命的目的，高層建筑給水設備也是實現(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)定運行;當用水量增大，管網(wǎng)壓力下降時，水泵自動啟動供水。
高層建筑給水設備根據(jù)實現(xiàn)自動功能的方式的不同，可分為氣壓自動給水設備和變頻調(diào)速恒壓給水設備，特點各異，它們廣泛應于用生活供水、建筑消防、生產(chǎn)供水及噴淋等各種領域。
水泵是給水設備的基礎，是給水設備實現(xiàn)其基本功能的保證。為給水設備配套的水泵是按國家相關標準生產(chǎn)的，可以是不同流量、揚程的泵類。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)運行，也可以是水泵機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)與主泵切換運行，以提高效率，進一步節(jié)約能源，降低給水成本。
生活（消防）恒壓變頻供水設備是集變頻調(diào)速技術、可編程控制技術于一身的新一代機電一體自動化供水設備。
該設備由原裝進口交流變頻調(diào)速器、工業(yè)級可編程控制器、數(shù)字PID調(diào)節(jié)器、進口低壓電器、壓力傳感器、液位控制器及泵等構成閉環(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)某臺水泵電機的轉(zhuǎn)速和多臺水泵電機的起動和停機，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)。
本設備在供水系統(tǒng)中應用，可免去傳統(tǒng)給水設施中的供水水塔、高位水箱等設施（設備），且節(jié)能效果顯著，是國家重點推廣應用的新技術節(jié)能產(chǎn)品。
高層建筑給水設備產(chǎn)品特點：
1、結構緊湊，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、采用進口變頻器及相關元器件，設計合理，操作簡便，性能可靠，完全自動運行;
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、水源缺水自動保護停機等保護功能，使用安全，維護簡便;
4、自由設定管網(wǎng)壓力，按實際用水量調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速，使其始終處于高效運轉(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)能率達到20～50%;
5、由變頻器或軟起動器實現(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，大大降低設備運行噪音，延長相關設備的使用壽命;
6、多臺泵多種循環(huán)運行方式，各泵運行時間，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，應用范圍廣;
9、控制程序化，可按用戶需要實現(xiàn)多種控制方式。例如：定時開關系統(tǒng)、消防聯(lián)動、小流量和零流量自動關機睡眠、上位機集中管理等;
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)壓補水系統(tǒng)、熱水供應系統(tǒng)。
8、各種消防設施。
高層建筑給水設備工作條件：
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℃.
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