1變頻調(diào)速系統(tǒng)的節(jié)能原理

在輸水泵工頻運轉維持在一定速度的情況下，通過改變泵出口閥門來控制泵的運轉，降低電機的負荷。假設水泵本是在點A運行的，在出口閥門全開的情況下，其出水量達到QA，揚程為HA。如今為了減少注水量，想要將流量降至QB，如果沒有使用調(diào)速裝置，那只能是通過關閉閥門的方式來對出水量進行調(diào)解，這種方法在出口閥門上就需作出QAx(HA-HB)的功，能耗較大，且出現(xiàn)故障的可能性較高，會縮短相關設備和設施的使用壽命。而變頻調(diào)速系統(tǒng)，則是將AB視作泵的性能曲線，結合曲線QA計算在既定流量下所產(chǎn)生的相應的壓力，在A點的水泵達到最高效率時，關閉閥門，而多出來的能耗則作為熱量損失被流動的物質帶走，從而實現(xiàn)對出水量的有效控制。而變頻調(diào)速器，在這個過程中所承擔的任務就是在任何的流量條件下，都能匹配出與之相應的泵的特性曲線，并且隨著流量的減小，電機的運轉速度也要相應的減慢，同時由于改變水流而產(chǎn)生的壓差也需與電機的運轉速度的平方呈正相關。進而根據(jù)實際的注水和出水變化來及時準確的調(diào)節(jié)水泵的揚程，有效降低能耗，實現(xiàn)節(jié)能減排的作用。

2油田供水系統(tǒng)與變頻調(diào)速器的應用

在油田注水的過程中，注水站是滿足油田注水系統(tǒng)的源頭，且輸水泵需要持續(xù)的變動外輸泵的運轉形式，來應對供水過程中輸水量和壓力的改變。在沒有使用變頻調(diào)速技術時，人們多數(shù)是通過對開泵臺數(shù)和人工調(diào)節(jié)閥門的方式來控制水的流量，注水系統(tǒng)的負擔較重，同時工作效率偏低。而在現(xiàn)實的生產(chǎn)工作中，一個承擔著15座注水站的供水以及調(diào)節(jié)相關地區(qū)的供水平衡的供水站，假設其平均日供水在9000-10000m3之間，且擁有4臺型號為LzA200-630D外輸供水泵，平均每臺的裝機容量達132kW，日常工作中只運轉其中的2臺，其余兩臺備用。由于在實際的生產(chǎn)過程中，外圍注水站的注水量直接與供水系統(tǒng)的日供水量向掛鉤，假設油田供水系統(tǒng)的水壓為1.1MPa，受外圍注水量減小的影響，供水系統(tǒng)的供水壓強增加，這時為了對水量進行高效的控制，人們采用變頻調(diào)速器，通過實際的情況，來對正在運動的水泵進行變頻調(diào)速，使之與實際的注水和輸水相匹配。有研究報告曾表示在使用變頻節(jié)能技術進行控制之前，我國油田供水系統(tǒng)的工作效率不足30%，而在使用變頻節(jié)能技術后，效率提升了5個百分點，同時在供水過程的耗能遠低于之前供需水的消耗。

3變頻調(diào)速器在供水系統(tǒng)應用的優(yōu)勢分析

3．1減少管網(wǎng)穿孔和補漏次數(shù)

恒壓變量給水是油田供水系統(tǒng)中變頻節(jié)能技術所常用的一種措施，即為了使水泵出水口的壓力維持在一個恒定的水平，將壓力傳感器設置在水泵機組的出水口，并將該壓力值設為最不利于水泵出水所需的值。一旦管網(wǎng)出口的壓力超出傳感器上所設定的壓力值，那么壓力傳感器就會將實際檢測到的壓力值傳給PID調(diào)節(jié)器，由PID調(diào)節(jié)器對高于或者低于設定值的數(shù)據(jù)進行處理，將處理結果交給變頻器，再由變頻器對來改變電動機的運轉速度，通過這樣一個過程來達到恒壓的目的。管網(wǎng)壓力越趨于穩(wěn)定，其在工作過程中所出現(xiàn)的壓力失恒現(xiàn)象也就越少，同時由于管網(wǎng)壓力過高而造成管網(wǎng)穿孔和補漏的次數(shù)也將明顯降低，有研究者曾對此作出相關的統(tǒng)計和分析，發(fā)現(xiàn)使用變頻調(diào)速技術而產(chǎn)生管網(wǎng)穿孔的概率僅為不適用變頻調(diào)速技術的一半，換句話說即使用變頻調(diào)速技術，管網(wǎng)穿孔的可能性將降低50%。管網(wǎng)穿孔的次數(shù)降低了相應的由此而產(chǎn)生的補漏的次數(shù)也必然會隨著降低，減輕了維修人員工作負擔，節(jié)約了維修成本，同時延長了管網(wǎng)等設備的使用壽命，有效的控制了油田供水系統(tǒng)的運轉成本，提高了其工作效率。

摘要：通過對變頻調(diào)速、恒壓供水技術的研究，對變頻調(diào)速在恒壓供水節(jié)能技術在高校供水中的應用進行了系統(tǒng)闡述。

關鍵詞：變頻調(diào)速；恒壓供水；節(jié)能技術；應用

高校用水量相對較大，尤其是實驗室及學生宿舍用水。因此，加強高校供水節(jié)能技術具有重要的現(xiàn)實意義。眾所周知變頻調(diào)速恒壓供水具有良好的節(jié)能性，且其自動化程度高，在提高其可操控性的同時，也有效地達到了節(jié)能目的[1]。但是，由于高校供系統(tǒng)中的用水是變化范圍較大，一旦變頻水泵的選型或設計不合理，則會提高供水系統(tǒng)的造價，也會直接影響到供水節(jié)能的有效性。

1變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)節(jié)能原理

變頻調(diào)速就是利用改變電動機電源頻率來完成速度調(diào)節(jié)。變頻調(diào)速恒壓供水技術采用一個電位器來實現(xiàn)壓力設定，再結合一個壓力傳感器對管網(wǎng)中的壓力進行監(jiān)測；當壓力傳感器將管網(wǎng)壓力信號傳入變頻器PID回路之后，PID回路立即會做出反應，將水量減少或增加的信號送至控制器，進而達到控制電機轉速。一旦在一定范圍內(nèi)的延時時間內(nèi)，管網(wǎng)內(nèi)的壓力還是過大或不足時，則可以通過PLC進行工頻/變頻切換，使管網(wǎng)內(nèi)的壓力與初始設定的壓力保持一致。隨著用水量的降低，變頻器則會自動地降低輸出頻率，以此來調(diào)節(jié)電動機轉速而達到節(jié)能的作用。而在恒壓供水系統(tǒng)中，變頻調(diào)速替代了恒速電機來對水泵進行驅動，進而達到預期的節(jié)能作用。根據(jù)流體力學，我們知道水泵的工作效率耷P＝C1（Q/n）－C2（Q/n）2；其中C1、C2均為常數(shù)，n為電機轉速，Q為水量。當利用轉速進行水量控制時，水量與轉速為正比；由于，比值Q/n不變，故供水效率始終保持在最理想的狀態(tài)而提高了水泵的效率[2]。

2變頻調(diào)速恒壓供水節(jié)能技術的優(yōu)勢

變頻調(diào)整恒壓供水系統(tǒng)較傳統(tǒng)供水系統(tǒng)的優(yōu)勢在于其可以保持24h自動恒定水壓，并結合管網(wǎng)壓力信號自動啟動備用水泵，具有良好的無級壓力調(diào)動，保障供水質量；同時，也不會造成水管網(wǎng)線破裂等安全隱患的發(fā)生。變頻調(diào)速恒壓供水節(jié)能技術是以變頻調(diào)速為恒壓基礎，進而取代了傳統(tǒng)高位水箱或壓力罐等供水設備，既節(jié)省了大量的占地空間和投入資金；也避免了水泵的頻繁啟停，而提高了供水系統(tǒng)的安全性，同時也因該系統(tǒng)的平滑啟動，而避免了啟動過程中對電網(wǎng)和水泵電機的沖擊，進而提高了水泵的使用壽命[3]。另外，變頻調(diào)整恒壓供水系統(tǒng)既改善了傳統(tǒng)供水系統(tǒng)中水壓不穩(wěn)定問題，也避免了傳統(tǒng)供水過程中啟停過程中的水錘效應，進而全面提高了供水水質。與此同時，變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)還可以結合實際用水量來控制水泵轉速，并在實現(xiàn)多泵循環(huán)工作以及各種保護功能的同時，也延長了水泵的使用壽命，進而達到節(jié)能增效的目的。

1高層建筑供水系統(tǒng)水資源和能源浪費的原因

1.1建筑供水系統(tǒng)中水資源浪費的原因

一是超壓出流造成的水資源浪費。建筑供水系統(tǒng)通過提供一定的壓力能將水輸送到用水設備處。當供水配件前的壓力大于最低工作壓力時就出現(xiàn)超壓流出現(xiàn)象。超壓出流不僅會對供水設備造成一定的損害，縮短使用設備的壽命，還會直接浪費水資源。二是供水過程中漏水造成的水資源浪費。漏水現(xiàn)象在高層建筑供水系統(tǒng)中廣泛存在，如管道腐朽、閥門、水龍頭等相關設備的損壞都會造成大量的水資源流失，由此造成的水資源浪費不容忽視。三是供水過程二次污染造成的水資源浪費。如設備管網(wǎng)內(nèi)污染嚴重，管道清洗不及時等原因產(chǎn)生的供水二次污染，將會造成水資源和能源的浪費，并且危及到用戶的用水安全。

1.2建筑供水系統(tǒng)能源浪費的原因

高層建筑供水系統(tǒng)對水的提升、輸送等都需要消耗大量的能源，水泵的能耗成本是構成供水成本的重要部分，在供水系統(tǒng)的用電量方面，水泵的每日運轉用電量占據(jù)了95%-98%。但是，我國二次水泵加壓效率低下，供水方式不先進、科學，帶來不必要的能量耗費。

2建筑供水系統(tǒng)節(jié)水和節(jié)能的措施

2.1高層建筑供水系統(tǒng)的節(jié)水措施

摘要:以龍巖佰翔京華中心項目為例，對超高層綜合體建筑的生活給水系統(tǒng)設計進行了分析與總結。包括不同的業(yè)態(tài)劃分對生活給水系統(tǒng)的影響，超高層建筑供水形式及系統(tǒng)的選擇。

關鍵詞:超高層；綜合體；生活給水系統(tǒng)；業(yè)態(tài)分區(qū)；給水形式

1工程概況

龍巖佰翔京華中心，位于龍巖市行政及商業(yè)中心，其西側為龍巖最大的購物廣場世紀天成廣場，南側為龍巖市市政府及人民廣場，東側為龍陽大道，龍巖大道是CBD的重要軸線，地理位置優(yōu)越，商業(yè)氣氛濃厚。工程主要由35層的辦公塔樓、41層的酒店塔樓、4層商業(yè)裙房及一個二層地下室組成。地下2層為車庫，設備用房；地下1層為車庫、酒店設備機房、鍋爐房等；地上1層為辦公大堂、酒店大堂、金融營業(yè)廳、商業(yè)，超市、變配電室等；地上2層為金融營業(yè)廳、商業(yè)、超市；地上3層為企業(yè)形象展示廳、影院、商業(yè)、酒店宴會廳、變配電室等；地上4層為影院、商業(yè)、酒店康體健身、游泳池、棋牌室、SPA等；酒店塔樓地上5~6層為餐廳；7層為酒店會議室；8~11層為酒店公寓；12層為酒店避難層；13~14層為酒店宿舍；15~34層為酒店客房。其中23、34層為避難層；35層為酒店會所；35層以上為酒店豪華套房、總統(tǒng)套房。辦公塔樓2層以上均為辦公用房，其中18、32層為避難層。工程為一類高層綜合性公共建筑。地上建筑面積150655.8m2，地下室建筑面積54011.0m2，建筑高度為174.12m。

2生活給水區(qū)域劃分

根據(jù)設計初期業(yè)主提供的資料，本工程建成后將由不同的物業(yè)管理公司管理。根據(jù)物業(yè)管理的不同，本工程生活給水分為四個獨立的系統(tǒng):1）辦公樓給水:專供辦公塔樓生活給水。2）酒店給水:含餐廳，泳池，SPA，員工宿舍，酒店客房等給水。3）裙房商業(yè)給水:含裙房商鋪，影院，裙房屋面綠化給水。4）超市給水:專供超市給水。設計初期方案為:地下室至地上二層（黃海標高336.97m）采用市政壓力直接供水，各用水點根據(jù)業(yè)態(tài)劃分分別設置水表計量；3層及以上區(qū)域根據(jù)不同物業(yè)類型，在物業(yè)管理范圍內(nèi)分別設置3個生活泵房，即辦公生活泵房、酒店生活泵房及商業(yè)生活泵房。設計資料提交后，物業(yè)管理公司開始介入項目。經(jīng)過與物業(yè)管理公司溝通，針對物管公司提出的要求，辦公、商業(yè)供水方案不不變，酒店、超市供水方案做如下調(diào)整:1）酒店對水質要求較高，采用凈水供水系統(tǒng)，所有生活用水需經(jīng)過“全自動軟化器→精濾器→活性炭吸附裝置”處理后方可使用。故酒店供水不再采用部分市政直供，部分加壓供水，調(diào)整為全加壓供水。2）超市部分按物業(yè)管理公司要求，不能間斷供水，在地下室增設超市生活泵房，內(nèi)設50t生活水箱及生活給水加壓設備。超市給水總管采用市政與加壓兩路供水，與市政管網(wǎng)銜接處設倒流防止器，市政斷水時手動關閉與市政連接的閥門，開啟與地下室生活泵房連接的閥門。超市給水系統(tǒng)如圖1所示。

3給水形式、給水系統(tǒng)方案分析

摘要：本文是關于,步進順序控制功能基于PLC和變頻器PID頻率自動調(diào)整功能相結合的恒壓供水控制系統(tǒng)，由變頻器、PLC和三個泵,系統(tǒng)的操作,管網(wǎng)壓力傳感器在4~20ma電流信號輸入到變頻器PID控制器，PID控制器來調(diào)整頻率輸出值,改變泵速。當用戶用水量增加，管網(wǎng)壓力低于設定壓力時，變頻器的輸出頻率增加。當達到設定壓力時，水泵轉速不再變化，管網(wǎng)壓力不變。當泵不能滿足用水量的增加時，PLC會根據(jù)壓力的變化自動增加泵的數(shù)量。當管網(wǎng)用水量減少，不需要多臺泵同時運行時，PLC會自動減少泵的數(shù)量，使管網(wǎng)壓力恒定輸出，從而實現(xiàn)系統(tǒng)的自動控制。

關鍵詞：變頻器；可編程控制器PLC；自動控制

0前言

我國城鎮(zhèn)市政管網(wǎng)的供水壓力通常維持在0.14MP左右，這樣的水壓只能滿足低層建筑供水的要求，高層建筑必須通過二次加壓才能滿足用水要求。以前大多采用常高壓給水系統(tǒng)，由水泵把水提升到水塔，再由水塔把水輸送給各用戶，結果增大了水泵的軸功率和能量損耗，非常不經(jīng)濟；本系統(tǒng)將采用PLC與變頻器相結合的方式來控制水泵的切換和轉速調(diào)節(jié)，使管網(wǎng)壓力恒定輸出。

1變頻恒壓供水系統(tǒng)組成和設備選擇

1.1系統(tǒng)組成

小區(qū)變頻恒壓供水系統(tǒng)通常是由水井、水泵、壓力傳感器、變頻器、管網(wǎng)組成。工作流程是利用設置在管網(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，及時將信號（4-20mA或0-10V）反饋到變頻器PID調(diào)節(jié)器，PID調(diào)節(jié)器對比設定控制壓力進行運算后給出相應的變頻指令，改變水泵的轉速，使得管網(wǎng)的水壓與控制壓力一致。

［摘要］近幾年，隨著城市化進程與現(xiàn)代化進程的加快推進，城市人口逐漸增多，城市的高層建筑也日益增多。高層建筑給水排水工程在維持城市居民生活中舉足輕重，而其設計是一項非常困難的工作，設計者必須對其進行全面的分析，結合要求、根據(jù)工程實際情況，不算調(diào)整、改進設計。本文通過對高層住宅給排水工程的特性的分析，指出了其中存在的問題，并對其進行了設計改進，對其發(fā)展趨勢也進行了展望。

［關鍵詞］高層建筑；給水排水工程；現(xiàn)存問題；發(fā)展趨勢

我國城市規(guī)劃的過程中大多建筑都為高層建筑，高層建筑的建設在很大程度上提高了土地的利用率，但是高層建筑的施工建設難度比較大，設計的過程中施工單位必須綜合分析建筑整體結構特征，并做好給水排水系統(tǒng)的布局，保證最大限度地發(fā)揮給水排水系統(tǒng)的作用。同時，設計人員應該重視給水排水系統(tǒng)設計，采取科學規(guī)范的手段，提高設計水平，為高層建筑的穩(wěn)定運行提供保障。

1工程特點高層建筑給水排水工程

主要分為生活給水、生產(chǎn)給水和消防給水系統(tǒng)三類。高層建筑的給水、排水系統(tǒng)的設計、施工工藝、施工管理等方面都有很高的要求。高層建筑的給水排水工程具有以下幾個方面：第一，靜壓太高，這種特性在高層建筑的熱水系統(tǒng)、給水系統(tǒng)和消防系統(tǒng)中都有明顯的表現(xiàn)[1]。在設計時，應對豎向分區(qū)進行合理的劃分，以保證供水系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，防止因靜壓而對系統(tǒng)的穩(wěn)定運行造成不利的影響。通過改進設計方案，可以解決供水系統(tǒng)中出現(xiàn)的諸多問題，確保給水系統(tǒng)的安全運行。第二，高層建筑的給水、排水需求較大。因為大廈的樓層較高，用水的人多，所以要保證整個大廈的供水，就必須承擔很大的水耗，且瞬間輸送的水量也較大[2]。如果給排水系統(tǒng)的設計有問題，很可能會造成管路堵塞，影響到人們的日常生活。第三，與低層樓房相比，高層建筑的排水量很大，且下水道也比較長，因此需要保證給排水工程的給水管線要長。同時，為確保排泄系統(tǒng)的穩(wěn)定，可以采用加長排水管的方式來減輕壓力波。此外，給排水系統(tǒng)可以保證排水管的通風，使管路內(nèi)的壓力達到穩(wěn)定。值得一提的是，對輸水管線的選用不能隨便，應嚴格遵守有關國家有關規(guī)范，切實改善高層建筑給排水系統(tǒng)的質量。

2現(xiàn)存問題

2.1雨水系統(tǒng)設計中現(xiàn)存問題

摘要：為提高居民社區(qū)供水加壓站設備運行的可靠性、經(jīng)濟性，文章設計了一種供水加壓站遠程控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)的控制器采用西門子S7-1200PLC，現(xiàn)場人機交互采用威綸通觸摸屏，系統(tǒng)可將加壓站設備的運行狀態(tài)和信息經(jīng)遠程通信模塊傳送到遠程監(jiān)控中心，經(jīng)上位機終端實現(xiàn)對加壓站的遠程監(jiān)控功能。

關鍵詞：加壓站；PLC；遠程通信模塊

0引言

近年來，隨著我國城市發(fā)展建設的加快，居民社區(qū)不斷擴大和分散，社區(qū)的用水需求也隨之增大，社區(qū)自來水加壓站已經(jīng)成為城市中非常重要的基礎設施之一，保證供水加壓站的安全可靠運行具有重要的社會意義。但加壓站站點一般分布在各地，不便于維護，因此構建加壓站遠程監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)對加壓站內(nèi)供水設備的智能監(jiān)控是供水可靠運行的關鍵。目前國內(nèi)加壓站監(jiān)控系統(tǒng)大多是使用組態(tài)軟件來獲取加壓站內(nèi)供水設備的運行信息和各種數(shù)據(jù)，這種監(jiān)控系統(tǒng)需要將供水系統(tǒng)和監(jiān)控設備有線連接起來，多用于距離較短的監(jiān)控場合，不能滿足無線遠程監(jiān)控的要求[1]。加壓站遠程控制系統(tǒng)主要是對社區(qū)自來水加壓站內(nèi)的供水設備和供水過程進行監(jiān)控。系統(tǒng)利用傳感器技術、PLC控制技術和通信技術實時采集城市自來水加壓站設備的各種運行狀態(tài)和工作參數(shù)，動態(tài)監(jiān)測加壓站設備，在觸摸屏上顯示監(jiān)測信息；同時利用網(wǎng)絡技術將加壓站設備運行狀況傳送到遠程監(jiān)控中心，完成加壓站自動化監(jiān)控，實現(xiàn)隨時隨地遠程監(jiān)控的目的。

1加壓站遠程控制系統(tǒng)構成

加壓站遠程控制系統(tǒng)采用無線傳輸技術取代了基于光纖的工業(yè)以太網(wǎng)，同時利用巨控GRM500遠程通信模塊與4G網(wǎng)絡雙向傳輸數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對加壓站控制系統(tǒng)的集中管理和控制，不僅可以提高加壓站設備管理效率，還可降低加壓站運行成本。加壓站遠程控制系統(tǒng)由現(xiàn)場控制層和監(jiān)控管理層組成。現(xiàn)場控制層包括傳感器檢測裝置、西門子S7-1200PLC、變頻器、水泵等設備，加壓站供水系統(tǒng)在運行時，壓力檢測裝置將供水管道水壓信號經(jīng)A/D轉換后傳送至PLC，PLC經(jīng)PID運算后輸出調(diào)節(jié)信號到變頻器，變頻器調(diào)節(jié)頻率使水泵轉速運行，保證管道供水水壓穩(wěn)定，完成對加壓站的現(xiàn)場控制[2]；監(jiān)控管理層采用威綸通觸摸屏、巨控遠程通信模塊、手機終端等設備實現(xiàn)對加壓站的現(xiàn)場和遠程監(jiān)控，系統(tǒng)結構如圖1所示。

2加壓站現(xiàn)場控制層設計

1控制系統(tǒng)組成

高層建筑小區(qū)一般采用三泵輪流運行進行供水，當用戶用水少時，使用1臺泵變頻或工頻運行供水;當用戶用水量多時，采用1臺泵工頻運行、1臺泵變頻運行供水;或者是采用2臺泵工頻運行、1臺泵變頻運行供水。系統(tǒng)供水使用泵的臺數(shù)完全根據(jù)用戶用水量的多少，由PLC控制程序自動執(zhí)行。當小區(qū)發(fā)生火災，PLC控制系統(tǒng)接收到火災報警信號時，則關閉生活供水管網(wǎng)，3臺泵全部作消防用水使用，并根據(jù)消防用水量的大小，在維持消防供水高恒壓下，系統(tǒng)自動控制3臺泵投入的臺數(shù)。當火災結束后，3臺泵又恢復為生活供水。

2系統(tǒng)控制要求

對三泵生活/消防雙供水系統(tǒng)的基本要求:1)生活供水時，系統(tǒng)應根據(jù)生活供水壓力要求，使供水管道壓力處在低恒壓值下;2)消防供水時，系統(tǒng)應滿足消防供水的壓力要求，使供水管道處于高恒壓值下;3)在用水量小的情況下，如果一臺泵連續(xù)運行時間超過3h，則要切換到下一臺泵，即系統(tǒng)具有“倒泵功能”，避免一臺泵工作時間過長;4)采用MCGS對系統(tǒng)實時監(jiān)控，具有完善的監(jiān)控報警功能;5)系統(tǒng)具有自動/手動控制功能，手動只在應急或檢修時使用。

3控制系統(tǒng)設計

3．1系統(tǒng)設備選型

控制設備選用西門子公司生產(chǎn)的S7－200CPU226PLC，由于要使用供水管道的壓力值進行閉環(huán)控制，所以還要選用一個模擬量功能模塊EM235(4AI/2AO)。控制水泵電機的變頻器則選用西門子公司生產(chǎn)的風機、水泵專用變頻器MM430。