【文章內容簡介】 （０ .４ +０ .６Ｑ）Ｐ 額 ＝０ .７６Ｐ 額 ，節(jié)電＝（Ｐ 閥 Ｐ 變 ）／Ｐ 閥 １００％＝７１ .６％。流量（ %）分別為100， 90， 80， 70， 60， 50時，對應的節(jié)電率（ % ）為 0， ， ， ， ， 。由此可見：從理論計算結果可以看到節(jié)能效果非常顯著，而且在實際運行中生活小區(qū)變頻恒壓供水技術比傳統(tǒng)的加壓供水系統(tǒng)還有自動控制恒壓 、無污染等明顯優(yōu)勢，并且新型的生活小區(qū)變頻恒壓供水系統(tǒng)能自動地控制一至多臺主泵和一臺休眠泵的運行。在管網用水量減少到單臺主泵流量的約 1/61/8時，系統(tǒng)自動停止主泵，啟動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大量電能的浪費問題，從運行控制上進一步節(jié)能。 生活小區(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 8 感器、 PID調節(jié)器、變頻器（主泵 +休眠泵）、管網組成。工作流程是利用設置在管網上的壓力傳感器將管網系統(tǒng)內因用水量的變化引起的水壓變化，及時將信號（ 420mA或 010V）反饋到 PID調節(jié)器， PID調節(jié)器對比設定控制壓力進行運算后給出相應的變頻指令，改變水泵的運行或轉速，使得管網的水壓與控制壓力一致。 選取壓力控制參數 ① 合理選取壓力控制參數 實現系統(tǒng)低能耗恒壓供水的關鍵在于壓力控制參數的選取，通常管網壓力控制點的選擇有兩個：一個是管網最不利點壓力恒壓控制，另一個是泵出口壓力恒壓控制。 ② 兩者的選擇 管網最不利點壓力恒定時，管網用水量由 QMAX減少到 Q1，水泵降低轉速，與用水管路特性曲線 A（不變）相交于點 C，水泵特性曲線下 移，管網最不利點壓力 H0。而泵出口壓力恒壓控制時，則 Ha不變，用水量由 QMAX減少到 Q1 與 Ha交于 B 點，用水管路特性曲線 A上移并通過 B點，管網最不利點壓力變?yōu)?Hb， Hb H0的揚程差即為能量浪費，所以選擇管網最不利點的最小水頭為壓力控制參數，形成閉環(huán)壓力自控系統(tǒng)，使得水泵的轉速與 PID 調節(jié)器設定壓力相匹配，可以達到最大節(jié)能效果，而且實現了恒壓供水的目的。 變頻器對恒壓供水的作用 變頻器在投入運行后的調試是保證系統(tǒng)達到最佳運行狀態(tài)的必要手段。變頻器根據負載的轉動慣量的大小，在啟動和停止電機時所 需的時間不相同，設定時間過短會導致變頻器在加速時過電流、在減速時過電壓保護；設定時間過長會導致變頻器在調速運行時使系統(tǒng)變得調節(jié)緩慢，反應遲滯，應變能力差，系統(tǒng)易處在短期不穩(wěn)定狀態(tài)中。 為了實現變頻器不跳閘保護，現實使用中的許多變頻器加減速時間的設置過長，它所帶來的問題很容易被設備外表的正常而掩蓋，但是變頻器達不到最佳運行狀態(tài)。所以使用時要根據所驅動的負載性質不同，測試出負載的允許最短加減速時間，進行設定。對于水泵電機，加減速時間的選擇在 。 相對與傳統(tǒng)的加壓供水方式，變頻恒壓供水系統(tǒng)的優(yōu)點突 出體現在以下幾個方面： ① 變頻恒壓供水系統(tǒng)的最顯著優(yōu)點就是節(jié)約電能，節(jié)能量通常在 1040%。從單臺水泵的節(jié)能來看，流量越小，節(jié)能量越大。 ② 變頻恒壓供水系統(tǒng)實現了系統(tǒng)供水壓力穩(wěn)定而流量可在大范圍內連續(xù)變化，從而可以保證用戶任何時候的用水壓力，不會出現在用水高峰期熱水器不能正常使用的情況。 9 ③ 系統(tǒng)實行閉環(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、氣壓罐等設施，避免了用水的“二次污染”，取消了水池定期清理的工作。 ④ 新型的生活小區(qū)變頻恒壓供水系統(tǒng)具備了過流、過壓、欠壓、欠 相、短路保護、瞬時停電保護、過載、失速保護、低液位保護、主泵定時輪換控制、密碼設定等功能，功能完善，全自動控制，自動運行，泵房不設崗位，只需派人定期檢查、保養(yǎng)。 ⑤ 使用變頻器后，機泵的轉速不再是長期維持額定轉速運行，減少了機械磨損，降低了機泵故障率，而且主泵定時輪換控制功能自動定時輪換主泵運行，保證各泵磨損均勻且不銹死，延長了機泵使用壽命。變頻器的無級調速運行，實現了機泵軟啟動，避免了電機開停時的大電流對電機線圈和電網的沖擊，消除了水泵的水錘效應。 新型的生活小區(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控制柜，體積很小，整個系統(tǒng)占地也非常小，可以節(jié)省投資。另外不用水塔或天面水池、控制間不設專人管理、設備故障率極低等方面都實現了進一步減少投資，運行管理費低的特點，再加上變頻器供水的節(jié)能優(yōu)點，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。 變頻恒壓供水的工作原理 水泵的特性 變頻恒壓供水技術是 80 年代后期發(fā)展起來的，主要用于樓宇高層的加壓供水，具有水壓恒定、水質好、占地小、無高位水箱、噪音小、節(jié)能等一系列優(yōu)點。該技術能實現水泵的軟起動，減小水泵起動時的沖擊 電流，使水泵的使用壽命延長，在調節(jié)水泵流量時，可以節(jié)約可觀的能量。 水泵的輸出特性既決定于水泵的種類，也隨供水管網系統(tǒng)的阻力特性曲線不同而不同。離心式水泵的特性公式如下： P=kHQ/η （ 1） 式中， P 為水泵的功耗 (kW)； Q為使用工況點的水泵流量 (m3/s)； H 為使用工況點的揚程 (m)； k 為輸出介質常數 (kg/m3)；η為使用工況點的泵效率 (%)。 10 圖 1 離心水泵的 HQ 曲線 圖 1 給出了離心式水泵的 HQ曲線，可見，在水泵的工作過程中，在等于原設計工況 (點 A)時效率最高，偏離這 個工況 (點在 B、 C兩點間 )效率就會降低。 根據水泵理論的相似定律，當水泵的轉速發(fā)生變化時，它的揚程 H、流量 Q及水泵功率 P 也隨之變化，它們之間的關系可以表示為： Q2/Q1=n2/n1 H2/H1=(n2/n1)178。 P2/P1=(n2/n1)179。 流量 Q與轉速 n的一次方成正比；揚程 H 與轉速 n 的平方成正比；水泵功率 P與轉速 n 的立方成正比。 圖 2 供水管網的 HQ 曲線 供水管網的 HQ曲線如圖 2所示 ,管網特性曲線與泵特性曲線之交點即為泵的正常使用工況點。 變頻 恒壓供水系統(tǒng) 的 特點 ① 節(jié)電 : 優(yōu)化的節(jié)能控制軟件，使水泵實現最大限度地節(jié)能運行； ② 節(jié)水：根據實際用水情況設定管網壓力，自動控制水泵出水量，減少了水 的 跑 、 漏 現象； 11 ③ 運行可靠：由變頻器實現泵的軟起動，使水泵實現由工頻到變頻的無沖擊切換， 防止管網沖擊、避免管網壓力超限，管道破裂 ； ④ 聯網功能：采用全中文工控組態(tài)軟件，實時監(jiān)控各個站點，如電機的電壓、電 流、工作頻率、管網壓力及流量等。并且能夠累積每個站點的用電量，累積每臺泵的 出水量，同時提供各種形式的打印報表，以便分析統(tǒng)計 ； ⑤ 控制靈活：分 壓 供水，手動選擇工作方式 ； ⑥ 自我保護功能完善：如某臺泵出現故障，主動向上位機發(fā)出報警信息，同時啟 動 另一臺 泵，以維持供水平衡。萬一自控系統(tǒng)出現故障，用戶可以直接操作手動系統(tǒng)， 以保護供水。 變頻恒壓供水系統(tǒng)的節(jié)能原理 （ 1）系統(tǒng)的原理 圖 3 供水流量變化時的 HQ 曲線 在圖 3中，水泵額定運行時的工況點 D是泵的特性曲線 Nn 與管路阻力曲線R1的交點。傳統(tǒng)的利用閥門控制的水泵，由于要減小流量，關小閥門，使閥門的摩擦阻力變大，阻力曲線從 R1轉移到 R1′，揚程則從 H0升到 H1，流量從 Qn減小到 Q1，運行工況點從 D點轉移到 A 點。 而調速控制水泵時，閥門沒有開關變化，因此阻力曲線 R1不變。為使流量改變，需要改變水泵的轉速。如果把速度從 Nn降到 N1，特性曲線也從 Nn轉移到 N1。此時，運行工況點從 D 點轉移到 C點，揚程從 H0下降到 H3，流量從 Qn減小到 Q1。 根據公式 (1)求出，運行時，在 A 點水泵的功耗為 ?/11QkHPA ? ， C點水泵的功耗為 ?/13QkHPC ? ，兩者的差值為： ? ? ?/113 QHHkPPP CA ????? 。也就是說，用閥門控制水泵流量時，有Δ P功率被浪費掉了，并且這個損耗隨著閥門的關小而增加。 （ 2）系統(tǒng)構成與控制方式選擇 針對給定的條件進行系統(tǒng)設計，由于各泵容量相等，可只用一個變頻器，額定功率稍大 于或等于泵的額定功率。由于變頻器的價格較高，因此不建議使用變 12 頻器的雙余度備份，但可在保護和故障容錯中做一定投資，以更好地保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行?？刂破骷c控制方案選擇如下： 現階段使用較多的控制器件為：微處理器（單片機或 DSP）、 PLC或專用變頻器。專用變頻器的主要生產廠商有三菱、 ABB等公司。不同的控制裝置在控制的原理上基本是一樣的，主要有 PID 調節(jié)器、變頻 /