【文章內(nèi)容簡(jiǎn)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(shí)，對(duì)應(yīng)的節(jié)電率（ % ）為 0， ， ， ， ， 。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)行中生活小區(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)，并且新型的生活小區(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 1/61/8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。 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(diào)節(jié)器、變頻器（主泵 +休眠泵）、管網(wǎng)組成。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)（ 420mA或 010V）反饋到 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。 選取壓力控制參數(shù) ① 合理選取壓力控制參數(shù) 實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)低能耗恒壓供水的關(guān)鍵在于壓力控制參數(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)是管網(wǎng)最不利點(diǎn)壓力恒壓控制，另一個(gè)是泵出口壓力恒壓控制。 ② 兩者的選擇 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)?Hb， 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。 變頻器對(duì)恒壓供水的作用 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。 為了實(shí)現(xiàn)變頻器不跳閘保護(hù)，現(xiàn)實(shí)使用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 。 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 出體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： ① 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 1040%。從單臺(tái)水泵的節(jié)能來(lái)看，流量越小，節(jié)能量越大。 ② 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(hù)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。 9 ③ 系統(tǒng)實(shí)行閉環(huán)供水后，用戶(hù)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 新型的生活小區(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 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)。 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(gè)控制柜，體積很小，整個(gè)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(shè)專(zhuān)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)，再加上變頻器供水的節(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。 變頻恒壓供水的工作原理 水泵的特性 變頻恒壓供水技術(shù)是 80 年代后期發(fā)展起來(lái)的，主要用于樓宇高層的加壓供水，具有水壓恒定、水質(zhì)好、占地小、無(wú)高位水箱、噪音小、節(jié)能等一系列優(yōu)點(diǎn)。該技術(shù)能實(shí)現(xiàn)水泵的軟起動(dòng)，減小水泵起動(dòng)時(shí)的沖擊 電流，使水泵的使用壽命延長(zhǎng)，在調(diào)節(jié)水泵流量時(shí)，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(lèi)，也隨供水管網(wǎng)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(diǎn)的水泵流量 (m3/s)； H 為使用工況點(diǎn)的揚(yáng)程 (m)； k 為輸出介質(zhì)常數(shù) (kg/m3)；η為使用工況點(diǎn)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(jiàn)，在水泵的工作過(guò)程中，在等于原設(shè)計(jì)工況 (點(diǎn) A)時(shí)效率最高，偏離這 個(gè)工況 (點(diǎn)在 B、 C兩點(diǎn)間 )效率就會(huì)降低。 根據(jù)水泵理論的相似定律，當(dāng)水泵的轉(zhuǎn)速發(fā)生變化時(shí)，它的揚(yáng)程 H、流量 Q及水泵功率 P 也隨之變化，它們之間的關(guān)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(zhuǎn)速 n的一次方成正比；揚(yáng)程 H 與轉(zhuǎn)速 n 的平方成正比；水泵功率 P與轉(zhuǎn)速 n 的立方成正比。 圖 2 供水管網(wǎng)的 HQ 曲線 供水管網(wǎng)的 HQ曲線如圖 2所示 ,管網(wǎng)特性曲線與泵特性曲線之交點(diǎn)即為泵的正常使用工況點(diǎn)。 變頻 恒壓供水系統(tǒng) 的 特點(diǎn) ① 節(jié)電 : 優(yōu)化的節(jié)能控制軟件，使水泵實(shí)現(xiàn)最大限度地節(jié)能運(yùn)行； ② 節(jié)水：根據(jù)實(shí)際用水情況設(shè)定管網(wǎng)壓力，自動(dòng)控制水泵出水量，減少了水 的 跑 、 漏 現(xiàn)象； 11 ③ 運(yùn)行可靠：由變頻器實(shí)現(xiàn)泵的軟起動(dòng)，使水泵實(shí)現(xiàn)由工頻到變頻的無(wú)沖擊切換， 防止管網(wǎng)沖擊、避免管網(wǎng)壓力超限，管道破裂 ； ④ 聯(lián)網(wǎng)功能：采用全中文工控組態(tài)軟件，實(shí)時(shí)監(jiān)控各個(gè)站點(diǎn)，如電機(jī)的電壓、電 流、工作頻率、管網(wǎng)壓力及流量等。并且能夠累積每個(gè)站點(diǎn)的用電量，累積每臺(tái)泵的 出水量，同時(shí)提供各種形式的打印報(bào)表，以便分析統(tǒng)計(jì) ； ⑤ 控制靈活：分 壓 供水，手動(dòng)選擇工作方式 ； ⑥ 自我保護(hù)功能完善：如某臺(tái)泵出現(xiàn)故障，主動(dòng)向上位機(jī)發(fā)出報(bào)警信息，同時(shí)啟 動(dòng) 另一臺(tái) 泵，以維持供水平衡。萬(wàn)一自控系統(tǒng)出現(xiàn)故障，用戶(hù)可以直接操作手動(dòng)系統(tǒng)， 以保護(hù)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(shí)的 HQ 曲線 在圖 3中，水泵額定運(yùn)行時(shí)的工況點(diǎn) D是泵的特性曲線 Nn 與管路阻力曲線R1的交點(diǎn)。傳統(tǒng)的利用閥門(mén)控制的水泵，由于要減小流量，關(guān)小閥門(mén)，使閥門(mén)的摩擦阻力變大，阻力曲線從 R1轉(zhuǎn)移到 R1′，揚(yáng)程則從 H0升到 H1，流量從 Qn減小到 Q1，運(yùn)行工況點(diǎn)從 D點(diǎn)轉(zhuǎn)移到 A 點(diǎn)。 而調(diào)速控制水泵時(shí)，閥門(mén)沒(méi)有開(kāi)關(guān)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(zhuǎn)速。如果把速度從 Nn降到 N1，特性曲線也從 Nn轉(zhuǎn)移到 N1。此時(shí)，運(yùn)行工況點(diǎn)從 D 點(diǎn)轉(zhuǎn)移到 C點(diǎn)，揚(yáng)程從 H0下降到 H3，流量從 Qn減小到 Q1。 根據(jù)公式 (1)求出，運(yùn)行時(shí)，在 A 點(diǎn)水泵的功耗為 ?/11QkHPA ? ， C點(diǎn)水泵的功耗為 ?/13QkHPC ? ，兩者的差值為： ? ? ?/113 QHHkPPP CA ????? 。也就是說(shuō)，用閥門(mén)控制水泵流量時(shí)，有Δ P功率被浪費(fèi)掉了，并且這個(gè)損耗隨著閥門(mén)的關(guān)小而增加。 （ 2）系統(tǒng)構(gòu)成與控制方式選擇 針對(duì)給定的條件進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，由于各泵容量相等，可只用一個(gè)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(jià)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(hù)和故障容錯(cuò)中做一定投資，以更好地保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行?？刂破骷c控制方案選擇如下： 現(xiàn)階段使用較多的控制器件為：微處理器（單片機(jī)或 DSP）、 PLC或?qū)Ｓ米冾l器。專(zhuān)用變頻器的主要生產(chǎn)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(diào)節(jié)器、變頻 /