变频供水系统范例

1变频调速系统的节能原理

在输水泵工频运转维持在一定速度的情况下，通过改变泵出口阀门来控制泵的运转，降低电机的负荷。假设水泵本是在点A运行的，在出口阀门全开的情况下，其出水量达到QA，扬程为HA。如今为了减少注水量，想要将流量降至QB，如果没有使用调速装置，那只能是通过关闭阀门的方式来对出水量进行调解，这种方法在出口阀门上就需作出QAx(HA-HB)的功，能耗较大，且出现故障的可能性较高，会缩短相关设备和设施的使用寿命。而变频调速系统，则是将AB视作泵的性能曲线，结合曲线QA计算在既定流量下所产生的相应的压力，在A点的水泵达到最高效率时，关闭阀门，而多出来的能耗则作为热量损失被流动的物质带走，从而实现对出水量的有效控制。而变频调速器，在这个过程中所承担的任务就是在任何的流量条件下，都能匹配出与之相应的泵的特性曲线，并且随着流量的减小，电机的运转速度也要相应的减慢，同时由于改变水流而产生的压差也需与电机的运转速度的平方呈正相关。进而根据实际的注水和出水变化来及时准确的调节水泵的扬程，有效降低能耗，实现节能减排的作用。

2油田供水系统与变频调速器的应用

在油田注水的过程中，注水站是满足油田注水系统的源头，且输水泵需要持续的变动外输泵的运转形式，来应对供水过程中输水量和压力的改变。在没有使用变频调速技术时，人们多数是通过对开泵台数和人工调节阀门的方式来控制水的流量，注水系统的负担较重，同时工作效率偏低。而在现实的生产工作中，一个承担着15座注水站的供水以及调节相关地区的供水平衡的供水站，假设其平均日供水在9000-10000m3之间，且拥有4台型号为LzA200-630D外输供水泵，平均每台的装机容量达132kW，日常工作中只运转其中的2台，其余两台备用。由于在实际的生产过程中，外围注水站的注水量直接与供水系统的日供水量向挂钩，假设油田供水系统的水压为1.1MPa，受外围注水量减小的影响，供水系统的供水压强增加，这时为了对水量进行高效的控制，人们采用变频调速器，通过实际的情况，来对正在运动的水泵进行变频调速，使之与实际的注水和输水相匹配。有研究报告曾表示在使用变频节能技术进行控制之前，我国油田供水系统的工作效率不足30%，而在使用变频节能技术后，效率提升了5个百分点，同时在供水过程的耗能远低于之前供需水的消耗。

3变频调速器在供水系统应用的优势分析

3．1减少管网穿孔和补漏次数

恒压变量给水是油田供水系统中变频节能技术所常用的一种措施，即为了使水泵出水口的压力维持在一个恒定的水平，将压力传感器设置在水泵机组的出水口，并将该压力值设为最不利于水泵出水所需的值。一旦管网出口的压力超出传感器上所设定的压力值，那么压力传感器就会将实际检测到的压力值传给PID调节器，由PID调节器对高于或者低于设定值的数据进行处理，将处理结果交给变频器，再由变频器对来改变电动机的运转速度，通过这样一个过程来达到恒压的目的。管网压力越趋于稳定，其在工作过程中所出现的压力失恒现象也就越少，同时由于管网压力过高而造成管网穿孔和补漏的次数也将明显降低，有研究者曾对此作出相关的统计和分析，发现使用变频调速技术而产生管网穿孔的概率仅为不适用变频调速技术的一半，换句话说即使用变频调速技术，管网穿孔的可能性将降低50%。管网穿孔的次数降低了相应的由此而产生的补漏的次数也必然会随着降低，减轻了维修人员工作负担，节约了维修成本，同时延长了管网等设备的使用寿命，有效的控制了油田供水系统的运转成本，提高了其工作效率。

摘要：通过对变频调速、恒压供水技术的研究，对变频调速在恒压供水节能技术在高校供水中的应用进行了系统阐述。

关键词：变频调速；恒压供水；节能技术；应用

高校用水量相对较大，尤其是实验室及学生宿舍用水。因此，加强高校供水节能技术具有重要的现实意义。众所周知变频调速恒压供水具有良好的节能性，且其自动化程度高，在提高其可操控性的同时，也有效地达到了节能目的[1]。但是，由于高校供系统中的用水是变化范围较大，一旦变频水泵的选型或设计不合理，则会提高供水系统的造价，也会直接影响到供水节能的有效性。

1变频调速恒压供水系统节能原理

变频调速就是利用改变电动机电源频率来完成速度调节。变频调速恒压供水技术采用一个电位器来实现压力设定，再结合一个压力传感器对管网中的压力进行监测；当压力传感器将管网压力信号传入变频器PID回路之后，PID回路立即会做出反应，将水量减少或增加的信号送至控制器，进而达到控制电机转速。一旦在一定范围内的延时时间内，管网内的压力还是过大或不足时，则可以通过PLC进行工频/变频切换，使管网内的压力与初始设定的压力保持一致。随着用水量的降低，变频器则会自动地降低输出频率，以此来调节电动机转速而达到节能的作用。而在恒压供水系统中，变频调速替代了恒速电机来对水泵进行驱动，进而达到预期的节能作用。根据流体力学，我们知道水泵的工作效率耷P＝C1（Q/n）－C2（Q/n）2；其中C1、C2均为常数，n为电机转速，Q为水量。当利用转速进行水量控制时，水量与转速为正比；由于，比值Q/n不变，故供水效率始终保持在最理想的状态而提高了水泵的效率[2]。

2变频调速恒压供水节能技术的优势

变频调整恒压供水系统较传统供水系统的优势在于其可以保持24h自动恒定水压，并结合管网压力信号自动启动备用水泵，具有良好的无级压力调动，保障供水质量；同时，也不会造成水管网线破裂等安全隐患的发生。变频调速恒压供水节能技术是以变频调速为恒压基础，进而取代了传统高位水箱或压力罐等供水设备，既节省了大量的占地空间和投入资金；也避免了水泵的频繁启停，而提高了供水系统的安全性，同时也因该系统的平滑启动，而避免了启动过程中对电网和水泵电机的冲击，进而提高了水泵的使用寿命[3]。另外，变频调整恒压供水系统既改善了传统供水系统中水压不稳定问题，也避免了传统供水过程中启停过程中的水锤效应，进而全面提高了供水水质。与此同时，变频调速恒压供水系统还可以结合实际用水量来控制水泵转速，并在实现多泵循环工作以及各种保护功能的同时，也延长了水泵的使用寿命，进而达到节能增效的目的。

1高层建筑供水系统水资源和能源浪费的原因

1.1建筑供水系统中水资源浪费的原因

一是超压出流造成的水资源浪费。建筑供水系统通过提供一定的压力能将水输送到用水设备处。当供水配件前的压力大于最低工作压力时就出现超压流出现象。超压出流不仅会对供水设备造成一定的损害，缩短使用设备的寿命，还会直接浪费水资源。二是供水过程中漏水造成的水资源浪费。漏水现象在高层建筑供水系统中广泛存在，如管道腐朽、阀门、水龙头等相关设备的损坏都会造成大量的水资源流失，由此造成的水资源浪费不容忽视。三是供水过程二次污染造成的水资源浪费。如设备管网内污染严重，管道清洗不及时等原因产生的供水二次污染，将会造成水资源和能源的浪费，并且危及到用户的用水安全。

1.2建筑供水系统能源浪费的原因

高层建筑供水系统对水的提升、输送等都需要消耗大量的能源，水泵的能耗成本是构成供水成本的重要部分，在供水系统的用电量方面，水泵的每日运转用电量占据了95%-98%。但是，我国二次水泵加压效率低下，供水方式不先进、科学，带来不必要的能量耗费。

2建筑供水系统节水和节能的措施

2.1高层建筑供水系统的节水措施

摘要：本文是关于,步进顺序控制功能基于PLC和变频器PID频率自动调整功能相结合的恒压供水控制系统，由变频器、PLC和三个泵,系统的操作,管网压力传感器在4~20ma电流信号输入到变频器PID控制器，PID控制器来调整频率输出值,改变泵速。当用户用水量增加，管网压力低于设定压力时，变频器的输出频率增加。当达到设定压力时，水泵转速不再变化，管网压力不变。当泵不能满足用水量的增加时，PLC会根据压力的变化自动增加泵的数量。当管网用水量减少，不需要多台泵同时运行时，PLC会自动减少泵的数量，使管网压力恒定输出，从而实现系统的自动控制。

关键词：变频器；可编程控制器PLC；自动控制

0前言

我国城镇市政管网的供水压力通常维持在0.14MP左右，这样的水压只能满足低层建筑供水的要求，高层建筑必须通过二次加压才能满足用水要求。以前大多采用常高压给水系统，由水泵把水提升到水塔，再由水塔把水输送给各用户，结果增大了水泵的轴功率和能量损耗，非常不经济；本系统将采用PLC与变频器相结合的方式来控制水泵的切换和转速调节，使管网压力恒定输出。

1变频恒压供水系统组成和设备选择

1.1系统组成

小区变频恒压供水系统通常是由水井、水泵、压力传感器、变频器、管网组成。工作流程是利用设置在管网上的压力传感器将管网系统内因用水量的变化引起的水压变化，及时将信号（4-20mA或0-10V）反馈到变频器PID调节器，PID调节器对比设定控制压力进行运算后给出相应的变频指令，改变水泵的转速，使得管网的水压与控制压力一致。

摘要:以龙岩佰翔京华中心项目为例，对超高层综合体建筑的生活给水系统设计进行了分析与总结。包括不同的业态划分对生活给水系统的影响，超高层建筑供水形式及系统的选择。

关键词:超高层；综合体；生活给水系统；业态分区；给水形式

1工程概况

龙岩佰翔京华中心，位于龙岩市行政及商业中心，其西侧为龙岩最大的购物广场世纪天成广场，南侧为龙岩市市政府及人民广场，东侧为龙阳大道，龙岩大道是CBD的重要轴线，地理位置优越，商业气氛浓厚。工程主要由35层的办公塔楼、41层的酒店塔楼、4层商业裙房及一个二层地下室组成。地下2层为车库，设备用房；地下1层为车库、酒店设备机房、锅炉房等；地上1层为办公大堂、酒店大堂、金融营业厅、商业，超市、变配电室等；地上2层为金融营业厅、商业、超市；地上3层为企业形象展示厅、影院、商业、酒店宴会厅、变配电室等；地上4层为影院、商业、酒店康体健身、游泳池、棋牌室、SPA等；酒店塔楼地上5~6层为餐厅；7层为酒店会议室；8~11层为酒店公寓；12层为酒店避难层；13~14层为酒店宿舍；15~34层为酒店客房。其中23、34层为避难层；35层为酒店会所；35层以上为酒店豪华套房、总统套房。办公塔楼2层以上均为办公用房，其中18、32层为避难层。工程为一类高层综合性公共建筑。地上建筑面积150655.8m2，地下室建筑面积54011.0m2，建筑高度为174.12m。

2生活给水区域划分

根据设计初期业主提供的资料，本工程建成后将由不同的物业管理公司管理。根据物业管理的不同，本工程生活给水分为四个独立的系统:1）办公楼给水:专供办公塔楼生活给水。2）酒店给水:含餐厅，泳池，SPA，员工宿舍，酒店客房等给水。3）裙房商业给水:含裙房商铺，影院，裙房屋面绿化给水。4）超市给水:专供超市给水。设计初期方案为:地下室至地上二层（黄海标高336.97m）采用市政压力直接供水，各用水点根据业态划分分别设置水表计量；3层及以上区域根据不同物业类型，在物业管理范围内分别设置3个生活泵房，即办公生活泵房、酒店生活泵房及商业生活泵房。设计资料提交后，物业管理公司开始介入项目。经过与物业管理公司沟通，针对物管公司提出的要求，办公、商业供水方案不不变，酒店、超市供水方案做如下调整:1）酒店对水质要求较高，采用净水供水系统，所有生活用水需经过“全自动软化器→精滤器→活性炭吸附装置”处理后方可使用。故酒店供水不再采用部分市政直供，部分加压供水，调整为全加压供水。2）超市部分按物业管理公司要求，不能间断供水，在地下室增设超市生活泵房，内设50t生活水箱及生活给水加压设备。超市给水总管采用市政与加压两路供水，与市政管网衔接处设倒流防止器，市政断水时手动关闭与市政连接的阀门，开启与地下室生活泵房连接的阀门。超市给水系统如图1所示。

3给水形式、给水系统方案分析

［摘要］近几年，随着城市化进程与现代化进程的加快推进，城市人口逐渐增多，城市的高层建筑也日益增多。高层建筑给水排水工程在维持城市居民生活中举足轻重，而其设计是一项非常困难的工作，设计者必须对其进行全面的分析，结合要求、根据工程实际情况，不算调整、改进设计。本文通过对高层住宅给排水工程的特性的分析，指出了其中存在的问题，并对其进行了设计改进，对其发展趋势也进行了展望。

［关键词］高层建筑；给水排水工程；现存问题；发展趋势

我国城市规划的过程中大多建筑都为高层建筑，高层建筑的建设在很大程度上提高了土地的利用率，但是高层建筑的施工建设难度比较大，设计的过程中施工单位必须综合分析建筑整体结构特征，并做好给水排水系统的布局，保证最大限度地发挥给水排水系统的作用。同时，设计人员应该重视给水排水系统设计，采取科学规范的手段，提高设计水平，为高层建筑的稳定运行提供保障。

1工程特点高层建筑给水排水工程

主要分为生活给水、生产给水和消防给水系统三类。高层建筑的给水、排水系统的设计、施工工艺、施工管理等方面都有很高的要求。高层建筑的给水排水工程具有以下几个方面：第一，静压太高，这种特性在高层建筑的热水系统、给水系统和消防系统中都有明显的表现[1]。在设计时，应对竖向分区进行合理的划分，以保证供水系统的稳定运行，防止因静压而对系统的稳定运行造成不利的影响。通过改进设计方案，可以解决供水系统中出现的诸多问题，确保给水系统的安全运行。第二，高层建筑的给水、排水需求较大。因为大厦的楼层较高，用水的人多，所以要保证整个大厦的供水，就必须承担很大的水耗，且瞬间输送的水量也较大[2]。如果给排水系统的设计有问题，很可能会造成管路堵塞，影响到人们的日常生活。第三，与低层楼房相比，高层建筑的排水量很大，且下水道也比较长，因此需要保证给排水工程的给水管线要长。同时，为确保排泄系统的稳定，可以采用加长排水管的方式来减轻压力波。此外，给排水系统可以保证排水管的通风，使管路内的压力达到稳定。值得一提的是，对输水管线的选用不能随便，应严格遵守有关国家有关规范，切实改善高层建筑给排水系统的质量。

2现存问题

2.1雨水系统设计中现存问题

1控制系统组成

高层建筑小区一般采用三泵轮流运行进行供水，当用户用水少时，使用1台泵变频或工频运行供水;当用户用水量多时，采用1台泵工频运行、1台泵变频运行供水;或者是采用2台泵工频运行、1台泵变频运行供水。系统供水使用泵的台数完全根据用户用水量的多少，由PLC控制程序自动执行。当小区发生火灾，PLC控制系统接收到火灾报警信号时，则关闭生活供水管网，3台泵全部作消防用水使用，并根据消防用水量的大小，在维持消防供水高恒压下，系统自动控制3台泵投入的台数。当火灾结束后，3台泵又恢复为生活供水。

2系统控制要求

对三泵生活/消防双供水系统的基本要求:1)生活供水时，系统应根据生活供水压力要求，使供水管道压力处在低恒压值下;2)消防供水时，系统应满足消防供水的压力要求，使供水管道处于高恒压值下;3)在用水量小的情况下，如果一台泵连续运行时间超过3h，则要切换到下一台泵，即系统具有“倒泵功能”，避免一台泵工作时间过长;4)采用MCGS对系统实时监控，具有完善的监控报警功能;5)系统具有自动/手动控制功能，手动只在应急或检修时使用。

3控制系统设计

3．1系统设备选型

控制设备选用西门子公司生产的S7－200CPU226PLC，由于要使用供水管道的压力值进行闭环控制，所以还要选用一个模拟量功能模块EM235(4AI/2AO)。控制水泵电机的变频器则选用西门子公司生产的风机、水泵专用变频器MM430。

摘要：为提高居民社区供水加压站设备运行的可靠性、经济性，文章设计了一种供水加压站远程控制系统。该系统的控制器采用西门子S7-1200PLC，现场人机交互采用威纶通触摸屏，系统可将加压站设备的运行状态和信息经远程通信模块传送到远程监控中心，经上位机终端实现对加压站的远程监控功能。

关键词：加压站；PLC；远程通信模块

0引言

近年来，随着我国城市发展建设的加快，居民社区不断扩大和分散，社区的用水需求也随之增大，社区自来水加压站已经成为城市中非常重要的基础设施之一，保证供水加压站的安全可靠运行具有重要的社会意义。但加压站站点一般分布在各地，不便于维护，因此构建加压站远程监控系统，实现对加压站内供水设备的智能监控是供水可靠运行的关键。目前国内加压站监控系统大多是使用组态软件来获取加压站内供水设备的运行信息和各种数据，这种监控系统需要将供水系统和监控设备有线连接起来，多用于距离较短的监控场合，不能满足无线远程监控的要求[1]。加压站远程控制系统主要是对社区自来水加压站内的供水设备和供水过程进行监控。系统利用传感器技术、PLC控制技术和通信技术实时采集城市自来水加压站设备的各种运行状态和工作参数，动态监测加压站设备，在触摸屏上显示监测信息；同时利用网络技术将加压站设备运行状况传送到远程监控中心，完成加压站自动化监控，实现随时随地远程监控的目的。

1加压站远程控制系统构成

加压站远程控制系统采用无线传输技术取代了基于光纤的工业以太网，同时利用巨控GRM500远程通信模块与4G网络双向传输数据，实现对加压站控制系统的集中管理和控制，不仅可以提高加压站设备管理效率，还可降低加压站运行成本。加压站远程控制系统由现场控制层和监控管理层组成。现场控制层包括传感器检测装置、西门子S7-1200PLC、变频器、水泵等设备，加压站供水系统在运行时，压力检测装置将供水管道水压信号经A/D转换后传送至PLC，PLC经PID运算后输出调节信号到变频器，变频器调节频率使水泵转速运行，保证管道供水水压稳定，完成对加压站的现场控制[2]；监控管理层采用威纶通触摸屏、巨控远程通信模块、手机终端等设备实现对加压站的现场和远程监控，系统结构如图1所示。

2加压站现场控制层设计