变频器在高层建筑给水设备中的节能变频控制

一、高层建筑给水设备供水系统节能概述

　　在高层建筑给水设备供水系统中，最基本的控制对象是流量，高层建筑给水设备供水系统的基本任务就是要满足用户对流量的需求。目前，常见的流量控制方式有阀门控制和转速控制两种。

1.阀门控制

　　即通过调节阀门开度来控制流量。此时，高层建筑给水设备供水系统的管道阻力将随阀门开度的改变而改变，而扬程特性保持不变。在高层建筑给水设备供水系统设计时，其水泵扬程及供水流量都是以满足用户的最大可能需求而选定的，且留有一定余量。而实际应用当中，系统在大部分时间里都是非满负荷运行的，这就必须要减小阀门开度，调整供水流量。这样，管道阻力随之增大，从而产生大量的截流损失。这种控制方式不仅会浪费许多电机输出功率，而且因为管阻特性的改变，整个系统的供水效率也会大为降低。

2.转速控制

　　即通过改变水泵的转速来调节流量，而阀门的开度保持不变（一般保持最大开度）。当水泵转速改变时，高层建筑给水设备供水系统的扬程特性随之改变，而管阻特性不变。

　　在这种控制方式下，通过变频调速技术改变水泵电机的转速，水泵的供水流量可随着用水流量的改变而改变，达到真正的供需平衡，在节能的同时，也可使整个系统达到最佳工作效率。随着变频调速技术的日趋成熟，这种控制方式得到了越来越多的推广应用。

 

二．高层建筑给水设备节能原理

　　由流体力学理论可知，大部分流体传输设备（如离心式水泵、风机等）的输出流量Q与其转速n成正比；输出压力或扬程P与其转速n的平方成正比；输出功率N与其转速n的三次方成正比，用数学公式可表示为:

 

　　由上述原理可知，降低水泵的转速，水泵的输出功率将下降更多。例如，将电机的供电频率由50Hz降为45Hz，则理论上，频率改变后与改变前的输出功率之比为 (45/50)3 = 72.9%。贵司长期实践证明，在供水系统中接入变频节能系统，利用变频技术改变水泵转速来调节管道中的流量，以取代阀门调节方式，能取得明显的节能效果，一般节电率都在30％以上。另外，变频器的软启动功能及平滑调速的特点可实现对流量的平稳调节，同时减少启动冲击并延长机组及管组的使用寿命。

 

三、高层建筑给水设备恒压供水节能方案

　　如上所述，流量是供水系统的基本控制对象，供水流量需要随时满足用水流量。在供水系统中，管道中的水压能够充分反映供水能力与用水需求之间的关系：

若 供水流量 ＞ 用水流量 → 管道水压上升↑

若 供水流量 ＜ 用水流量 → 管道水压下降↓

若 供水流量 ＝ 用水流量 → 管道水压不变

　　所以,保持管道中的水压恒定，就可保证该处供水能力恰好满足用水需求，这就是恒压供水系统所要达到的目的。

　　变频恒压供水系统框图，供水压力由用户在PID调节器上设定，同时压力传感器将管路的实际压力反馈给PID调节器，经过PID算法得出的比较变量将以模拟量的形式接入到变频器的频率设定端，再由变频器控制电机及水泵的转速、最终调节水泵的输出流量达到恒压供水目的，满足供水及用水平衡。

整个控制过程如下：

 

2、电器控制方案

贵司水泵电机清单如下：

　　以上数据表明，贵司供水系统都为多泵供水系统，用水需求有一定变化，因每组水泵的数量不多，所以水泵的起停切换频率不会太高，从投资效益方面考虑，建议贵司采用“一拖二”节能控制模式：

　　即方案一：每两台水泵为一组安装一台变频器，其中任意一台水泵做常用泵、一台为备用泵；

　　方案二：每两台水泵为一组安装一台变频器，可选择其中任意一台水泵做主泵、由变频器直接拖动进行变频运行；另一台水泵做辅泵、根据用水需求由变频器多功能输出端子自动控制其起停，辅泵只做工频运行。

　　因此2台22KW电机需配1台ADT 22KW变频器；4台45KW电机配2台ADT 45KW变频器，其中2台常用泵用方案二，另外1台常用泵和1台备用泵用方案一，平时可同时启动两台水泵做变频节能运行，充分挖掘节能空间；6台55KW电机需配3台ADT 55KW变频器，其中2台常用泵用方案二，其他2台常用泵和2台备用泵用方案一。

　　每台电机的电路上都加安装了“市电”、“节电”接触器，这样可以有“自动”、“手动”两种工作模式选择：手动模式下，变频器不工作，整套系统按原有方式手动起停、工频运行；自动模式下，主泵（1#或2#任选）由变频器直接拖动，辅泵则由变频器多功能端子控制，原有启动按钮无效。

　　该方案的特点是投入设备少，操作简单，故障率低，非常适合水泵数量较少的恒压供水系统。

 

四、高层建筑给水设备节能系统特点

1、变频器界面为LED显示，设定参数丰富；键盘布局简洁、易于操作；

2、变频器有过流、过压、过热、缺相等多种电子保护装置，并具有故障报警输出功能，可有效保护供水系统的正常运作；

3、专用数字PID调节器为LED双屏显示，参数设定方便，易于监控；

4、加装变频节能器后，水泵电机具有软启动及变频调速功能，可有效降低系统的机械磨损，同时减轻管路负担；

5、有“手动”“自动”两种工作模式，在变频器出现故障的情况下，仍可按原有工作方式继续运行。

 

高层建筑给水设备产品概述：

      中赢系列全自动高层建筑给水设备是一种新型的无塔供水设备，具有高效、稳定，易于维护等特点， 它主要由水泵机组、增压稳压设备及控制设备三大部分组成。水泵机组决定设备的供水能力;增压稳压设备起到蓄能稳压， 以应付少量供水及正常的管路泄漏，减少水泵的起停次数，达到延长设备寿命的目的，高层建筑给水设备也是实现自动化供水不可缺少的部分; 控制系统协调系统的稳定运行;当用水量增大，管网压力下降时，水泵自动启动供水。

      高层建筑给水设备根据实现自动功能的方式的不同，可分为气压自动给水设备和变频调速恒压给水设备，特点各异，它们广泛应于用生活供水、建筑消防、生产供水及喷淋等各种领域。

      水泵是给水设备的基础，是给水设备实现其基本功能的保证。为给水设备配套的水泵是按国家相关标准生产的，可以是不同流量、扬程的泵类。按照不同的供水需要，产品可以是1~ 4台或更多的水泵并联运行，也可以是水泵机组与另外一套增压稳压(小流量)泵组作为在小流量范围内与主泵切换运行，以提高效率，进一步节约能源，降低给水成本。

      生活（消防）恒压变频供水设备是集变频调速技术、可编程控制技术于一身的新一代机电一体自动化供水设备。

      该设备由原装进口交流变频调速器、工业级可编程控制器、数字PID调节器、进口低压电器、压力传感器、液位控制器及泵等构成闭环调节变频调速供水系统。该系统可根据管网瞬时压力变化，自动调节某台水泵电机的转速和多台水泵电机的起动和停机，以满足用户对恒压变量供水或变压变量供水的要求，使供水管网末端压力保持恒定，使得整个供水系统始终保持高效节能的最佳状态。

      本设备在供水系统中应用，可免去传统给水设施中的供水水塔、高位水箱等设施（设备），且节能效果显著，是国家重点推广应用的新技术节能产品。

 

高层建筑给水设备产品特点：

1、结构紧凑，体积小，占地少，毋须建造高位水箱或水塔，投资省，安装快，便于集中管理;

2、采用进口变频器及相关元器件，设计合理，操作简便，性能可靠，完全自动运行;

3、具备多种故障显示及备查记录，完善的欠压、过压、过载、短路、缺相、水源缺水自动保护停机等保护功能，使用安全，维护简便;

4、自由设定管网压力，按实际用水量调节水泵转速，使其始终处于高效运转状态;采用多台小功率泵组成泵组代替大功率泵更能适合流量的急剧变化，避免“大马拉小车”现象， 节能效果更为显著。 与恒速泵供水相比， 消除了超压和回流的无功损耗 ，节能率达到20～50%;

5、由变频器或软起动器实现水泵软起动软停止，使电网和管网免受冲击。无水锤现象，大大降低设备运行噪音，延长相关设备的使用寿命;

6、多台泵多种循环运行方式，各泵运行时间，避免其中某台水泵因闲置而锈蚀;

7、直接向用户供水，水质二次污染;

8、品种规格齐全，可任意配套，应用范围广;

9、控制程序化，可按用户需要实现多种控制方式。例如：定时开关系统、消防联动、小流量和零流量自动关机睡眠、上位机集中管理等;

10、管网常压供水，可避免外露管路冻裂;可按需要任意调节设备供水压力，满足用水高峰期建筑顶层的水压要求。

 

高层建筑给水设备主要用途：

1、高层、城镇居民小区、企事业单位等生活用水。

2、各类工业用水（如冷却水循环等要求恒压供水的生产用水）。

3、各类自来水厂、污水处理厂、机场、农业排灌站和喷灌站。

4、环保水处理、渗透分析系统、生产线加工系统、工业厂房清洗。

5、油田输油管道、油库、油港的恒压输油系统。

6、旧有供水系统（气压罐、水塔、高位水箱）改造更新。

7、工业锅炉稳压补水系统、热水供应系统。

8、各种消防设施。

 

高层建筑给水设备工作条件：

1、气压水罐工作压力：0.6MPa、1.0MPa、1.6MPa。 

2、气压水罐的消防储水容积大于：150L、300L、450L。 

3、气压水罐的稳压水容积大于50L。 

4、气压水罐的缓冲水容积压差为0.02~0.03MPa,稳压水容积压差为0.05~0.06MPa。 

5、工作压力比：a b 值为0.6~40℃.