簡述變頻調(diào)速供水系統(tǒng)的一種設計方法
1 引言
各類用水部門由于供水系統(tǒng)的水壓力不足而引起的生活、消防、工業(yè)、農(nóng)業(yè)節(jié)水微灌等供水問題是經(jīng)常發(fā)生的事情�？茖W技術的發(fā)展為解決這些問題創(chuàng)造了良好的條件。過去常采用的水泵、水塔、水箱等供水方式，由于存在供水壓力和流量不能調(diào)節(jié)、而且投資大、控制能力差、管理難度大、電力損耗高、設備易損等缺點。目前采用的先進變頻調(diào)速供水系統(tǒng)克服了以上供水方式存在的缺點，采用自動變壓、變流供水后，供水壓力穩(wěn)定、出流保證率高、高效節(jié)能、自動化程度高和管理簡便等優(yōu)越性，已廣泛地應用在輕重工業(yè)、礦山、樓區(qū)生活、消防、農(nóng)業(yè)節(jié)水微灌技術等的供水系統(tǒng)中，本文為有效節(jié)約能源，推廣應用變頻調(diào)速供水系統(tǒng)，簡要介紹城市樓群生活變頻調(diào)速供水系統(tǒng)的一種設計方法。
2 變頻供水系統(tǒng)工作原理
變頻調(diào)速供水系統(tǒng)由電器控制柜(內(nèi)有變頻器、PID或PLC控制器、電器控制系統(tǒng)、控制面板等)、水泵電機、各種閥門、儀表、壓力傳感器和水位傳感器、流量開關等組成。
根據(jù)變頻調(diào)速供水系統(tǒng)需要在控制器上(微型工控計算機)編程設定供水參數(shù)，系統(tǒng)通電運行時，自動控制變頻器使電機軟啟動，在運行過程中，安裝在水泵出口處的壓力傳感器則檢測管網(wǎng)中的瞬時壓力,并將壓力傳換為電信號傳送到控制器，經(jīng)微機分析運算后控制變頻器，使變頻器改變工作頻率控制水泵電機的轉(zhuǎn)速，達到自動穩(wěn)壓和調(diào)節(jié)供水流量。在設計系統(tǒng)時，按用戶大需水量(小時計)的多少選用水泵和電機的大小、多少來滿足生活、消防、生產(chǎn)、供熱、空調(diào)、灌溉等用途的供水需求。變頻調(diào)速器閉環(huán)控制系統(tǒng)方框圖如圖1所示:
3 變頻調(diào)速供水系統(tǒng)需水量計算
需水量的計算由于用水部門和用水功能的不同，所考慮的因素也不同。需水量的計算就是估算用水單元每小時所必須保證的供水量，也就是每小時大需水量，或者達到一定的保證率要求。設計供水系統(tǒng)用水量不但要考慮目前的需水量，而且也要考慮今后發(fā)展的需要。流量設計過大會造成不必要的經(jīng)濟浪費，從而增加成本，過小又不能滿足需水要求，造成生產(chǎn)和生活問題。所以合理設計供水能力是一個關捷問題。這里舉例說明（一個單位）500戶辦公居民樓群(包括新建樓房和以后擴建項目的供水)每小時供水量的計算方法，計算步驟如下：
（1）生活用水量計算
根據(jù)表一住宅樓區(qū)生活用水標準與樓區(qū)的實際情況采用每人每天用水量按150升計，(換算單位后每人每天用水量0.15 m3/日.人)，按居民區(qū)用水高峰時間計算生活區(qū)用水量，采用下列經(jīng)驗公式計算，計算得生活區(qū)每小時大需水量為43.5 m3/h。
（2）公共用水量估算
公共用水量主要包括辦公、環(huán)境衛(wèi)生、食堂、招待所、熱水、空調(diào)、鍋爐及綠化等,估算為每小時8.0m3/h。公共用水一般在生活用水的低峰階段。
（3）消防用水量計算
按國家消防規(guī)范規(guī)定，室外消火栓用水流量15 L/s，室內(nèi)消火栓用水流量10 L/s，按15 L/s計，則計算每小時消防需用水量54 m3/h。
以上三項合計用水量105.5 m3/h，考慮到用水的時空分布，小區(qū)用戶的相互隨機調(diào)節(jié)作用與消防時自動切換消防優(yōu)先功能，實際設計采用每小時供水流量54 m3/h即可滿足本小區(qū)（單位）用水量要求。
小區(qū)供水量理論設計供水量：105.5m3/h；設計供水量：54m3/h；實際供水量：約0～30m3/h。設計大程度節(jié)約了成本。
4 變頻調(diào)速供水系統(tǒng)高程設計
高程設計包括兩部分:一為實際高程，及水泵取水水位高程與供水的高高程的差；二為特殊情況下(如消防)要求水壓時需要修正的高程(m)。例如上例中，實際高程是25米，消防需要加大壓力,以利于高層樓房的消防，故設計高程時在實際高程中增加5~10米左右。這里增加5米則設計高程采用30米。
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5 變頻調(diào)速供水系統(tǒng)選擇
選擇設備很重要，各項參數(shù)必須滿足設計要求，質(zhì)量要好，維修管理要方便。按照上例設計再考慮一定規(guī)模的20年發(fā)展預期，選擇設備如下：
（1） 水泵的選型第一要考慮揚程要滿足設計高程的需要，這里選擇50LGx2型水泵，其揚程60米，出水量24 m3/h，為滿足要求采用三臺，合計總出水量72m3/h。
（2 ）電機選擇三臺功率5.5kW，轉(zhuǎn)速2900轉(zhuǎn)/分。電機軸功率P與水泵流量Q及揚程H之間的關系如下式:
P (kW)=Q H／102
p = 54×30／102 = 15.9 kW
式中：P = 軸功率(kW)；
Q = 流量(m3/h)；
H = 揚程(m)。
（3 ）變頻器型號很多，生產(chǎn)廠家也多，規(guī)格表示各有差異。這里舉例選擇SWSⅡ72-30全自動變頻調(diào)速生活(生產(chǎn))、消防兩用給水設備。其出水量每小時72m3/h，揚程60米。設備流程如圖二所示:
6 變頻調(diào)速供水系統(tǒng)主要特點
（1） 適用范圍
可以應用在城鎮(zhèn)自耒水廠、城鎮(zhèn)規(guī)劃小區(qū)生活供水、多層民用建筑的生活及消防給水、工業(yè)生產(chǎn)給水、原有供水系統(tǒng)改造、鍋爐定壓補水、空調(diào)給水、農(nóng)業(yè)節(jié)水微灌供水等給水。
（2） 高效節(jié)能
因為是供水恒壓、變壓變流給水方式 ，所以水泵始終在滿足用戶壓力與流量要求的條件下運行，較恒速泵給水方式可節(jié)電20~50%。
（3） 管理方便
變頻調(diào)速器的控制系統(tǒng)采用了高性能數(shù)字PID微機調(diào)節(jié)器和PLC可編程序控制器，配備了壓力水位傳感器，因而組成了反饋閉環(huán)自動控制系統(tǒng)，自動化程度高，操作簡單方便，除定期巡視之外，不需要專人管理。
（4）功能齊全
整套機組可供生活、生產(chǎn)、消防共用，亦可供生活、生產(chǎn)、消防專用。各臺水泵根據(jù)用水量可自動投入運行、變速、仃止、先啟后仃、后啟先仃、自動循環(huán)平衡，有自動故障報警裝置。平時使用為生活供水，一般1～2個機組工作，遇火警時，設備自動上升至消防供水，三個機組同時工作，來滿足消防需要。水泵工作到警戒水位時可自動仃機，恢復水位后可自動啟動。供水水池是在沒有自來水壓力保障的情況下需要設計，自來水壓力有保障時不需要設計供水水池。系統(tǒng)設計有手動功能，為試機及維修排除故障而不仃止供水提供了方便。壓力調(diào)節(jié)范圍0~2Mpa，精度<0.01Mpa 。
（5）安全可靠
變頻調(diào)速供水系統(tǒng)具有電壓不足、過壓、過載、過流、短路、過熱、失速等項自動保護功能及報警裝置。工作環(huán)境溫度可在-10℃~＋40℃，相對濕度可在≤90% (不結(jié)露)。水泵電機因均采用軟啟動，無沖擊電流，能延長設備使用壽命，供水系統(tǒng)運行安全可靠，而且節(jié)約能源。由于采用了三臺電機水泵設備，所以維修十分方便