變頻調(diào)速供水設(shè)備在現(xiàn)代建筑生活給水中應(yīng)用

1、摘要 : 對(duì)建筑生活給水系統(tǒng)中水泵變頻調(diào)速運(yùn)行的節(jié)能原理和變頻調(diào)速的基本原理分析, 討論了變頻調(diào)速供水設(shè)備在現(xiàn)代建筑生活給水系統(tǒng)應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)與可行性,分析結(jié)果表明變頻供水設(shè)備是高效節(jié)能的，在現(xiàn)代建筑生活給水系統(tǒng)值得大力推廣。關(guān)鍵詞 :變頻調(diào)速；變量供水；給水流量；給水揚(yáng)程；節(jié)流損耗。隨著我國(guó)房地產(chǎn)和建筑業(yè)的迅速發(fā)展，建筑生活用水大量增加，非變頻水泵能源的浪費(fèi)卻是相當(dāng)驚人的。據(jù)有關(guān)資料報(bào)導(dǎo)，我國(guó)水泵系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行效率僅為3040% ，其損耗電能占總發(fā)電量的38%以上。這是由于許多水泵的拖動(dòng)電機(jī)處于恒速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，而生產(chǎn)中的水流量要求處于變工況運(yùn)行；還有許多企業(yè)在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，容量選擇得較大，系統(tǒng)匹配

2、不合理， 造成大量的能源浪費(fèi)。而變頻調(diào)速恒壓供水控制裝置能夠極大地改善建筑生活給水系統(tǒng)的供水環(huán)境，該系統(tǒng)可根據(jù)管網(wǎng)瞬間壓力變化，自動(dòng)調(diào)節(jié)水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速和多臺(tái)水泵電機(jī)的投入及退出，使個(gè)供水系統(tǒng)主干出口端保持在恒定的設(shè)定壓力值，整個(gè)供水系統(tǒng)始終保持高效節(jié)能和運(yùn)行在最佳狀態(tài)。1 .水泵變頻調(diào)速運(yùn)行的節(jié)能原理變頻調(diào)速供水設(shè)備是一種節(jié)能型加壓設(shè)備，它是利用電動(dòng)機(jī)在電源頻率不同情況下轉(zhuǎn)速不同這一規(guī)律， 由變頻器改變其電源頻率而改變電機(jī)轉(zhuǎn)速， 最終達(dá)到水泵的轉(zhuǎn)速改變， 實(shí)現(xiàn)變量供水。圖 1 為水泵用閥門(mén)控制時(shí)，當(dāng)流量要求從Q1 減小到 Q2 ，必須關(guān)小閥門(mén)。這時(shí)閥門(mén)的磨擦阻力變大，管路曲線從R 移到 R，揚(yáng)

3、程則從Ha 上升到 Hb，運(yùn)行工況點(diǎn)從a 點(diǎn)移到 b 點(diǎn)。圖 2 為調(diào)速控制時(shí)，當(dāng)流量要求從 Q1 減小到 Q2，由于阻力曲線 R 不變，泵的特性取決于轉(zhuǎn)速。如果把速度從 n 降到 n，性能曲線由（ Q-H ）變?yōu)椋?Q-H ）,運(yùn)行工況點(diǎn)則從 a 點(diǎn)移到 c 點(diǎn)，揚(yáng)程從 Ha 下降到 Hc。1根據(jù)離心泵的特性曲線公式：N RQH式中： N 水泵使用工況軸功率（kw ）Q 使用工況點(diǎn)的流量（3）；H 使用工況點(diǎn)的揚(yáng)程（）；R 輸出介質(zhì)單位體積重量（kg 3）；使用工況點(diǎn)的泵效率（%）?？汕蟪鲞\(yùn)行在b 點(diǎn)泵的軸功率和c 點(diǎn)泵的軸功率分別為：Nb R2 bNc R 2 c兩者之差為：N Nc Nb

4、=R× 2×（ b c）也就是說(shuō)，用閥門(mén)控制流量時(shí)，有N功率被損耗浪費(fèi)掉了，且隨著閥門(mén)不斷關(guān)小，這個(gè)損耗還要增加。而用轉(zhuǎn)速控制時(shí)，由于流量與轉(zhuǎn)速n 的一次方成正比；揚(yáng)程與轉(zhuǎn)速n的平方成正比；軸功率與轉(zhuǎn)速n 的立方成正比，即功率與轉(zhuǎn)速n 成 3 次方的關(guān)系下降。如2果不是用關(guān)小閥門(mén)的方法， 而是把電機(jī)轉(zhuǎn)速降下來(lái)， 那么在轉(zhuǎn)運(yùn)同樣流量的情況下， 原來(lái)消耗在閥門(mén)的功率就可以全避免，取得良好的節(jié)能效果，這就是水泵調(diào)速節(jié)能原理。2 .變頻調(diào)速的基本原理變頻調(diào)速的基本原理是根據(jù)交流電動(dòng)機(jī)工作原理中的轉(zhuǎn)速關(guān)系：n 60（）式中： 水泵電機(jī)的電源頻率（）； 電機(jī)的極對(duì)數(shù)；由上式可知， 均勻

5、改變電動(dòng)機(jī)定子繞組的電源頻率， 就可以平滑地改變電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變慢，軸功率就相應(yīng)減少，電動(dòng)機(jī)輸入功率也隨之減少。這就是水泵變頻調(diào)速的節(jié)能作用。3 . 變頻調(diào)速在現(xiàn)代建筑生活給水系統(tǒng)應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)在現(xiàn)代建筑生活給水系統(tǒng)中，采用變頻調(diào)速泵一臺(tái)或多臺(tái)給水的突出優(yōu)點(diǎn)是：3.1.采用變頻調(diào)速給水可以大幅度降低節(jié)流能量損耗，具有優(yōu)異的節(jié)能效果。采用變壓變量給水可以做到使節(jié)流損耗降低到零，具有最佳的節(jié)能效果，但是這種變壓變量給水系統(tǒng)只適用于特點(diǎn)是給水管路系統(tǒng)， 沒(méi)有通用性。 國(guó)內(nèi)外一種宵用的具有一定能用性的變壓變量給水系統(tǒng)是準(zhǔn)變壓奕量給水系統(tǒng)； 這種給水系統(tǒng)的給水壓力隨給水流量的增大而躍階上升；對(duì)

6、于多泵聯(lián)的供水設(shè)備，當(dāng)多投入一名泵工頻， 給水恒壓值上升一個(gè)臺(tái)階；臺(tái)階值可以按需設(shè)定。 這種準(zhǔn)變壓變量給水系統(tǒng) (設(shè)備 )可以適用于沒(méi)給水管路， 具有一定的通用性。3.2.變頻恒壓變量給水系統(tǒng)(設(shè)備 )的給水壓力可調(diào)，在設(shè)計(jì)上允許降低給水壓力的計(jì)算精度，在使用上可以適應(yīng)不同的給水壓力要求。建筑給水節(jié)能的基本原理如下：設(shè)要求的給水流量為QO-Qmax ；要求的給水揚(yáng)程為H Hmax-Hmin 。給水流量取決于使用， 夜間不用水時(shí) Q O，白天用水高峰時(shí)Q Qmax。最小給水揚(yáng)程 Hmin應(yīng)保證能把水供向一定高度；最大給水揚(yáng)程，Hmin= Hmin =Q2max (管路流阻損失 )。建筑給水系統(tǒng)能

7、常按 Qmax 及 Hmax 值來(lái)確定給水泵的臺(tái)數(shù)及大小。應(yīng)當(dāng)指出， 建筑給水系統(tǒng)通常多采用多泵并聯(lián)的給水系統(tǒng)。要求建筑給水節(jié)能， 首先要求給水泵處于高效率區(qū)工作。眾所周知， 高佳心泵的高效率區(qū)處決于泵的工況 (n、 Q、 H 值決定是泵的工況點(diǎn))。當(dāng)采用變頻調(diào)速 (n 值可變 )，則泵的高效率區(qū)擴(kuò)大，因此采用變頻調(diào)速可以節(jié)能。其次是防止給不泵出現(xiàn)" 大馬拉小車(chē) "的工況。因?yàn)榻o水系統(tǒng)要滿(mǎn)足 Qmax 及 Hmax 的工況，如果彩 1 臺(tái)泵，當(dāng)小流量用水時(shí)必然出現(xiàn)"大馬拉小車(chē) "的工況，此時(shí)水泵的效率低，功率浪費(fèi)大。為了防止; “大馬拉小車(chē) ”，通常的做

8、法是采用多臺(tái)水泵并聯(lián)給水的方式，多用水多開(kāi)泵，少用水少開(kāi)泵，可以顯著減輕“大馬拉小車(chē) ”弊端的出現(xiàn)， 改善節(jié)能的效果。 理論分析及實(shí)際使用證明，多泵并聯(lián)變頻調(diào)速給水可以顯著提高節(jié)能效果。 所以現(xiàn)代建筑生活給水系統(tǒng)大多采用多泵并聯(lián)恒壓變量(或準(zhǔn)度變壓變量 )給水方式。33.3 管理方便，操作簡(jiǎn)單，安裝靈活，占地面積小，噪聲小，無(wú)水源二次污染。采用多泵并聯(lián)給水，按變頻調(diào)速恒壓給水原理，在多泵并聯(lián)的給水系統(tǒng)中，只要其中有一臺(tái)是變頻調(diào)速泵， 就可以達(dá)到恒壓給水的目的；為了達(dá)到恒壓給水，變頻泵必須是并聯(lián)泵中的最大者；最經(jīng)濟(jì)的配泵方集是各并聯(lián)泵的大小相同。從節(jié)能考慮， 并聯(lián)水泵的臺(tái)數(shù)愈多愈好；但是如數(shù)太多

9、，設(shè)備的機(jī)械結(jié)構(gòu)及電氣控制系統(tǒng)的復(fù)雜程度也隨之上升，系統(tǒng)(設(shè)備 )的整體經(jīng)濟(jì)、合理性下降。所以合理的應(yīng)采用并聯(lián)水泵不多也不少的最經(jīng)濟(jì)方案。4 水泵變頻調(diào)速應(yīng)用的注意事項(xiàng)水泵調(diào)速一般是減速問(wèn)題。當(dāng)采用變頻調(diào)速時(shí)，原來(lái)按工頻狀態(tài)設(shè)計(jì)的泵與電機(jī)的運(yùn)行參數(shù)均發(fā)生了較大的變化，另外如管路特性曲線、與調(diào)速泵并列運(yùn)行的定速泵等因素，都會(huì)對(duì)調(diào)速的范圍產(chǎn)生一定影響。超范圍調(diào)速則難以實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。因此， 變頻調(diào)速不可能無(wú)限制調(diào)速。 一般認(rèn)為，變頻調(diào)速不宜低于額定轉(zhuǎn)速50，最好處于75 100，并應(yīng)結(jié)合實(shí)際經(jīng)計(jì)算確定。4.1 水泵工藝特點(diǎn)對(duì)調(diào)速范圍的影響理論上，水泵調(diào)速高效區(qū)為通過(guò)工頻高效區(qū)左右端點(diǎn)的兩條相似工況

10、拋物線的中間區(qū)域。實(shí)際上，當(dāng)水泵轉(zhuǎn)速過(guò)小時(shí)，泵的效率將急劇下降，受此影響，水泵調(diào)速高效區(qū)萎縮 , 若運(yùn)行工況點(diǎn)已超出該區(qū)域，則不宜采用調(diào)速來(lái)節(jié)能了。4.2 定速泵對(duì)調(diào)速范圍的影響實(shí)踐中，供水系統(tǒng)往往是多臺(tái)水泵并聯(lián)供水。由于投資昂貴，不可能將所有水泵全部調(diào)速， 所以一般采用調(diào)速泵、定速泵混合供水。在這樣的系統(tǒng)中， 應(yīng)注意確保調(diào)速泵與定速泵都能在高效段運(yùn)行， 并實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)最優(yōu)。 此時(shí)，定速泵就對(duì)與之并列運(yùn)行的調(diào)速泵的調(diào)速范圍產(chǎn)生了較大的影響。主要分以下兩種情況：同型號(hào)水泵一調(diào)一定并列運(yùn)行時(shí)， 雖然調(diào)度靈活， 但由于無(wú)法兼顧調(diào)速泵與定速泵的高效工作段，因此，此種情況下調(diào)速運(yùn)行的范圍是很小的。不同型號(hào)水泵一調(diào)一定并列運(yùn)行時(shí)， 若能達(dá)到調(diào)速泵在額定轉(zhuǎn)速時(shí)高效段右端點(diǎn)揚(yáng)程與定速泵高效段左端點(diǎn)揚(yáng)程相等。 則可實(shí)現(xiàn)最大范圍的調(diào)速運(yùn)行。 但此時(shí)調(diào)速泵與定速泵絕對(duì)不允許互換后并列運(yùn)行。4.3 電機(jī)效率對(duì)調(diào)速范圍的影響在工況相似的情況下，一般有 N n3，因此隨著轉(zhuǎn)速的下降，軸功率會(huì)急劇下降，但若電機(jī)輸出功率過(guò)度偏移額定功率或者工作頻率過(guò)度