淺談變頻調速供水設備
眾所周知,變頻調速恒壓變量給水設備,以其許多的優點在給水設備市場中占據了越來越重要的位置。變頻調速供水設備具備供水壓力穩定、消除超壓和回流的無功損耗、延長水泵壽命、減少維修、多臺水泵聯合供水,代替大泵,適合流量變化,提高總體效率,節省能源和設備運行、維護費用等優點。
大型建筑物和群體建筑,例如賓館、高層住宅及居住小區等,其用水量在一天之中的變化幅度較大,用水時間相對集中,如果根據用水情況繪制一條時間- - 用水量曲線的話,會發現其用水高峰、低谷的差值也比較大。在這種情況下,按照以往傳統的做法,須按照該建筑物所需的最大揚程、最大流量來選泵,泵的揚程比較高,這樣在用水低峰期,小流量- 高揚程工況下,管網內將承受高壓,會產生水擊現象,甚至損壞管網配件,造成漏水。變頻調速供水設備能很好地解決這個問題,我想,這一點也正是開發變頻調速供水設備的最初思路。
變頻調速設備一般由兩大部分組成:
1.供水裝置(主要包括水泵機組) ;
2.控制裝置(主要包括變頻調速器、壓力傳感器、控制器、配電柜、單片機等) 。
變頻調速設備的工作原理如下:通過安裝在水泵出水管上的遠傳壓力表,將管道內水壓力的變化轉換為0. 5V 的模擬電信號,經前置放大、多路切換、A/ D 轉換成數字信號,輸入微機。經微機運算并與預先給定的參量相比較,得出一調節參量,經由D/ A變換把這一調節參量送給變頻控制器,從而控制電機轉速以達到調節水壓、水量的目的。
變頻調速設備的節能原理如下:根據水泵的比例定律,改變轉速n ,可使水泵的流量Q 及揚程H 和功率P 都隨之改
變,其關系式為:
n/n1=Q/Q1; (n/n1)2=H/H1; (n/n1)3=P/P1
用轉速n 來調整Q、H ,比用閘閥增加阻力法更加先進科學,因此采用變頻調速設備可以節省能量。轉速n 降低時,功率P 以立方根方式降低,亦即P 的降低速度比n的降低速度更快,節能效果更好。這一點可以從圖1 形象地看出來。
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圖1中設定HAA 為恒速泵的H - Q 曲線,A 為工作點,OH1A 為管道工作特性曲線,其計算式為h1 = h + KQ21,HO 為最不利配水點幾何高度及自由水頭,H1A 為設定的定壓線,HBB、HCC ?為水泵變頻調速后,在各轉速n1 、n2 ?時相應的Q - H 曲線。當流量由QO 降到Q1 時,恒速泵揚程必然上升至B’點。在變頻調速恒壓變量工作方式下可比恒速泵蓄能BB’段。若流量繼續下降到Q2 、Q3 ......,壓力保持在H1 不變,水泵轉速對應變為n2 、n3 ......,則節能值分別為CC’、DD’......。變頻調速恒壓變量給水系統比恒速給水系統節能如圖2 中陰影部分所示,這就是變頻調速恒壓變量給水系統的節能原理。
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隨著人們對變頻調速供水設備認識的普及,開始將這類設備應用在消防系統的設計當中。變頻調速供水設備通過把生活、生產、消防總流量分割為數臺小泵的流量之和,使水泵機組始終在水泵運行曲線的高效段內運行,從而效地提高了水泵機組的總體效率,也消除了因超壓和回流造成的無功損耗,延長了水泵的使用壽命。
變頻調速供水設備在每24 小時當中,能使多臺水泵輪流運轉,以延長水泵使用壽命;其定時自動巡檢和隨時手動巡檢功能可以確保消防水泵正常運轉,避免了備用水泵因長期停置而引起的銹蝕損壞等不利現象。眾所周知,撲滅火災的最佳時機是火災初期(尤其是高層建筑) ,而在實際當中往往是因為火災初期不能及時啟動消防水泵而貽誤滅火時機,增大了火災損失。而造成防水泵不能及時啟動的原因往往是疏于管理,消防水泵長期停置不用、銹蝕。變頻調速供水設備的巡檢功能能使生活水泵、消防水泵輪流運轉(嚴格地說,已經抹殺了生活泵、消火栓泵、噴灑泵的界線) 。這樣就能保證在任何時刻,各臺水泵均處于良好的運行狀態,不會貽誤滅火時機。
既然變頻調速供水設備具有以上眾多優點,那么這種設備的應用可以取消消防系統中的高位水箱嗎? 這個問題實質是“變頻調速供水設備是否能算作高壓消防設備?”。根據《高規》規定:“高壓給水系統臨時高壓給水系統的主要區別在于消防時是否需要啟動消防水泵。凡在消防時需啟動消防水泵用以滿足消防所需水壓和水量,均屬于臨時高壓給水系統,而不算高壓給水系統。因此,設變頻調速消防供水設備的系統不能算作高壓給水系統,而應屬于臨時高壓給水系統,應設消防水箱。
既然變頻調速供水設備的應用不能取代高位水箱的作用,有些同志就認為這種設備失去了實際應用的意義。其實不然,根據筆者從實際設計實踐中體會,雖然仍需設高位水箱,變頻調速供水還是有它獨特的優勢。從技術經濟的角度來看,變頻調速供水設備用在消防系統中仍然具備許多優點。首先,供水安全性高(電源可靠的情況下) ;其次,設備投資省,運行、維護費用低。傳統的“生活,消防分別設泵”方式中所選用的泵比較大,而變頻調速供水設備所配的水泵要小,一臺大泵的造價往往相當于三、四臺小泵,同樣的揚程,三至四臺小泵的流量完全能取代一臺大泵的流量,而這三至四臺小泵的造價比起六臺大泵(生活、消火栓、噴灑系統各一用一備)要少得多,即使加上變頻控制柜的造價也是合算的,而且傳統的水泵—水箱系統中備用泵的投資完全是預防性投資占用建設資金卻又不能在建筑物使用過程中發揮作用,變頻調速供水設備的各臺水泵則均能發揮作用,減輕了平時維護的工作量,提高了維護質量,降低了維護費用;還有,變頻調速供水設備的噪音、占地面積都低于傳統的系統方式。
總之,筆者認為在高層民用建筑、小區建筑的給排水設計當中,變頻調速供水設備有著不可忽視、不可替代的優點,應該從深度和廣度上大力推廣這類產品的。
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