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: 對建筑生活給水系統(tǒng)中水泵變頻調(diào)速運行的節(jié)能原理和變頻調(diào)速的基本原理分析論了變頻調(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；給水揚程；節(jié)流損耗。隨著我國房地產(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卻是相當驚人的。據(jù)有關(guān)資料報導，我國水泵系統(tǒng)實際運行效率僅為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電機處于恒速運轉(zhuǎn)狀態(tài)，而生產(chǎn)中 的水流量要求處于變工況運行； 還有許多企業(yè)在進行系統(tǒng)設(shè)計時， 容量選擇得較大， 系統(tǒng)匹

2、配不合理， 造成大量的能源浪費。 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， 自動調(diào)節(jié)水泵電機的轉(zhuǎn)速和多臺水泵 電機的投入及退出， 使個供水系統(tǒng)主干出口端保持在恒定的設(shè)定壓力值， 整個供水系統(tǒng)始終 保持高效節(jié)能和運行在最佳狀態(tài)。1 .水泵變頻調(diào)速運行的節(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，它是利用電動機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轉(zhuǎn)速， 最終達到水泵的轉(zhuǎn)速改變， 實 現(xiàn)變量供水。圖1為水泵用閥門控制時，當流量要求從Q1減小到Q2，必須關(guān)小閥門。這時閥門的磨擦阻力變大，管路曲線從 R

3、移到R,揚程則從Ha上升到Hb，運行工況點從a點移到b點。圖2為調(diào)速控制時，當流量要求從 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≦-H ）運行工況點則從 a點 移到c點，揚程從Ha下降到He。Bl町群醴1砂RQIE2細辭戦典幽iQ H.根據(jù)離心泵的特性曲線公式：N = RQH/習式中：N水泵使用工況軸功率（kw ）Q使用工況點的流量（m 3/s）;H 使用工況點的揚程（m）;R輸出介質(zhì)單位體積重量（kg/m 3）;n用工況點的泵效率（%）?？汕蟪鲞\行在b點泵的軸功率和c點泵的軸功率分別為:Nb = R Q 2 H b/

4、丨（創(chuàng)Nc = RQ 2H c/ 帥兩者之差為：AN= Nc Nb=R Q 2X (H b-H c)/ 丨佢】也就是說，用閥門控制流量時，有AN功率被損耗浪費掉了，且隨著閥門不斷關(guān)小，這個損耗還要增加。而用轉(zhuǎn)速控制時，由于流量Q與轉(zhuǎn)速n的一次方成正比；揚程H與轉(zhuǎn)速n的平方成正比；軸功率P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。如果不是用關(guān)小閥門的方法，而是把電機轉(zhuǎn)速降下來，那么在轉(zhuǎn)運同樣流量的情況下，原來消耗在閥門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)交流電動機工作原理中的轉(zhuǎn)速關(guān)系：n= 60f（l s）

5、/p式中：f 水泵電機的電源頻率（Hz）;p電機的極對數(shù)；由上式可知，均勻改變電動機定子繞組的電源頻率f,就可以平滑地改變電動機的同步轉(zhuǎn)速。電動機轉(zhuǎn)速變慢，軸功率就相應(yīng)減少，電動機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)點在現(xiàn)代建筑生活給水系統(tǒng)中，采用變頻調(diào)速泵一臺或多臺給水的突出優(yōu)點是：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)只適用于特點是給水管路系統(tǒng)，沒有通用性。國內(nèi)外一種宵用的具有一定能用性的變壓變量給水系統(tǒng)是準變壓

6、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；對于多泵聯(lián)的供水設(shè)備，當多投入一名泵工頻，給水恒壓值上升一個臺階；臺階值可以按需設(shè)定。這種準變壓變量給水系統(tǒng)（設(shè)備）可以適用于沒給水管路， 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)計上允許降低給水壓力的計算精 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 Q = O-Qmax ；要求的給水揚程為 H = Hmax-Hmin。給水流量取決于使用，夜間不用水時 Q= 0,白天用水高峰時 Q= Qmax。最小給水揚程 Hmin 應(yīng)保證能把水供向一定高度；最大給水

7、揚程，Hmin= Hmin =Q2max （管路流阻損失）。建筑給水系統(tǒng)能常按 Qmax及Hmax值來確定給水泵的臺數(shù)及大小。應(yīng)當指出，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）。當采用變頻調(diào)速（n值可變），則泵的高效率 區(qū)擴大，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)大馬拉小車的工況。因為給水系統(tǒng)要滿足 Qmax及Hmax的工況，如果彩1臺泵，當小流量用水時必然出現(xiàn) 大馬拉 小車的工況，此時水泵的效率低，功率浪費大。為了防止；大馬拉小車”，通常的做法是采用多臺水

8、泵并聯(lián)給水的方式，多用水多開泵，少用水少開泵，可以顯著減輕大馬拉小車”弊端的出現(xiàn)，改善節(jié)能的效果。理論分析及實際使用證明，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（或準度變壓變量）給水方式。3.3管理方便，操作簡單，安裝靈活，占地面積小，噪聲小，無水源二次污染。 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 是變頻調(diào)速泵， 就可以達到恒壓給水的目的； 為了達到恒壓給水， 變頻泵必須是并聯(lián)泵中的 最大者；最經(jīng)濟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)水泵的臺數(shù)愈多愈好； 但是如數(shù)太多，設(shè)備的機

9、械結(jié)構(gòu)及電氣控制系統(tǒng)的復雜程度也隨之上升，系統(tǒng)（設(shè)備 ）的整體經(jīng)濟、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)濟方案。4 水泵變頻調(diào)速應(yīng)用的注意事項水泵調(diào)速一般是減速問題。 當采用變頻調(diào)速時， 原來按工頻狀態(tài)設(shè)計的泵與電機的運行 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)速泵并列運行的定速泵等因素， 都會 對調(diào)速的范圍產(chǎn)生一定影響。 超范圍調(diào)速則難以實現(xiàn)節(jié)能的目的。 因此， 變頻調(diào)速不可能無 限制調(diào)速。一般認為，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)合實際經(jīng)計算確定。4.1 水泵工藝特點對調(diào)速范圍的影響理論上,水泵調(diào)速高效區(qū)為通過工頻高效區(qū)左右端點的

10、兩條相似工況拋物線的中間區(qū) 域。實際上,當水泵轉(zhuǎn)速過小時,泵的效率將急劇下降,受此影響,水泵調(diào)速高效區(qū)萎縮,若運行工況點已超出該區(qū)域,則不宜采用調(diào)速來節(jié)能了。4.2 定速泵對調(diào)速范圍的影響實踐中,供水系統(tǒng)往往是多臺水泵并聯(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行, 并實現(xiàn)系統(tǒng)最優(yōu)。 此時, 定速泵就對與之并列運行的調(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：4.2.1 同型號水泵一調(diào)一定并列運行時, 雖然調(diào)度靈活, 但由于無法兼顧調(diào)速泵與定速 泵的高效工作段,因此,此種情況下調(diào)速運行的范圍是很小的。4.2.2 不同型號水泵一調(diào)一定并列運行時, 若能達到調(diào)速泵在額定轉(zhuǎn)速時高效段右端點 揚程與定速泵高效段左端點揚程相等。 則可實現(xiàn)最大范圍的調(diào)速運行。 但此時調(diào)速泵與定速 泵絕對不允許互換后并列運行。4.3 電機效率對調(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，軸功率會急劇下降，但若電機輸出功率過度偏移額定功率或者工作頻率過度偏移工