1、变频调速在高层建筑供水系统中的应用分析摘要：目前，变频调速恒压供水设备以其节能、安全、高品质的供水质量等优点，使我国供水行业的技术装备水平经历了一次飞跃。变频调速供水系统是当今先进、合理的节能型供水系统，在实际应用中得到了很大的发展。本文对变频调速在高层建筑供水系统中的应用进行了探讨。 关键词：变频调速；高层建筑；供水系统；应用 中图分类号： TU97 文献标识码： A 引言 供水系统是高层建筑当中不可获取的重要组成部分之一，其不仅直接关系到用户的日常用水，而且还与建筑消防密切相关。变频调速系统与过去的水塔或高位水箱以及气压供水方式相比，不论是设备的投资，运行的经济性，还是系统的稳定性、可靠性
2、、自动化程度等方面都具有无法比拟的优势，而且具有显著的节水、节能效果。 一、高层建筑供水系统特点和几种常见供水方式 1、高层建筑供水系统的特点 高层建筑属于一类较为特殊的建筑结构，除了具有楼高、层多的特点之外，在供水方面也与普通建筑有所不同，具体体现在以下几个方面上： 1.1 高层建筑对给水卫生设备的标准要求较高，由于使用人数较多，使得瞬时的给水量相对加大； 1.2 因高层建筑楼层较多，高度较高，需要给水管具有足够大的静水压力； 1.3 高层建筑本身的使用功能非常复杂，一旦发生火灾蔓延速度较快，人员疏散和火势扑救都比较困难，所以要求高层建筑的消防系统必须具备足够的给水压力，能够在发生火灾时进行
3、自救； 1.4 高层建筑当中的给水管及相关设备较多，这些都属于噪音源，在设计过程中需要采取一定的措施保持环境良好以及供水系统的运行稳定，这无形中增大了供水系统的设计与施工难度。 此外，由于高层建筑楼高、层多，若是仅设置一个系统负责全楼的供水，则会导致建筑下层的给水管道需要承受相当大的静水压力，这样一来很容易造成阀门、管件、接头等位置出现渗漏水，从而影响供水系统的正常运行，还会造成水资源的大量浪费。为此，高层建筑的供水系统一般都需要进行合理的竖向分区，以此来减小下层管道中的静水压力。2、几种常见的供水方式 目前，高层建筑中较为常用的供水方式有以下几种： 2.1 分区水箱供水 这种供水方式具体是指
4、在高层建筑的各个分区中，选择最为适当的位置设置分区水箱，以此来实现该区域用水量的贮存和调节，并达到稳定水压的目的。通常情况下，分区水箱内的水全部都是由设置在建筑底层或是地下室中的水泵负责输送，其供水模式为水池水泵分区水箱给水管网用水点，该方式是高层建筑应用最为广泛的一种供水方式。分区水箱供水方式又可分为以下几种：并联、串联、减压水箱、减压阀以及出口水泵等等。 2.2 多出口水泵供水 这种供水方式在国外的高层建筑中应用较多，由于我国在这方面的研究起步较晚，应用相对较少。该方式最为显著的特点是能够减少泵房及变配电室的建筑面积，节省了大量的低压用电费用，适用于高层建筑分区消防给水系统。 2.3 气压
5、罐供水 这种供水方式是最近几年里兴起的，它的特点是气压罐的位置不受建筑条件的限制，可设置在建筑结构的任何位置上，如顶层、中间层、室外、地下室等等。唯一的缺点的是贮水量较为有限。 2.4 变频调速供水 这种供水方式具体是指借助变频调速系统自行改变水泵的转速，以此来达到调节水流量的目的，其最大的优点是节水、节能。该方式也是本文研究的重点。 二、变频调速在高层建筑供水系统中的具体应用研究 为了便于本文研究下面以具体工程为例，对变频调速在高层建筑供水系统中的具体应用进行研究。 1、工程简介 某高层建筑为 33 层塔楼式结构，地下二层裙房中设有商场和停车场，所有塔楼均为住宅，生活用水分为高低区，分别由两
6、套全自动变频调速供水设备进行供给。 2、变频调速系统的工作原理 变频调速恒压供水系统主要由 PLC、变频器、压力变送器、控制面板、多组继电器、电气控制模块、水泵机组以及接触器组成，其工作原理为：压力变动器将 4-20mA 或 0-5V 的水压信号输送至 PLC 的 A/D 口，利用 PID进行运算后再向变频器输出控制信号，对水泵机电的运行速度进行调节，进而克服给定水压与实际水压存在的差异，实现恒压变频的自动供水。控制面板用于修改和设定 PID 参数值和给定水压值，系统参数则需要在系统运行中调整，可对参数进行优化选择。 3、系统的工作过程及其基本功能 当 PLC 接收到来自于压力变送器传输出来的
7、信号后，会用该信号与预先设定好的压力进行比较，再经由 PID 进行计算和逻辑处理后，便会输出一路模拟信号给变频器，以此来实现水泵转速的调节，同时还会输出几路开关信号到电气控制模块当中，对水泵电机的软启动、停止、电源切换进行控制。水泵机组主要是以循环的方式进行工作，这种方式的优点是能够对多台水泵进行平均使用，有助于延长水泵的使用寿命，具体的工作过程如图 1 所示。 当系统启动以后，1 号泵的变频电机首先启动，当该电机的频率达到工频上限时，若是水压仍未达到给定值，则该电机自行切换至工频运行，此时变频器回零，并启动 2 号水泵电机，重复上述过程，直至达到压力给定值并稳定运行为止。如果在用水量减少时，
8、因压力会超出给定值，那么按照先启先停的原则，依次停止 1 号泵电机和 2 号泵电机，直至最终运行在压力给定值。按照本工程的具体要求，本系统还具有手动控制和自动控制方式互相转换以及故障自动报警等功能。当转换开关处于手动位置时，可直接对水泵的启停进行操作控制，借此来使水泵在工频在运行，当转换开关处于停止位置时，所有水泵均无法启动；转换开关在自动位置时，系统会自行进入到自动运行模式，图 1 便是系统处于自动方式下的工作流程，若是在第三台水泵投入到运行当中，并且变频器的频率达到工频上限时，而水压仍未达到给定值，PLC 便会发出故障报警信号。 4、系统调试运行中的注意事项 4.1 在系统设计中，要优化
9、PID 参数的设定，使其既考虑系统的稳定性，又兼顾系统的灵敏性，以此确保系统稳定、高效运行。 4.2 在设定水泵加速时间时，应考虑水泵机组的性能，通常设定为50Hz/510s。 4.3 在确保系统安全的基础上，保证各泵工频/变频运行方式间的互锁。 4.4 在设计水泵机组启停控制、运动顺序、算法控制的软件时，将时延功能设计在切换变频运行水泵到工频运行之间，为了防止切换过程中出现电流冲击现象，必须确保变频运行水泵工作频率达到了工频上限。此外，在采样各开关量的输入信号设计时也必须增加时延功能，从而达到防止频繁启停水泵的目的。 5、应用效果分析 本系统于 2010 年正式投入运行至今，在运行期间系统未
10、出现任何故障，由于取消了水箱，从而减少了水资源二次污染的几率。同时，变频调速技术的应用，不但确保了高层建筑的供水压力，而且还起到了一定的节能作用，其经济效益和社会效益都非常显著，值得在同类工程中推广应用。 结束语 生活供水系统采用变频供水设备可改善供水水质，更加经济,可靠,高效,卫生和环保。随着国家节能推广技术，以及变频调速技术的发展和人们对生活饮用水品质要求的不断提高，变频恒压供水必将有着更广泛的运用前景。 参考文献 1黄鹏.住宅小区变频调速恒压供水系统节能设计分析与应用J.中外建筑,2010,(1). 2宋灵贵,董利达.变频调速恒压变量供水系统在生活小区中的应用J.科技通报,2009,(3). 3唐燕.关于变频调速的供水系统的设计与节能问题研究J.中国住宅设施,2009,(12) 4姜素霞,闫艳霞,杨小亮.基于 PLC 控制的恒压变频调速供水系统设计与仿真J.郑州轻工业学院学报(自然科学版),2011,(2).
