摘 要：通過對變頻調(diào)速、恒壓供水技術(shù)的研究，對變頻調(diào)速恒壓供水節(jié)能技術(shù)在高校供水中的應(yīng)用進(jìn)行了系統(tǒng)闡述。
高校用水量相對較大，尤其是實(shí)驗(yàn)室及學(xué)生宿舍用水。因此，加強(qiáng)高校供水節(jié)能技術(shù)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。眾所周知變頻調(diào)速恒壓供水具有良好的節(jié)能性，且其自動(dòng)化程度高，在提高其可操控性的同時(shí)，也有效地達(dá)到了節(jié)能目的。但是，由于高校供系統(tǒng)中的用水是變化范圍較大，一旦變頻水泵的選型或設(shè)計(jì)不合理，則會提高供水系統(tǒng)的造價(jià)，也會直接影響到供水節(jié)能的有效性。
1 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)節(jié)能原理
變頻調(diào)速就是利用改變電動(dòng)機(jī)電源頻率來完成速度調(diào)節(jié)。變頻調(diào)速恒壓供水技術(shù)采用一個(gè)電位器來實(shí)現(xiàn)壓力設(shè)定，再結(jié)合一個(gè)高溫壓力傳感器對管網(wǎng)中的壓力進(jìn)行監(jiān)測；當(dāng)壓力傳感器將管網(wǎng)壓力信號傳入變頻器PID回路之后，PID回路立即會做出反應(yīng)，將水量減少或增加的信號送至控制器，進(jìn)而達(dá)到控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。一旦在一定范圍內(nèi)的延時(shí)時(shí)間內(nèi)，管網(wǎng)內(nèi)的壓力還是過大或不足時(shí)，則可以通過PLC進(jìn)行工頻/變頻切換，使管網(wǎng)內(nèi)的壓力與初始設(shè)定的壓力保持一致。隨著用水量的降低，變頻器則會自動(dòng)地降低輸出頻率，以此來調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速而達(dá)到節(jié)能的作用。而在恒壓供水系統(tǒng)中，變頻調(diào)速替代了恒速電機(jī)來對水泵進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，進(jìn)而達(dá)到預(yù)期的節(jié)能作用。根據(jù)流體力學(xué)，我們知道水泵的工作效率耷P＝C 1 （Q/n）－C 2 （Q/n）2 ；其中C 1 、C 2 均為常數(shù)，n為電機(jī)轉(zhuǎn)速，Q為水量。當(dāng)利用轉(zhuǎn)速進(jìn)行水量控制時(shí)，水量與轉(zhuǎn)速為正比；由于，比值Q/n不變，故供水效率始終保持在#理想的狀態(tài)而提高了水泵的效率。
2 變頻調(diào)速恒壓供水節(jié)能技術(shù)的優(yōu)勢
變頻調(diào)整恒壓供水系統(tǒng)較傳統(tǒng)供水系統(tǒng)的優(yōu)勢在于其可以保持24h自動(dòng)恒定水壓，并結(jié)合管網(wǎng)壓力信號自動(dòng)啟動(dòng)備用水泵，具有良好的無級壓力調(diào)動(dòng)，保障供水質(zhì)量；同時(shí)，也不會造成水管網(wǎng)線破裂等安全隱患的發(fā)生。變頻調(diào)速恒壓供水節(jié)能技術(shù)是以變頻調(diào)速為恒壓基礎(chǔ)，進(jìn)而取代了傳統(tǒng)高位水箱或壓力罐等供水設(shè)備，既節(jié)省了大量的占地空間和投入資金；也避免了水泵的頻繁啟停，而提高了供水系統(tǒng)的安全性，同時(shí)也因該系統(tǒng)的平滑啟動(dòng)，而避免了啟動(dòng)過程中對電網(wǎng)和水泵電機(jī)的沖擊，進(jìn)而提高了水泵的使用壽命 [3] 。另外，變頻調(diào)整恒壓供水系統(tǒng)既改善了傳統(tǒng)供水系統(tǒng)中水壓不穩(wěn)定問題，也避免了傳統(tǒng)供水過程中啟停過程中的水錘效應(yīng)，進(jìn)而全面提高了供水水質(zhì)。與此同時(shí)，變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)還可以結(jié)合實(shí)際用水量來控制水泵轉(zhuǎn)速，并在實(shí)現(xiàn)多泵循環(huán)工作以及各種保護(hù)功能的同時(shí)，也延長了水泵的使用壽命，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能增效的目的。
3 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)分析
目前，筆者所在高校采用的恒壓供水系統(tǒng)主要運(yùn)用電機(jī)調(diào)整裝置對水泵轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制；同時(shí)，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)對運(yùn)行水泵的調(diào)整與控制，進(jìn)而完成整個(gè)高校供水壓力的閉環(huán)管理，使之管網(wǎng)流量出現(xiàn)變化時(shí)，也能通達(dá)穩(wěn)定供水壓力，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)節(jié)能目的。
3.1 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。筆者所在高校變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)圖（見圖1）。該變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)由3臺水泵、1臺變頻器、1臺PLC輸入（出）單元與壓力傳感器等組成。PLC控制3臺水泵運(yùn)行；水泵速度調(diào)節(jié)則采用變頻調(diào)速技術(shù)，采用“一變多定”控制方式來進(jìn)行；同時(shí)，結(jié)合PLC電流信號來對變頻水泵進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。
3.2 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)控制原理。高校變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)控制原理，是利用出水管網(wǎng)中安裝的壓力傳感器將出口壓力信號轉(zhuǎn)變成為標(biāo)準(zhǔn)號（4mA~20mA）送至PLC模擬量輸入端口后進(jìn)行PLC調(diào)控，并經(jīng)過運(yùn)算結(jié)果與設(shè)定壓力參數(shù)進(jìn)行對比后，得出相應(yīng)的調(diào)節(jié)參數(shù)，再送至變頻器；而變頻器則對水泵的轉(zhuǎn)速予以相應(yīng)的控制，進(jìn)行達(dá)到調(diào)節(jié)系統(tǒng)的供水量，使高校供水系統(tǒng)管網(wǎng)中的整體壓力保持在設(shè)定壓力之上；一旦出現(xiàn)用水量超過一臺水泵供水量時(shí)，PLC會結(jié)合用水量大小對工作水泵數(shù)量進(jìn)行控制；同時(shí)，變頻器則會對工作水泵轉(zhuǎn)速予以實(shí)際調(diào)整，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)恒壓節(jié)能供水的目的。一旦，供水負(fù)載出現(xiàn)變化，輸入電機(jī)電壓與頻度也隨之會發(fā)生改變，并形成以設(shè)定壓力為標(biāo)準(zhǔn)的閉環(huán)式高校恒壓供水節(jié)能控制系統(tǒng)。另外，該系統(tǒng)中還設(shè)置有多種自我保護(hù)功能，以充分保障水泵的維修與正常供水需求。
3.3 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)水泵控制過程。筆者所在高校采用PLC為S7－200型，變頻器為M430型；本文僅以上述PLC和變頻器為例進(jìn)行水泵控制說明，PLC的I/O分配見表。開始工作時(shí)，若泵1變頻啟動(dòng)時(shí)，水泵轉(zhuǎn)速則從0開始隨頻率逐步上升，若變頻器頻率達(dá)至50Hz時(shí)，管內(nèi)水壓還處于上限值時(shí)，則經(jīng)一段時(shí)間的延時(shí)，泵1切換至工頻運(yùn)行；此時(shí)，變頻器頻率則會由50Hz降至0Hz；泵2變頻啟動(dòng)；若水壓仍未達(dá)到要求時(shí)，則會直接啟動(dòng)泵3。同樣，在水泵切換時(shí)，若3臺水泵均在運(yùn)行中，當(dāng)泵3變頻降至0Hz時(shí)，水壓仍處于上限時(shí)，則會經(jīng)一段時(shí)間的延時(shí)后，使泵1停止工作，變頻器頻率則會從0Hz迅速上升，若水壓仍處于上限值時(shí)，則會經(jīng)一段時(shí)間的延時(shí)后將泵2停止工作。這樣的水泵切換，既可以有效降低水泵的頻繁啟停，也可以對高校水管網(wǎng)線的水壓波動(dòng)迅速做出反應(yīng)，并在變頻器的調(diào)節(jié)作用下，保持水壓的平穩(wěn)過渡，在避免高校水管網(wǎng)線短暫停水的提前下，也達(dá)到節(jié)能供水的目的。
綜上所述，高校供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性與水質(zhì)安全性，既關(guān)系到高校師生的生活、工作用水質(zhì)量，也全面實(shí)現(xiàn)了供水節(jié)能技術(shù)要求。同時(shí)，該供水系統(tǒng)還降低了高校供水系統(tǒng)的工作強(qiáng)度及相關(guān)的日常與維修費(fèi)用，真正實(shí)現(xiàn)了節(jié)能增效的目的。
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