建筑给水系统中变频调速恒压供水技术应用

建筑给水系统中变频调速恒压供水技术应用

胡志坤

身份证号码：44018119810615xxxx

摘要:为节约用水，在现代建筑给水系统中，采用变频调速恒压供水方式，实现建筑给水系统节水目标，符合现代建筑节能设计理念，为我国建筑的可持续发展提供技术支持。主要以变频调速恒压供水技术在建筑给水系统中的应用做简要的阐述。

关键词:建筑工程；给水系统；变频调速恒压技术；节能

随着变频器的快速迭代，变频调速技术在各个领域得到了广泛的应用，特别是在供水行业，由电动机、泵组、压力仪表、变频器、微控制器和传感器等现代控制设备所构建的变频调速恒压供水系统以其节能、安全、高品质的供水质量等优点，将我国供水行业的技术装备水平经历了一次飞跃。

1建筑给水系统的现状

1.1管网分区设计不合理

城市供水公司受资金和技术的限制，其水站无法均匀分布在整个城市，这就造成管道供水压力出现偏差，偏远市区供水压力无法得到保障。在实际用水管道设计中，为保障居民正常的用水要求，需要在一定长度管道进行加压，补充长距离输水的压力损失。但是若对管道进行二次补压，会导致管道局部压力过大，而降低管道的使用寿命，若管道出现破损，会出现水资源的浪费[1]。

1.2管道材料不满足节能要求

在建筑给排水管道设计中，管道不仅需要符合用户给水和排水的基本用途外，还要求提高管材的耐腐蚀性、抗冻性，以延长管材的使用寿命，降低对能源的损耗。然而，在实际建筑给排水管道设计中，为降低材料成本，多选用价格较低，品质较差，耐腐蚀性较差的管材。在管道长时间使用后，局部锈蚀严重，从而导致管道出现漏水问题，造成水资源的浪费。

1.3热水热量损失严重

在北方冬季热水供应时，由于管道保温措施处理不当，导致热水在供应途中，热量损失严重，为保障热水至用户中水温达到使用要求，需要提高热水站问题，从而造成资源的浪费。

1.4建筑给水工程用水量设计不合理

建筑给水工程设计的重中之重是用水量的估算与设计。目前我国建筑给水设计中存在的一种现象是设计者不了解建筑结构正式运行后的用水情况，不能具体地进行各项用水量估算，从而导致了建筑给水用量设计不合理，存在过盈或匮缺的问题，最终将影响后期建筑整体供水质量。

2.变频调谏植压供水技术

2.1供水压力和变频器输出频率的关系

在变频调速运行时，电动机的压频比U/f（供电电压/供电电源频率）保持不变，管网压力随着供电电源频率成正比例变化。当变频器的输出频率在一定时，若用户用水量增大，从而流量Q增大时，供水管网的水压将会降低。为了保持供水压力不变，就必须增大变频器的输出频率以提高水泵机组的转速;当用户的用水量减小时，流量Q减小，在变频器输出频率不变的情况下，管网的供水压力将会增大，为了减小供水管网水压，就必须降低变频器的输出频率[2]。

2.2恒压控制的理论分析

恒压控制的目的就是使出口总管网的实际供水压力维持在设定的供水压力上。在系统运行过程中，如果实际供水压力低于设定压力，控制系统将得到正的压力差△P，这个差值经过相应的控制算法处理之后，可以计算出变频器输出频率的的增量，该增量就是为了减小实际供水压力与设定压力的差值，将这个增量和变频器当前的输出频率值相加，得出的值就是变频器当前应该输出的频率。

2.3变频调速恒压供水系统的构成及工作原理

本文设计的恒压供水系统主要适用于城市高层住宅生活消防供水系统，我们以四台水泵（三台主泵和一台辅助小泵）为例，整个系统的工作流程为：安装在用户端出水管上的压力传感器，将供水管网的压力信号转变为电信号，输入A/D转换器，转换后的数字信号进入到单片机，经过相应的运算处理后，与设定的压力信号进行比较，得出偏差值，再经过自适应模糊算法得出最佳的运行工况参数，并由D/A转换器将其转换为模拟信号，输出给变频器以控制变频器的输出频率，从而控制交流电动机的转速，以控制水泵的输出流量和压力，使供水管网的压力趋向于设定压力值，从而实现闭环控制的恒压供水。

3.变频调速恒压供水技术在高层建筑给水中的运用

根据GB-2006《高层建筑设计防火规范》，高层是指层数在十层和十层以上的住宅或建筑高度超过24米的其它建筑。高层的给水系统相对于多层来说比较复杂，给水压力、水量较大，因而要合适选择给水方式及给水设备。由于高层建筑高度的限制，要把水输送到一定的高度供用户使用，在这一提升的过程中需要耗费相当多的能量，这部分能量是很可观的，所以解决了高层给水系统的节能问题可以带来很大的收益。

建筑给水系统方案的选择需要考虑的因素是：1、供水安全可靠2、后期管理、维修方便3、投资少，节水节能。另外还要根据工程现场情况综合考虑，最后选择一套合理的供水方案。目前变频恒压调速并联供水方式在很多高层中得以应用，这种供水方式的原理是利用一个低位储水池来储存和调节水量，然后由变频泵加压供给各层用户，现在这种供水方式是比较常见的[3]。

根据高层建筑的高度和市政管网压力，需要对其进行竖向分区，这样就避免了用户用水点出现水压过大或不足的情况。因为若出现了水压过大的现象势必会造成超压出流问题。前面已经提到超压出流会带来很多麻烦。而采用竖向分区能很好的解决这一问题。给水系统竖向分区应依据高层的高度、用途、给水设备功能、后期管理、节水节能等因素综合确定。

高层建筑一般采用供水系统三种，分别为：高位水箱给水系统、水泵水箱给水系统及变频调速恒压给水系统。变频调速恒压给水系统的原理是根据供水系统中用水量的改变调整水泵的转速，控制流量并且使水泵工作在高效段。变频恒压给水系统又分为变速水泵并联给水系统、变速水泵减压阀给水系统及管网叠压（无负压）给水系统。

在具体的高层建筑给水设计中，分区变频恒压供水系统是一种效果理想，适用性很强的给水方案。分区变频恒压给水系统，首先根据建筑高度和市政管网压力对用户用水点水压进行给水分区，普通高层建筑可分为三个区：低区、中区、高区。遇到特殊高层可根据实际问题，采用多个分区方案。分区以后计算每个分区所需的水头水压、流量等问题。然后选择相应的给水加压变频泵和变频器，利用变频恒压供水方式的自动控制系统，来满足用户对水量水压的使用要求，达到恒压供水的效果。与其他供水系统相比，变频恒压供水系统进能够很好的发挥泵的功率，并提高了水质水量，减少二次污染，提高了饮用水的卫生安全指标。在初期资金投入方面可能是比其他供水系统要大，但是后期带来的利益可以弥补前期投资大的问题。在后期运营管理中操作方便，省时省力。同时节水节能也是很可观的效益。

4.总结

由于我国人口数量较多，人均能源占有量较少，且随着近几年建筑行业的蓬勃发展，其能源消耗逐年增加，据不完全统计，建筑能耗约占整个社会能耗的1/3，其能耗数量约占其他国家的2倍。而建筑给排水设计，若其设计质量较高，可减少对水资源的浪费，减少热水管道热量的散失，减少污水渗漏，实现建筑节能的目标，并可促进我国建筑行业节能建设的可持续发展。

参考文献

[1]阎凯峰，牛继荣.交流调速驱动系统与恒压供水[J].内蒙古工业大学学报，2013,12(2):57-62.

[2]罗文军，王焱玉.基于单片机的恒压变频调速供水系统的设计[J].桂林航天高等专科学校校报，2015,13(9):57-59.

[3]武容，葛晓霞.变频调速供水在消防给水应用中有关问题的探讨[J].消防科技与产品信息，2014,4(8):36-38.