摘 要：简述变频调速给水方式的设备组成、工作原理及设备的能耗分析，来说明在实际的应用中，变频调速给水方式的优缺点。
关键词：能耗分析；变频调速；优缺点
水设备在我国发展很快，但是随着应用也暴露出来了一些弊端。在实际给水系统中，为了提高供水的可靠性，水泵的选型都是根据最不利工况点的流量和扬程而选定的，但是用户高峰用水量时间并不长，大部分时间用水量都小于最不利工况点的流量，而水泵扬程随着流量的减少而增加，所以水泵常期在扬程过剩情况下运行，也就是水泵常处于低效率运行，能耗增加。为解决供需不相吻合的矛盾，提高水泵效率，与此同时随着计算机、自动控制、PLC技术的迅速发展，产生了一种新型的给水方式——变频调速给水方式。此种给水方式，已被广泛应用于社区、高楼大厦、工矿企业、农村城镇的生活给水和一些生产工艺特殊要求的生产给水系统，随着我国科技的发展和生产能力的提高，变频调速给水控制方式也从一般的逻辑电子电路控制方式发展到可编程序控制器控制方式，从一台泵固定不变逐步发展到可编程序自动切换变频方式，使其运行更加可靠、合理、节能[1]。
1.变频调速水设备的组成
变频调速给水设备是现在供水系统中常用的给水方式，它是水池恒速泵供水方式的改进，把恒速泵变为变速泵，大大改善了在供水中出现的水泵低效率、高能耗的运行情况，增加了其应用的范围。变频调速给水设备主要由水泵机组、压力传感器、控制柜（智能控制器、变频器、电控设备）等组成，具体各部件组成情况见图1-1。
图1-1
1-水池；2-水位传感器；3-压力传感器；4-智能控制器；5-变频器；6-恒速泵控制器；7-变频调速泵；8-恒速泵；9-用户水龙头；10-控制柜；11-液位自动控制阀
2.变频调速给水设备的分类
2.1恒压变流量供水设备
该设备可单泵运行，亦可几台水泵组合运行，组合运行时其中一台为变频调速泵，其他为恒速泵（含一台备用泵）。设备中除水泵机组外，还由电器控制柜（箱）、测量和传感仪表、管路和管路附件、底盘等组成。
恒压变流量供水设备控制参数的设定：一般设置为设备出口恒压。所以，自动控制系统比较简单，容易实现，运行调试工作量比较少。
2.2变压变流量供水设备
变压变流量供水设备是指设备的出口按给水管网运行要求变压变流量供水。设备的构造和恒压变流量供水设备基本相同，只是控制信号的采集和处理及传感系统与恒压变流量设备不一致。
变压变流量供水设备控制参数的设定：可以在给水管网最不利点（控制点）恒压控制，亦可以在设备出口按时段恒压控制，还可以在设备出口按设定的管网运行特性曲线变压控制。所以此设备节能效果好，可以改善给水管网对流量变化的适应性，提高了供水安全可靠性，但是此设备控制信号的采集和传感系统比较复杂，调试的工作量也大。因此解决好此设备的关键是控制参数的设定和传感问题[2]。
2.3带有小水泵或小气压罐的变频调速供水设备
该设备可以解决小流量或零流量供水情况下水泵耗能比较大的问题，在设备中加设了小流量的供水小泵或小型气压罐，由流量传感器或可编程序控制器进行控制，可以进一步降低耗电量。
3.变频调速给水的工作原理
变频调速给水方式以控制方式分为恒压变流量和变压变流量两种，下面就以恒压变流量的给水方式为例介绍其工作原理。如图1-2所示，当水池中的水位高于设定的水位值时，这时监测器就把此信号传给智能控制器，使其自动工作；当水位低于设定的水位时，就会自动停机；变频器根据控制器的信号控制水泵的运行，因此当用水量增加时，管道出口压力低于设定恒定压力值时，压力传感器就会把此信号传给智能控制器，这时如果1号泵变频运行，转速将随着用水量的增加而变大，当增加到额定转速时，仍不能达到设定压力值时，1号泵就转换为工频运行，变频器频率则由50Hz滑行到0Hz，2号泵开始变频运行。同上，如果还不能达到，就继续启动3号和4号泵，直到达到设定的压力值。
当用水量减少时，管道出口的压力就会高于预先设定的恒定压力值，这时压力传感器就会把此信号传给智能控制器，由其控制变频器和电控设备来控制水泵机组的启停，随着用水量的减少，变频器就会按设定顺序逐步减少水泵运行的台数，直到用户维持恒定压力[3]。
图1-2变频恒压供水工作原理流程图
4.变频调速给水的能耗分析
由于变频调速分为恒压变量和变压变量两种运行方式，所以在分析水泵能耗时可以将这两种供水方式与水泵恒速时运行进行比较，可以利用图2-8进行分析说明。
图1-3水泵的能耗分析曲线
从图1-3中可以看出，当水泵以额定转速运行，用户用水量从降到时，水泵的工况点将从点移到点，其供水压力则从设计供水压力点上升到，理论上水泵此时需要输出的功率是，然而，从图中的曲线分析可知，此时管网需要消耗的功率只要，因此水泵多消耗的功率为，这些多消耗的功率实际上被无效地消耗在管网当中。
如果采用恒压变流量供水方式，设定的恒定压力值为水泵出口压力，当流量从降到时，由于水泵是变频调速的，为了保持恒定压力，水泵的转速就从降到，理论上水泵需要输出的功率为，从图中可以看出此功率小于水泵恒速时消耗的功率，但仍大于管网所需的功率。而多消耗的功率仍然是无效地消耗掉了。
如果采用变压变流量供水，流量从降到，转速从变到时，水泵的扬程降低到刚好管网所需的扬程。此时理论上水泵需要输出的功率也就等于管网所需的功率，所以此种运行方式最节能[4][5]。
5.调速给水的优缺点
5.1优点
5.1.1基建投资少，比建水塔、高位水箱、气压罐都节省。
5.1.2运行可靠性高，由于对水泵采用了变频循环软启动技术，减少了机械冲击，也使水泵启动时对电网的冲击电流大大减少。
5.1.3自动化程度高，采用了智能控制器，变频器大大方便了现场调试和用户的使用，日常无需专人操作。
5.1.4效率高，能耗低。由于采用了变频调速大大减少了电能的消耗和提高了水泵的效率。
5.2缺点
5.2.1需建生活贮水池，占用一定的建筑面积。
5.2.2造成资源的浪费。将自来水放入水池（或水箱）中，使原有压力全部变为零，再从零开始重新加压供水，造成市政管网压力的浪费。
5.2.3存在二次水质污染问题，对饮用者造成健康隐患。
6.结论
本文主要介绍了传统的变频调速加压供水方式。此供水方式运行可靠性高，效率高，能耗低，但是仍然存在水质的二次污染问题，没有利用市政管网的余压，造成能量浪费等缺点。
参考文献:
[1] 给水排水设计手册 建筑给水排水
[2] 姚福来，张艳芳，韦玉堂编著．水泵变频调速的节电量计算及系统设汁[M]．科学出版社 1998.54-57
[3] 张红星，李鸣，汤志彪，杨大勇．基于变频调速的恒压供水控制系统[J]．机电设备，2005，3（24）：1—4．
[4] 张建主编 建筑给水排水工程（第二版）[M] 中国建筑工业出版社 2005.1
[5] 张小明 变频调速在恒压供水系统中的应用[J]．南京工业职业技术学院学报，2003，3（4）：15-17
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