浅谈变频恒压供水的设计要点

张存保

【摘要】变频恒压供水是目前国内二次供水领域应用最广泛的供水方式，主要用于高层建筑的加压供水，适用于用水量经常变化的场合。该供水方式具有水压恒定、水质好、占地小、无高位水箱、噪音小、节能等一系列优点，并且能全自动运行，无需人员值守，该技术能实现水泵的软起动，减小水泵起动时的冲击电流，使水泵的使用寿命延长，在调节水泵流量时，可以节约可观的能量，是国家重点推广应用的节能环保技术。在变频恒压供水设备选型设计中，主泵、辅泵和气压水罐的选型计算，与运行时节能效率有很大关系，本文从变频恒压供水的原理出发，介绍主泵、辅泵和气压水罐的选型计算设计要点。

【关键词】变频恒压供水 工作原理 主泵、辅泵和气压水罐

1.变频恒压供水的工作原理：

变频恒压供水控制设备是将可编程技术、交流变频技术与电机泵组相结合的新型机电一体化供水设备。变频恒压供水设备主要由水泵机组、测压稳压罐、压力传感器、变频控制柜等组成。系统正常运行时，通过用户供水管网上的压力传感器对管网水压进行实时数据采集，并将压力信号转换为电信号，传输至PID调节器，然后与用户设定的压力值进行比较和运算，并将比较和运算的结果转换为频率调节信号和水泵启动台数信号分别送至变频器和可编程控制器。变频器根据PID调节器传输过来的信号调节水泵电机的运行频率来调整水泵的转速，使得水泵始终保持在高效节能的最佳运行状态；可编程控制器根据PID调节器传输过来的信号来控制水泵的启停和启动台数，这样通过对泵组的启停台数和其中一台变频泵的转速调节就可将用户管网中的水压恒稳于预先设定的压力值，即实现管网供水量与不断变化的用水量保持一致，达到“变频恒压供水”的目的。

2.变频恒压供水的设计要点：

2.1 选择主泵

根据《建筑给水排水设计规范》GB 50015-2003（2009年版）3.6节计算供水系统的设计流量Qg（m3/h），对不同的建筑类别和居住小区的大小选择不同的公式计算确定供水系统设计流量Qg（m3/h）。并确定所需主泵扬程H主泵 （MPa）： H计算=Ho+△H+∑h，式中：Ho—用水点要求的正常水压（MPa），△H—水池最低水位至系统供水管网最不利点的几何高差（MPa），∑h—管网沿程阻力与局部阻力之和（MPa）。

一般主泵采用的组合有：三泵组合（其中一台备用）、四泵组合（其中一台备用）等，用于泵组组合的各单泵的流量、扬程一般均相同，有利于单泵间具有互换性。另外因为泵组的水泵在最大设计流量下不可能让水泵全部工频运行，所以单泵的流量应选大些，具体选泵如下：

三泵组合（其中一台备用）时：2Q主泵≥1.1Qg；H主泵≥H计算

四泵组合（其中一台备用）时：3 Q主泵≥1.2Qg；H主泵≥H计算

设计时可根据需要进行组合选配单泵的数量，单泵的流量也可不同，计算方法同上。选择主泵时看水泵的Q～H特性曲线，应是随流量的增大，扬程逐渐下降的曲线，且主泵在额定转速时的工作点，应位于水泵高效区的末端。

2.2 选择辅泵

辅泵的设计流量Q辅泵通常可按照单台主泵设计流量Q主泵的1/3～1/2直接选取；辅泵的扬程需根据选择的辅泵类型确定不同计算方法：第一种情况，所选辅泵也有变频器变频供水时，管网不设置气压水罐。在用水量小流量时，当泵组最后一台主泵运行频率降至其小流量工作频率时自动停泵同时开启辅泵，辅泵则担当起变频供水的角色，模式与主泵变频供水相同。故笔者认为，在这种情况下，辅泵满频供水时对应于出流量Q辅泵时的扬程可与主泵满频供水时对应于出流量Q主泵时的扬程相等，即等于管网压力设定值；第二种情况，所选辅泵变频供水时，管网设置气压水罐。在用水量小流量时，当泵组最后一台主泵运行频率降至其小流量工作频率时自动停泵同时开启辅泵，供水模式由主泵恒压变频供水转变为由辅泵和气压水罐变频气压给水；当用水量持续减小到辅泵的最低工作频率时，辅泵退出工作，辅泵停泵前会加速运转以提高其供水扬程，当扬程高于辅泵恒压变频设定值0.03～0.05 MPa时，停泵由气压水罐供水。为保持管网压力恒定，笔者认为，在这种情况下，辅泵满频供水时对应于出流量Q辅泵时的扬程应等于主泵满频供水时对应于出流量Q主泵时的扬程相等，即等于管网压力设定值。第三种情况，所选辅泵工频供水时，管网设置气压水罐。在用水量小流量时，供水模式由恒压变频给水变为由辅泵和气压水罐差压式气压供水。当泵组最后一台主泵在降至其小流量工作频率时自动停泵，由气压罐配合辅泵供水，辅泵启泵压力即气压水罐内最小压力P1，取P1= Ho′+△H+∑h′，式中：Ho′—用水点要求的最小水压（MPa），△H—水池最低水位至系统供水管网最不利点的几何高差（MPa），∑h′—在辅泵的额定流量下管网沿程阻力与局部阻力之和（MPa）， 辅泵停泵压力即气压水罐内最大压力P2，P2若取得太大，容易引起管网和用户端超压，取得太小则气压水罐调节容积小，辅泵启动频繁，通常取P2=P1+（0.05～0.15）MPa。为了充分利用小气压水罐的调节容积，使辅泵运行时气压水罐内压力能达到最大压力设定值P2，笔者认为，在这种情况下，辅泵对应于额定流量Q辅泵时的扬程应等于P2。计算出流量和扬程，就可以根据具体工程所需选择合适的辅泵。

2.3 选择气压水罐

气压水罐在变频调速供水中的主要作用是：用于调节损失瞬时用水量变化，稳定主泵、辅泵切换过程的压力波动，实现小流量节能供水，消除停泵水锤，在建筑物投入使用初期，入住率较低的情况下，配合辅泵或主泵供水，避免辅泵、主泵频繁启动。以上功能均通过气压水罐的调节容积来实现。

在无辅泵的变频恒压供水设备中，气压水罐调节容积应满足单台工作主泵工频运行90秒的供水量；而在有辅泵时，气压水罐调节容积除应满足与辅泵配合工作（按1小时内辅泵启动次数来确定）外，还不应小于主泵切换时所需稳压流量，即单台工作主泵工频运行90秒的供水量。

计算出气压水罐的调节容积和总容积，就可以根据具体工程所需选择合适的气压水罐。

结语

1.变频恒压供水系统中，主泵不能在零流量至设计秒流量间高效供水。

2.根据供水规模，应优先选用配置辅泵及气压水罐的多台主泵并联工作的变频恒压供水系统。

3.应校核气压水罐内的最高工作压力，不得使系统最大供水压力处配水点的静水压力超过0.55MPa。

4.变频恒压供水系统中，辅泵的流量、扬程，气压水罐的容积与所选水泵的特性曲线、管网设定压力值、水泵的运行控制方式等密切相关，应根据具体工程需要进行选用。

參考文献

[1]CJ/T 352-2010微机控制变频调速给水设备[S]

[2]GB 50015-2003 建筑给水排水设计规范 （2009年版）[S]

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