变频恒压供水系统设计

变频恒压供水系统设计

昆明电器科学研究所谢国政

[摘要] 变频调速恒压供水设备是采用变频调速器、可编程控制器（PLC）和PID调节器等构成的新型供水设备，本设备具有给水压力设定方便、显示直观、成本低，调试容易的特点。

[关键词] 变频调速恒压供水设备PID

1概述

生活给水设备，一般可分为匹配式和非匹配式两种形式。非匹配式给水需要配置高位水箱或水塔等蓄水设备，其特点是水泵的给水量总是大于用水量，且存在造价高、二次给水水质易污染、能源消耗大、水锤效应等问题。匹配式给水则是通过调速装置随用水量的大小及时调节水泵的转速，以达到调整给水量的目的。匹配式给水能维持给水系统给水压力恒定，需要多少水就供多少水。此外，由于水泵的轴功率与转速的三次方成正比，而水泵转速又与水的输送量成正比，如果用水量减少，水泵的轴功率就可以大幅度下降，可以达到节能的目的。在目前的条件下，采用交流变频调速器控制水泵电机的转速，以维持给水的恒定压力的方法是一种较完善的节能给水方式。据测算，变频恒压供水设备与传统给水方式相比，可节约初始投资10％，节能30％以上。所以，自90年代末以来，给水行业贯彻《城市给水行业2000年技术进步发展规划》中提出的"二提高三降低"（即提高给水水质，提高给水安全可靠性，降低能耗、降低漏耗和降低药耗）的要求，住宅小区的给水系统已逐渐取消了高位水箱，而采用变频恒压

供水设备给水，既满足给水安全，又避免水质的二次污染，对保证人们生活用水质量有着非常重要的意义。此外,由于采用了PLC控制给水系统，消防给水的可靠性也大大提高，且很容易与生活给水系统统一控制。

2变频调速恒压供水系统设计方案

2.1 住宅小区给水系统的要求

多层住宅小区已取消屋顶水箱，逐渐采用变频恒压供水设备给水系统，而对于十二层及十二层以下的"小高层"，《民用建筑水灭火系统设计规程》中规定"当采用小区集中给水泵房的生活消防共用给水系统时，可不设高位水箱。但应符合下列规定：①泵房的给水服务半径不宜大于150m；②消防泵和生活泵的电源应不低于按二级负荷的要求供电或自备柴油发电机；③消防泵的流量应满足生活和消防同时给水的流量；④泵房的出水压力平时不应大于0.45MPa，且应保证室内消火栓给水系统充满水；在灭火时应满足室内消防给水系统的压力；⑤室内消火栓给水系统竖管的顶部应设自动排气阀"。

2.2 用水量计算及水泵的选型

（1）用水量计算

设计流量的大小直接关系到水泵的选型、管网的口径及给水的安全保证性。目前，一般住宅小区的设计流量主要包括以下几方面；

①居民生活用水；②公共建筑用水；③消防用水；④绿化用水；

⑤浇洒道路用水；⑥未预见水量及管网漏失水量。其中，公共建筑用

水可按现行《建筑给水排水设计规范》给水当量计算；浇洒道路和绿地用水量应根据路面、绿化、气候和土壤等条件确定，草本植物可选2.0L/（m2·d）；木本植物可选1.0L/（m2·d）；未预见水量及管网漏损量，可按最高日用水量的10%-15%合并计算。而最难确定的是小区居民生活用水，这主要是住宅小区大小不一，幢数不同。这就决定了住宅小区居民生活用水量的确定，既不同于城市市政给水设计，也不同于建筑物室内给水设计。平时我们进行设计时，通常采用经验做法；小区生活用水干管按最高日最大时流量公式进行计算，宅前支管和进户管按当量以设计秒流量公式进行计量。如表1为某设计院设计的某住宅小区的生活用水量计算结果。

表1 某住宅小区用水量计算表

按照城市自来水公司的给水安全性要求，每座水泵房的给水服务面积不允许超过50000m2，约450户居民，按每户3.5人计算，则总用水人数1575，按照城市住宅标准规定“住宅每人最高日生活用水定额不应小于230L”，可取300L/（人·d）。又根据《建筑给水排水设计规范》（GBJ15-88）第1.6.1中的方法，有以下的公式：Qh = KhQd/T

式中Qh-最大小时生活用水量（m3/h）；

Qd-最高日用水量（m3/d）；

T-每日（或最大班）使用时间（h/d）；

Kh-小时变化系数，本市可取2.2。

则：

（2）水泵选型

目前，住宅小区的室外埋管均采用UPVC塑料给水管。根据上述计算结果及GBJ15-88规定，选择室外管管径为DN100。按照服务半径150m及十二层建筑（2.8m层高）计算，取住宅分户表前的静水压力70kPa（或十一跃十二层时为100kPa），水表安装距楼面高度

1.0m，水泵扬程估算：

H = 18.48×0.15×1.3+2.8×11+1.0+7.0 = 42.4m

或H = 18.48×0.15×1.3+2.8×10+1.0+10.0 = 42.6m

供绿化等其

它常压用水，

故不考虑应

用水泵。

变频恒

压供水管网

图如图1所

务是检测管网水压，输出信号为4～20mA。

2.3电气控制原理图设计

变频调速恒压供水设备主要采用变频调速器、可编程控制器

控制直

2＃生

的作用

使管网水压连续变化。1M~2M为生活给水泵电机，KM1~KM4为电机起停，互相切换的交流接触器。压力设定在PID回路调节器上进行，可以为系统提供满足用户需要的水压期望值。其实现方法是将压力设定信号（通过面板设定）和压力反馈信号（传感器信号）送入PID回路调节器，由PID回路调节器在其内部进行运算后，输出给变频器一个转速调节信号（4～20mA）。正常工作时，生活给水泵1台工作，1台备用。并由PLC控制实现定时轮换。当给水设备开始工作时，先起动工作泵，管网水压达到设定值时，变频器的输出频率则稳定在一定的数值上。而当用水量增加，管网水压降低时，传感器将这一信号送入PID回路调节器，PID回路调节器增大输出信号，使变频器的输