变频调速给水系统的几点节能措施

黄海峰
?(苏州城建环保学院环境保护系，江苏苏州215011)

　　摘　要： 对两种变频调速给水系统在分别进行节能情况分析后提出了一些改进措施，同时对系统的微流量问题提出了几种解决方法，并进行了节能比较。
　　关键词：给水系统；变频调速；节能
　　中图分类号：TU991.3
　　文献标识码：C
　　文章编号：1000-4602(2001)10-0039-02

　　由于变频调速给水系统不需要建造传统给水系统的高位水箱、水塔，避免了二次污染并减少了土建投资，而且设计得合理能达到较好的节能效果。?
　　在给水系统中，定速泵只有在其高效段运行才能保证系统正常工作且没有能量浪费。在设计中，一般以管网的最不利情况(此时流量最大，所需扬程也最大)作为选择水泵机组的主要依据，但当管网流量减小时，能量的浪费不可避免，而且还可能造成低流量时管道内超压问题 。水泵根据系统流量实时变化实现无级调速运行，是较好地解决以上问题，达到节能目的的途径之一。?

1　两种变频调速给水系统的节能情况分析

　　水泵调速可以通过很多途径实现，其中变频调速是目前较理想的一种。变频调速是通过给水系统管网上的压力传感器对管网的水压进行采样，将压力信号转换为电信号，并将其送至PID调节器与用户设置的压力值进行比较和运算，将结果转换为频率调节信号送至变频器。变频器根 据传送过来的频率调节信号调整水泵电机的电源频率，从而实现调整水泵的转速。?
　　变频调速给水系统根据水泵出口压力的变化情况可分为两种：变压变量给水系统和恒压变量 给水系统。
1.1　变压变量给水系统
　　变压变量给水系统的压力传感器设置在给水管网末端，PID调节器设定值为管网末端用户所需的服务水头值。系统通过自动调节使管网末端水压保持恒定，使管路特性曲线和系统静扬 程不变，而水泵出水口压力则随着供水量变化依管路特性曲线而改变，故理论上实现了“系统需要多少，机组提供多少”，不会由于供水量的减小而产生多余的静扬程，节能效果满意。但这只是一种理想情况，且系统中仅有变频泵在单独工作。由于变频设备比较昂贵，大型给水系统往往采用变频泵与定速泵并联运行的方式供水。
　　现以系统中设置一台变频泵和一台工频泵并联运行为例。当管网流量减小时，需要扬程相应降低，变频泵可以通过减速运行实现。但为保证并联机组正常工作，工频泵扬程也必须相应降低，这只能通过增加流量实现，从而造成水量的漏失，且还可能导致工频泵离开高效段工作，即没有达到真正节能的目的。遇有以上情况，可以采取以下措施来改善其节能效果：
　　①对于小规模的给水系统，可以仅设一台变频泵，并使泵的高效区(其高效范围比工频泵运行时的范围要大)尽可能多地包括出现几率较大的工况点。
　　②采用多台泵调速运行，当然，由于变频调速装置价格比较昂贵，应综合考虑其经济因素而定。
　　③选择工频泵时，应使系统在最不利点工作时，工频泵的工况点尽量靠近其高效区左侧；如果最不利情况出现几率较小，可以使其稍偏离高效区，落在高效区左外侧。这样，当系统扬程降低时，工频泵仍可在高效区工作。
1.2　恒压变量给水系统
　　恒压变量给水系统将压力传感器设在水泵机组出水口，旨在使水泵出水口压力保持恒定，一般设定为最不利工况时水泵出水口所需压力值。仍以一台变频泵与一台工频泵并联运行为例。当管网流量减小时，变频泵通过减速运行，保持扬程不变而减小出水量。由于出口压力不变，工频泵出水量不会改变(即运行工况不变)，仍在高效区工作，从而达到节能目的。需要指出的是，当系统所需流量变小时，水泵出水口压力(仍为最不利情况下系统所需压力)大于 管路此时需要的压力，从而仍会在一定程度上导致静扬程的浪费。以下两种措施可以改善其节能效果：
　　①适当放大管网的管径，使管路特性曲线更趋平缓，但这会增加管网的一次性投资，需要和节能效果作综合经济比较。?
②选择工频泵时尽量使每台泵的工况点落在高效区。

2 微流量时的节能措施

　　给水系统在用水低谷时(如夜间)，系统内用水量很小，甚至达到零流量，称为“微流量”。在这种情况下，若依靠在高效区大流量范围运行的水泵来维持系统压力，不仅折损水泵寿命，而且效率低，不能达到节能的目的。理论上，变频泵的流量在高效范围可以接近于零，但实际上水泵转速不可能无限制地减小，仅靠变频泵往往还难以胜任微流量工况。实际工程一般采用在系统中增设小流量工频辅泵、小流量变频辅泵、气压罐等设施来维持微流量时的系统压力。对不同系统的微流量问题应具体情况具体分析，并对一次性投资与长期运行费用 进行综合考虑才能作出合理的解决方案。表1列出了微流量运行的几种节能措施并进行了比较。

表1　　微流量时节能措施比较 微流量时维持工作的设备 优点 缺点 适用系统 工频辅泵 投资少，控制简单 辅泵启动频繁 系统规模大，微流量时流量波动小 工频辅泵+气压罐 避免辅泵启动频繁 投资多，占地大 系统规模大，微流量时流量波动大 变频辅泵+气压罐 避免辅泵启动频繁 投资多，占地大 系统规模小，主泵功率小 变频主泵 节省投资 系统规模小 系统规模小，微流量时流量波动小 变频辅泵 节能效果佳 控制程序复杂 较少采用

3　结语?

　　在变频调速给水系统的设计过程中，应根据给水管网的特点合理选泵，以达到在满足使用要求的前提下，既节省投资又节能的目的。

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　　收稿日期：2001-07-05