变频供水系统配置与节能的关系

变频供水系统节能的基本方面

在恒压供水过程中，流量控制是系统控制的最终目标，通常采用阀门控制和变频调速两种方法来实现。阀门控制法通过改变供水管路上的阀门开度来调节流量，此时供水泵和电功率都不变，大量的能量消耗在节流损耗上，系统供水效率极其低下。变频调速供水是通过改变泵的转速来调节流量，此时阀门开度不变，无节流损耗，根据流体力学相似原理，从水泵特性和管路特性曲线上可以清楚地看到转速下降后，流体功率有显著的下降，从泵的相似律可得出转速下降后的轴功率与后前转速比的3次方成正比，可见轴功率也是有大幅度下降的，这就是变频供水系统节能的最基本方面。但对大楼变频供水，它的节能效果并不能如此简单地体现，它与系统配置密切相关。

变频供水系统配置与节能的关系

1、大楼供水特点

大楼供水特点为小时用水量具有极大的随意性，它在零和最大值（即用水高峰值）之间随时发生变化，与此同时供水管网又需随时保持有一定的压力，即需恒压，以便用户随时可以取用。当用水量下降时，供水泵虽然可以降低转速来调节流量以适应用水量的变化，但转速的降低（由相似律可知）会引起扬程的快速下降，当下降到保持供水管网恒压所需的扬程时，如果转速继续降低，则扬程会不能克服管网的恒压而无法向管网供水，为了保证能向管网供水，水泵转速存在一个能够供水的最低临界转速，即水泵转速必须保持在临界转速以上，才能够克服恒压而向管网供水。可见用转速来调节流量是有一个范围的，当用水量在小于临界转速相对应的流量时，就不能靠降低转速来调节流量以适应用水量的变化，此时供水能力大于用水量，系统只能靠止回阀来调节流量，止回阀充当了节流阀的功能，其调节流量方法实际上就是阀门控制法，供水能力的多余部分损耗在止回阀的节流损失上。由于变频调速范围较窄，大楼用水量又大部分时间处在小流量状态，供水系统效率受到较大的影响，这就是为何与传统的高位水箱供水相比产生更多耗能的主要原因。

2、系统配置与节能关系

针对大楼供水的特点，为了体现节能效果，减少或避免节流损耗，变频供水系统必须进行合理完整的配置，配置的基本原则是系统的供水能力或供水量随用水量的变化而变化，供水量与用水量相比基本相符，既能保证系统恒压的需要，又不至于用量过大而产生节流损耗。它的合理完整配置应包括三个部分：

1）系统采用多泵并联运行供水。将小时用水量从零到最大的变化范围分割成几个区间，供水系统实行多泵并联，多用水多开泵，少用水少开泵，供水能力以适应用水量变化的区间，以利减少节流损耗和避免因水泵具有二次方律负载的固有特性而带来电机效率的下降。这就好比选择载重量合适的汽车运载货物，大吨位汽车运载小货物显然是不经济的。

2）配置小流量泵，当管网用水量处于小流量范围时启用小流量泵供水，相当于选择小货车来运载小货物。小流量即用水量小于临界转速所对应的流量，此时主泵进入睡眠状态，系统切换到小泵工作，这样可以避免大量的节流损耗。这一项配置很重要，因管网用水量大部分时间处于小流量范围。

3）配置足够容量的气压储水罐。管网用水量趋近于零流量时，设定恒压上限，小泵退出运行，系统由气压储水罐供水。

应用配置与节能的关系，对变频供水系统进行改造事例

1、根据变频供水系统配置与节能的关系，我们对某一处大楼的变频供水进行了技术改造。该大楼为普遍B类住宅，建筑高度近100米，建筑面积为4.4万平方米，住户234户，采用3套变频供水系统分高、中、低三个区域供水，每套系统为“一控三”，无小流量泵，无气压储水罐，每台供水泵的额定流量为每小时12.6吨。该配置表明该大楼供水系统具有最大小时用水量为113.4吨的供水能力，按照常规的选型设计标准，该大楼最大小时用水量为：234×220×3×2.8÷24÷1000≈18吨，而实际上该大楼的最大小时用水量也没有超过9吨。综合以上的数据可以断定该大楼变频供水系统配置极不齐全，也极不合理，装机最大小时供水量远远大于实际最大小时用水量，约为12.5倍，同时也可看到1台主泵的供水能力也大于整个大楼的最大小时用水量，当3套变频供水系统投入运行时，每套供水系统的最大小时用水量仅为3吨，都在小流量范围内运行，供水系统无法用变频调速来控制流量，变成了名副其实的阀门（止回阀）控制法，供水效率低下可想而知，单位吨水耗电量达8度也就不足为奇，变频供水系统变成了消耗电能的老虎机，投入使用以来用电量亏损不堪重负，而又无资金来源进行全面合理配置改造，是件十分冤枉的事情。我们在掌握有关数据的基础上，根据配置与节能的关系做了三方面技术改造。

1）将高、中、低三区供水系统以减压阀相连接，停用中、低区供水泵，仅由高区供水泵工作。这样相当于增加了高区供水系统的用水量，大大消除了止回阀上的节流损耗。

2）设置高位小容量储水罐，以替代低位气压储水罐和小流量泵。目的是将管网压力维持在一定的恒压范围，使主泵获得一定的睡眠时间。

3）充分发挥变频器的节能功能，合理调整恒压值、睡眠频率、唤醒值、运行电流等几个互相制约的参数，尽可能做到量体裁衣，使水泵运行在最佳工况内。

2、改造后结果评估

1）改造后供水系统单位吨水耗电量为0.91度，比原来的8度减少了7.09度，按目前每月用水量2,200吨计，每月可减少耗电量1万5千多度，减耗效果是十分明显的。

2）与高位水箱供水的耗电量比较。相同高度的大楼采用高位水箱供水，经实测它的单位吨水耗电量为0.98度左右，变频供水与高位水箱供水相比目前已有7.1%的节能效果，随着用水量的增加还有进一步节能的潜力。

3）改造后变频供水系统仅仅只需一台主泵投入工作，按照系统合理配置原则，假设进一步改成多泵并联运行供水，则它的节能效果必将会得到充分体现。

4）本次改造的不合理之处：高层建筑给水从能耗优化角度上考虑需分区供给，因为低区用水不需提升到高区，以免损失更多的势能和电能，正像该大楼是分3个区域供水的。而本次改造是3区域分别以减压阀相连，中、低区的供水由高区来完成，在减压阀上存在一定的节流损耗，如果分区域进行全面合理配置的改造，它的单位吨水耗电量肯定还会低，这也实属无奈之举，因大量的改造资金无着落之处，现在只能做最大程度的减耗而已。