变频供水系统配置与节能的关系 -凯发一触即发

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  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。

  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。

篇2:高校节能给水方式之无负压供水

  高校节能给水方式之无负压供水

  无负压供水是一种高校节能的给水方式,深得广大用户的青睐。

  水泵如果直接连接在市政管网上,充分利用了市政管网原有的压力,节能效果好,不需要建造蓄水池,直接与市政管网连接,没有水质的二次污染.

  但我国城市供水条例规定为了防止对周围居民用水产生影响,不许将生活、生产水泵直接安装在市政管网上。 为了解决供水设备既可串接在市政供水管网上又不产生负压,更不影响其它用户的用水,需要在水泵进口与市政管网之间增设流量控制器、分腔式稳压补偿罐等,流量控制器时刻监视市政管网压力,在保证市政管网不产生负压的同时还可充分利用市政管网原有压力。

  当用户用水需求大于市政供给量时,采用分腔式稳压补偿罐,将罐内的水充分补充到用户管网中,直到用水趋于平稳时,再通过泵组及双向补偿装置将分腔式稳压补偿罐的水补足,以备下一轮的高峰用水需求。

  整个过程都是在全密闭状态下运行,且由变频控制系统控制,无需人工手动调整,以保证用户的用水安全、纯净。

  这种供水方式具有无可替代的优越性:

  1、节省投资无需建造水池,不用设水箱,占用空间小。

  2、无二次污染,设备直接与市政网连接,水质真正不受二次污染,大大提高供水质量。

  3、高效节能:a、直接与市政管网连接可以充分利用市政管网压力b、小流量用水时可以不必频繁启停水泵。

  4、自动化运行;

  5、节水效果好,全封闭运行,无渗漏,溢水现象;

篇3:物业高层建筑供水节能可行性分析

  在高楼层供水方式中,有水箱方式的泵是在高效率点上间歇工作因而节能;而无水箱方式的泵因经常处于高扬程低流量,偏离泵的高效率点连续工作而费能;如仍不用水箱,而用多台小泵以工频和变频组合供水,结果因其效率更低而更费电。既有的变频供水也可改为工频供水,改后物业费必将下降,节能减排利国利民。

  因城市供水的压力所限,高楼层的供水大都需要二次加压供水设施和耗电。按我国人多地少和快速城市化进程的国情,必将多建高楼及加压供水设施,建设资金和建筑能耗也将升高。但目前大都仅为供水方便,少有考虑其节能和节资。为减少业主的支出,降低物业成本,建设资源节约型和环境友好型社会,应以***将物业加压供水的节能纳入议事日程。现将实际工程中选用高楼层加压供水方式的设计举例述下,以资参考。

  1.高楼层供水方式的选择

  目前高楼层供水主要有有水箱工频泵和无水箱变频泵两种方式,其系统和设施见图1。工频泵供水须设高位水箱、高低水位自动停开泵和极限低水位报警装置;变频泵供水须设变频器和压力继电器。现以在同一高楼层分别采用两方式的设计比较,举例述下:

  2.该高楼层的二次加压生活用水量

  按耗水量0.18m3/(人·d)、3.5人/户、2户/每楼单元,全楼共3个单元和11个供水楼层,小时变化系数按普通住宅ⅲ类,取2.5等用水参数。其系统的计算结果如下:

  小时平均用水量qp=0.18×3.5×2×3×11÷24=1.73 m3/h

  小时最大供水量qma*=qp×2.5=1.73×2.5=4.33 m3/h

  3.该高楼层供水需要的扬程

  因供水的扬程h是由供水高度h1、管路阻力h2、剩余压力h3和速度水头h4等4部分组成,故h=h1 h2 h3 h4。其计算结果见表1。

  4.加压水泵的选用

  按两方式中水泵的能力均须满足最大供水量和最大扬程以及高效率的需要,选用了cr5-13型水泵。其q- h和q -η特性曲线(摘自泵产品样本)见图2。

  5.二次加压供水管路的特性曲线和泵的工况点

  将qp=1.73m3/h和hp=62.646m在图2上画点a;将qma*=4.33m3/h、hma*=66.285m在图2上画点b;将qp=1.73m3/h、hma*=66.285m在图2上画点m/。

  通过a 、b两点的线,即供水管路的特性曲线;其与泵的q -

  h曲线相交的m点,即工频泵的工况点。b点和m/点分别是变频泵最大和平均用水量时的工作点,通过b、m/两点的直线,即变频泵的恒压工作线。

  5.1 水泵机组的额定指标和工作参数:列于表2。

  5.2 水泵机组的能耗计算结果:列于表3。

  6.水泵机组耗电的分析与结论

  工频泵是以较(最)高的效率(65%)点间歇工作。而变频泵为保证在高峰用水量(4.33m3/h)时,顶层住户也有足够的水用,必须保持在恒压(66.285m水柱)的情况下运行;实际上由供水系统内任一户的随机用水和泄漏等原因,致使泵机组经常处于低流量,偏离泵的高效率点(平均41%)不停地运行。因而其单位供水的电耗较高。

  本例的工频泵与变频泵的耗电比为1:1.78,在权威资料(1:1~2)[1]的范围之内。但因实际的用水量均低于设计值,致使变频泵的效率更低更费电;而工频泵仍是以高效率点工作,且泵的运转时间会随用水量的减少而缩短,其单位供水的电耗并不变。

  此外,工频泵方式中用不锈钢制作的漏斗型高位水箱(见图1),仅为缓冲作用而容积很小,水在其中停留的时间平均不过1小时,均不构成水的二次污染[2];水箱及其电器均属通用设施,价格便宜维护简易。而变频设备不仅造价昂贵,且故障率和维护技术要求均较高,并有谐波对电网和电机的干扰等弊端。

  本例有水箱与无水箱两供水方式的技术经济比较列于表4。

  7.多台变频泵组合供水的电耗

  在无水箱供水方案中,有些设计采用多台小泵并联组合供水,以期提高泵的负荷率和效率降低电耗。大都以一套变频器轮供多台小泵,即用水量少时先将变频器供第一台泵使用;当因用水增加其供电的频率达(升)到工频(50hz)时,将其电源自动切换至普通50hz的电源上继续运行;同时将变频的电源自动切换给第二台泵使用。当用水减少时,则先停第二台泵,继之仍用第一台泵变频运行。

  现仍以前例,选用2台cr3-15型的小泵供水。泵的特性曲线及其工况见图3。

  7.1 水泵机组的额定指标和工作参数:列于表5。

  7.2 水泵机组的能耗计算结果:列于表6。

  7.3

  水泵机组耗电的分析与结论:由上比较可知,因泵和电机的规格变小后,其效率和功率因数也均变小,特别是第二台泵,因其水量较低致泵的效率平均仅有26%。结果是事与愿违得不偿失,不但未节能,反比仅用一台变频泵供水还费电(0.776-0.729)/0.729×100%=6.5%。并还增加了机组的投资、占地、维修和管理等不利因素。

  依此类推,采用更小更多泵的组合供水方式,必将因泵和电机的效率更低而更加耗能。

  以上结论表明,无水箱变频泵供水技术,在高楼层用水需具有随机性、集中性和用水点高的情况(特点)下,泵则长时间地陷入了高扬程低流量低效率(特点)的误区中,从而必然费能。表1供水扬程的组成表明:管路的阻力平均仅占供水泵扬程的1.3%,而供水的高度却占了90%多。故将离心式流体输送设备,用以克服管道阻力为主,水流量与泵扬程相关性较强的场合,采用调速运行的常规节能技术,用于高楼层无水箱变频泵供水需要节能的场合,是不适宜的。而非“变频不节能”。

  8.经济效益和节能减排的分析与比较

  除由表4给出的有水箱方式比无水箱方式可节约43%的建设资金(减少房价构成)外,还由表3可知:有水箱方式比无水箱方式的水费附加费便宜78%;电费按0.8元/(kw·h),则合单位供水的物业费为(0.728-0.410)×0.8=0.25元/m3;按其1年的节电量为(1.259-0.709)×24×365=4818(kw·h)/a,合3854.4元/a。

  再取目前我国以燃煤为主的火力发电供电煤耗0.37kg标准煤/(kw·h)、标准煤与燃料煤的热值分别为7000和5000kcal/kg;燃料煤含碳53%、含硫1%、灰份20%;碳、硫、氧的原子量分别为12、32、16,则其节约的燃料煤mr为:

  mr=4818×0.37×7000÷5000=2496kg/a

  合环保减排量p为:二氧化碳pco2=2496×53%×44÷12=4850kg/a;二氧化硫pso2=2496×1%×64÷32=50kg/a;炉灰ph=2496×20%=499kg/a。

  9.结语

  高楼层供水方式对于建筑节资节能与环境效益至关重要,应为建设部门、房产开发商、物业管理部门和业主所关注,应将其纳入建筑节能减排议程中。高楼用工频泵供水在各方面均优于变频泵供水,利国又利民,符合以人为本的建设资源节约型和环境友好型社会的***。即使是在已有了变频供水的既有楼房中,也能改为水箱供水,因为只需在楼顶增加一个或几个水箱即可,其容积可大可小,小了只是水泵启动得频些罢了。当然也需设计计算一下。相信改后物业费必将骤降,为业主所欢迎。

  参考资料:

  [1]建设部工程质量安全监督与行业发展司、中国建筑标准设计研究院,全国民用建筑工程设计技术措施--节能专篇

  .给水排水。北京,中国计划出版社。20**(3):3.

  [2]任基成,费杰。城市供水管网系统二次污染及防治。北京,中国建筑工业出版社。20**(5):87、89、90.

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