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變頻供水系統配置與節能的關系

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  變頻供水系統配置與節能的關系

  變頻供水系統節能的基本方面

  在恒壓供水過程中,流量控制是系統控制的最終目標,通常采用閥門控制和變頻調速兩種方法來實現。閥門控制法通過改變供水管路上的閥門開度來調節流量,此時供水泵和電功率都不變,大量的能量消耗在節流損耗上,系統供水效率極其低下。變頻調速供水是通過改變泵的轉速來調節流量,此時閥門開度不變,無節流損耗,根據流體力學相似原理,從水泵特性和管路特性曲線上可以清楚地看到轉速下降后,流體功率有顯著的下降,從泵的相似律可得出轉速下降后的軸功率與后前轉速比的3次方成正比,可見軸功率也是有大幅度下降的,這就是變頻供水系統節能的最基本方面。但對大樓變頻供水,它的節能效果并不能如此簡單地體現,它與系統配置密切相關。

  1、大樓供水特點

  大樓供水特點為小時用水量具有極大的隨意性,它在零和最大值(即用水高峰值)之間隨時發生變化,與此同時供水管網又需隨時保持有一定的壓力,即需恒壓,以便用戶隨時可以取用。當用水量下降時,供水泵雖然可以降低轉速來調節流量以適應用水量的變化,但轉速的降低(由相似律可知)會引起揚程的快速下降,當下降到保持供水管網恒壓所需的揚程時,如果轉速繼續降低,則揚程會不能克服管網的恒壓而無法向管網供水,為了保證能向管網供水,水泵轉速存在一個能夠供水的最低臨界轉速,即水泵轉速必須保持在臨界轉速以上,才能夠克服恒壓而向管網供水??梢娪棉D速來調節流量是有一個范圍的,當用水量在小于臨界轉速相對應的流量時,就不能靠降低轉速來調節流量以適應用水量的變化,此時供水能力大于用水量,系統只能靠止回閥來調節流量,止回閥充當了節流閥的功能,其調節流量方法實際上就是閥門控制法,供水能力的多余部分損耗在止回閥的節流損失上。由于變頻調速范圍較窄,大樓用水量又大部分時間處在小流量狀態,供水系統效率受到較大的影響,這就是為何與傳統的高位水箱供水相比產生更多耗能的主要原因。

  2、系統配置與節能關系

  針對大樓供水的特點,為了體現節能效果,減少或避免節流損耗,變頻供水系統必須進行合理完整的配置,配置的基本原則是系統的供水能力或供水量隨用水量的變化而變化,供水量與用水量相比基本相符,既能保證系統恒壓的需要,又不至于用量過大而產生節流損耗。它的合理完整配置應包括三個部分:

  1)系統采用多泵并聯運行供水。將小時用水量從零到最大的變化范圍分割成幾個區間,供水系統實行多泵并聯,多用水多開泵,少用水少開泵,供水能力以適應用水量變化的區間,以利減少節流損耗和避免因水泵具有二次方律負載的固有特性而帶來電機效率的下降。這就好比選擇載重量合適的汽車運載貨物,大噸位汽車運載小貨物顯然是不經濟的。

  2)配置小流量泵,當管網用水量處于小流量范圍時啟用小流量泵供水,相當于選擇小貨車來運載小貨物。小流量即用水量小于臨界轉速所對應的流量,此時主泵進入睡眠狀態,系統切換到小泵工作,這樣可以避免大量的節流損耗。這一項配置很重要,因管網用水量大部分時間處于小流量范圍。

  3)配置足夠容量的氣壓儲水罐。管網用水量趨近于零流量時,設定恒壓上限,小泵退出運行,系統由氣壓儲水罐供水。

  應用配置與節能的關系,對變頻供水系統進行改造事例

  1、根據變頻供水系統配置與節能的關系,我們對某一處大樓的變頻供水進行了技術改造。該大樓為普遍B類住宅,建筑高度近100米,建筑面積為4.4萬平方米,住戶234戶,采用3套變頻供水系統分高、中、低三個區域供水,每套系統為“一控三”,無小流量泵,無氣壓儲水罐,每臺供水泵的額定流量為每小時12.6噸。該配置表明該大樓供水系統具有最大小時用水量為113.4噸的供水能力,按照常規的選型設計標準,該大樓最大小時用水量為:234×220×3×2.8÷24÷1000≈18噸,而實際上該大樓的最大小時用水量也沒有超過9噸。綜合以上的數據可以斷定該大樓變頻供水系統配置極不齊全,也極不合理,裝機最大小時供水量遠遠大于實際最大小時用水量,約為12.5倍,同時也可看到1臺主泵的供水能力也大于整個大樓的最大小時用水量,當3套變頻供水系統投入運行時,每套供水系統的最大小時用水量僅為3噸,都在小流量范圍內運行,供水系統無法用變頻調速來控制流量,變成了名副其實的閥門(止回閥)控制法,供水效率低下可想而知,單位噸水耗電量達8度也就不足為奇,變頻供水系統變成了消耗電能的老虎機,投入使用以來用電量虧損不堪重負,而又無資金來源進行全面合理配置改造,是件十分冤枉的事情。我們在掌握有關數據的基礎上,根據配置與節能的關系做了三方面技術改造。

  1)將高、中、低三區供水系統以減壓閥相連接,停用中、低區供水泵,僅由高區供水泵工作。這樣相當于增加了高區供水系統的用水量,大大消除了止回閥上的節流損耗。

  2)設置高位小容量儲水罐,以替代低位氣壓儲水罐和小流量泵。目的是將管網壓力維持在一定的恒壓范圍,使主泵獲得一定的睡眠時間。

  3)充分發揮變頻器的節能功能,合理調整恒壓值、睡眠頻率、喚醒值、運行電流等幾個互相制約的參數,盡可能做到量體裁衣,使水泵運行在最佳工況內。

  2、改造后結果評估

  1)改造后供水系統單位噸水耗電量為0.91度,比原來的8度減少了7.09度,按目前每月用水量2,200噸計,每月可減少耗電量1萬5千多度,減耗效果是十分明顯的。

  2)與高位水箱供水的耗電量比較。相同高度的大樓采用高位水箱供水,經實測它的單位噸水耗電量為0.98度左右,變頻供水與高位水箱供水相比目前已有7.1%的節能效果,隨著用水量的增加還有進一步節能的潛力。

  3)改造后變頻供水系統僅僅只需一臺主泵投入工作,按照系統合理配置原則,假設進一步改成多泵并聯運行供水,則它的節能效果必將會得到充分體現。

  4)本次改造的不合理之處:高層建筑給水從能耗優化角度上考慮需分區供給,因為低區用水不需提升到高區,以免損失更多的勢能和電能,正像該大樓是分3個區域供水的。而本次改造是3區域分別以減壓閥相連,中、低區的供水由高區來完成,在減壓閥上存在一定的節流損耗,如果分區域進行全面合理配置的改造,它的單位噸水耗電量肯定還會低,這也實屬無奈之舉,因大量的改造資金無著落之處,現在只能做最大程度的減耗而已。

篇2:高校節能給水方式之無負壓供水

  高校節能給水方式之無負壓供水

  無負壓供水是一種高校節能的給水方式,深得廣大用戶的青睞。

  水泵如果直接連接在市政管網上,充分利用了市政管網原有的壓力,節能效果好,不需要建造蓄水池,直接與市政管網連接,沒有水質的二次污染.

  但我國城市供水條例規定為了防止對周圍居民用水產生影響,不許將生活、生產水泵直接安裝在市政管網上。 為了解決供水設備既可串接在市政供水管網上又不產生負壓,更不影響其它用戶的用水,需要在水泵進口與市政管網之間增設流量控制器、分腔式穩壓補償罐等,流量控制器時刻監視市政管網壓力,在保證市政管網不產生負壓的同時還可充分利用市政管網原有壓力。

  當用戶用水需求大于市政供給量時,采用分腔式穩壓補償罐,將罐內的水充分補充到用戶管網中,直到用水趨于平穩時,再通過泵組及雙向補償裝置將分腔式穩壓補償罐的水補足,以備下一輪的高峰用水需求。

  整個過程都是在全密閉狀態下運行,且由變頻控制系統控制,無需人工手動調整,以保證用戶的用水安全、純凈。

  這種供水方式具有無可替代的優越性:

  1、節省投資無需建造水池,不用設水箱,占用空間小。

  2、無二次污染,設備直接與市政網連接,水質真正不受二次污染,大大提高供水質量。

  3、高效節能:A、直接與市政管網連接可以充分利用市政管網壓力B、小流量用水時可以不必頻繁啟停水泵。

  4、自動化運行;

  5、節水效果好,全封閉運行,無滲漏,溢水現象;

篇3:物業高層建筑供水節能可行性分析

  在高樓層供水方式中,有水箱方式的泵是在高效率點上間歇工作因而節能;而無水箱方式的泵因經常處于高揚程低流量,偏離泵的高效率點連續工作而費能;如仍不用水箱,而用多臺小泵以工頻和變頻組合供水,結果因其效率更低而更費電。既有的變頻供水也可改為工頻供水,改后物業費必將下降,節能減排利國利民。

  因城市供水的壓力所限,高樓層的供水大都需要二次加壓供水設施和耗電。按我國人多地少和快速城市化進程的國情,必將多建高樓及加壓供水設施,建設資金和建筑能耗也將升高。但目前大都僅為供水方便,少有考慮其節能和節資。為減少業主的支出,降低物業成本,建設資源節約型和環境友好型社會,應以***將物業加壓供水的節能納入議事日程?,F將實際工程中選用高樓層加壓供水方式的設計舉例述下,以資參考。

  1.高樓層供水方式的選擇

  目前高樓層供水主要有有水箱工頻泵和無水箱變頻泵兩種方式,其系統和設施見圖1。工頻泵供水須設高位水箱、高低水位自動停開泵和極限低水位報警裝置;變頻泵供水須設變頻器和壓力繼電器?,F以在同一高樓層分別采用兩方式的設計比較,舉例述下:

  2.該高樓層的二次加壓生活用水量

  按耗水量0.18m3/(人·d)、3.5人/戶、2戶/每樓單元,全樓共3個單元和11個供水樓層,小時變化系數按普通住宅Ⅲ類,取2.5等用水參數。其系統的計算結果如下:

  小時平均用水量Qp=0.18×3.5×2×3×11÷24=1.73 m3/h

  小時最大供水量Qma*=Qp×2.5=1.73×2.5=4.33 m3/h

  3.該高樓層供水需要的揚程

  因供水的揚程H是由供水高度h1、管路阻力h2、剩余壓力h3和速度水頭h4等4部分組成,故H=h1+h2+h3 +h4。其計算結果見表1。

  4.加壓水泵的選用

  按兩方式中水泵的能力均須滿足最大供水量和最大揚程以及高效率的需要,選用了CR5-13型水泵。其Q- H和Q -η特性曲線(摘自泵產品樣本)見圖2。

  5.二次加壓供水管路的特性曲線和泵的工況點

  將Qp=1.73m3/h和Hp=62.646m在圖2上畫點A;將Qma*=4.33m3/h、Hma*=66.285m在圖2上畫點B;將Qp=1.73m3/h、Hma*=66.285m在圖2上畫點M/。

  通過A 、B兩點的線,即供水管路的特性曲線;其與泵的Q -

  H曲線相交的M點,即工頻泵的工況點。B點和M/點分別是變頻泵最大和平均用水量時的工作點,通過B、M/兩點的直線,即變頻泵的恒壓工作線。

  5.1 水泵機組的額定指標和工作參數:列于表2。

  5.2 水泵機組的能耗計算結果:列于表3。

  6.水泵機組耗電的分析與結論

  工頻泵是以較(最)高的效率(65%)點間歇工作。而變頻泵為保證在高峰用水量(4.33m3/h)時,頂層住戶也有足夠的水用,必須保持在恒壓(66.285m水柱)的情況下運行;實際上由供水系統內任一戶的隨機用水和泄漏等原因,致使泵機組經常處于低流量,偏離泵的高效率點(平均41%)不停地運行。因而其單位供水的電耗較高。

  本例的工頻泵與變頻泵的耗電比為1:1.78,在權威資料(1:1~2)[1]的范圍之內。但因實際的用水量均低于設計值,致使變頻泵的效率更低更費電;而工頻泵仍是以高效率點工作,且泵的運轉時間會隨用水量的減少而縮短,其單位供水的電耗并不變。

  此外,工頻泵方式中用不銹鋼制作的漏斗型高位水箱(見圖1),僅為緩沖作用而容積很小,水在其中停留的時間平均不過1小時,均不構成水的二次污染[2];水箱及其電器均屬通用設施,價格便宜維護簡易。而變頻設備不僅造價昂貴,且故障率和維護技術要求均較高,并有諧波對電網和電機的干擾等弊端。

  本例有水箱與無水箱兩供水方式的技術經濟比較列于表4。

  7.多臺變頻泵組合供水的電耗

  在無水箱供水方案中,有些設計采用多臺小泵并聯組合供水,以期提高泵的負荷率和效率降低電耗。大都以一套變頻器輪供多臺小泵,即用水量少時先將變頻器供第一臺泵使用;當因用水增加其供電的頻率達(升)到工頻(50Hz)時,將其電源自動切換至普通50Hz的電源上繼續運行;同時將變頻的電源自動切換給第二臺泵使用。當用水減少時,則先停第二臺泵,繼之仍用第一臺泵變頻運行。

  現仍以前例,選用2臺CR3-15型的小泵供水。泵的特性曲線及其工況見圖3。

  7.1 水泵機組的額定指標和工作參數:列于表5。

  7.2 水泵機組的能耗計算結果:列于表6。

  7.3

  水泵機組耗電的分析與結論:由上比較可知,因泵和電機的規格變小后,其效率和功率因數也均變小,特別是第二臺泵,因其水量較低致泵的效率平均僅有26%。結果是事與愿違得不償失,不但未節能,反比僅用一臺變頻泵供水還費電(0.776-0.729)/0.729×100%=6.5%。并還增加了機組的投資、占地、維修和管理等不利因素。

  依此類推,采用更小更多泵的組合供水方式,必將因泵和電機的效率更低而更加耗能。

  以上結論表明,無水箱變頻泵供水技術,在高樓層用水需具有隨機性、集中性和用水點高的情況(特點)下,泵則長時間地陷入了高揚程低流量低效率(特點)的誤區中,從而必然費能。表1供水揚程的組成表明:管路的阻力平均僅占供水泵揚程的1.3%,而供水的高度卻占了90%多。故將離心式流體輸送設備,用以克服管道阻力為主,水流量與泵揚程相關性較強的場合,采用調速運行的常規節能技術,用于高樓層無水箱變頻泵供水需要節能的場合,是不適宜的。而非“變頻不節能”。

  8.經濟效益和節能減排的分析與比較

  除由表4給出的有水箱方式比無水箱方式可節約43%的建設資金(減少房價構成)外,還由表3可知:有水箱方式比無水箱方式的水費附加費便宜78%;電費按0.8元/(kW·h),則合單位供水的物業費為(0.728-0.410)×0.8=0.25元/m3;按其1年的節電量為(1.259-0.709)×24×365=4818(kW·h)/a,合3854.4元/a。

  再取目前我國以燃煤為主的火力發電供電煤耗0.37kg標準煤/(kW·h)、標準煤與燃料煤的熱值分別為7000和5000kcal/kg;燃料煤含碳53%、含硫1%、灰份20%;碳、硫、氧的原子量分別為12、32、16,則其節約的燃料煤Mr為:

  Mr=4818×0.37×7000÷5000=2496kg/a

  合環保減排量P為:二氧化碳Pco2=2496×53%×44÷12=4850kg/a;二氧化硫Pso2=2496×1%×64÷32=50kg/a;爐灰Ph=2496×20%=499kg/a。

  9.結語

  高樓層供水方式對于建筑節資節能與環境效益至關重要,應為建設部門、房產開發商、物業管理部門和業主所關注,應將其納入建筑節能減排議程中。高樓用工頻泵供水在各方面均優于變頻泵供水,利國又利民,符合以人為本的建設資源節約型和環境友好型社會的***。即使是在已有了變頻供水的既有樓房中,也能改為水箱供水,因為只需在樓頂增加一個或幾個水箱即可,其容積可大可小,小了只是水泵啟動得頻些罷了。當然也需設計計算一下。相信改后物業費必將驟降,為業主所歡迎。

  參考資料:

  [1]建設部工程質量安全監督與行業發展司、中國建筑標準設計研究院,全國民用建筑工程設計技術措施--節能專篇

  .給水排水。北京,中國計劃出版社。20**(3):3.

  [2]任基成,費杰。城市供水管網系統二次污染及防治。北京,中國建筑工業出版社。20**(5):87、89、90.

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