系统阐述变频调速恒压供水节能技术在高校供水中的应用

摘要：通过对变频调速、恒压供水技术的研究，对变频调速恒压供水节能技术在高校供水中的应用进行了系统阐述。
高校用水量相对较大，尤其是实验室及学生宿舍用水。因此，加强高校供水节能技术具有重要的现实意义。众所周知变频调速恒压供水具有良好的节能性，且其自动化程度高，在提高其可操控性的同时，也有效地达到了节能目的。但是，由于高校供系统中的用水是变化范围较大，一旦变频水泵的选型或设计不合理，则会提高供水系统的造价，也会直接影响到供水节能的有效性。

1 变频调速恒压供水系统节能原理
变频调速就是利用改变电动机电源频率来完成速度调节。变频调速恒压供水技术采用一个电位器来实现压力设定，再结合一个高温压力传感器对管网中的压力进行监测；当压力传感器将管网压力信号传入变频器PID回路之后，PID回路立即会做出反应，将水量减少或增加的信号送至控制器，进而达到控制电机转速。一旦在一定范围内的延时时间内，管网内的压力还是过大或不足时，则可以通过PLC进行工频/变频切换，使管网内的压力与初始设定的压力保持一致。随着用水量的降低，变频器则会自动地降低输出频率，以此来调节电动机转速而达到节能的作用。而在恒压供水系统中，变频调速替代了恒速电机来对水泵进行驱动，进而达到预期的节能作用。根据流体力学，我们知道水泵的工作效率耷P＝C 1 （Q/n）－C 2 （Q/n）2 ；其中C 1 、C 2 均为常数，n为电机转速，Q为水量。当利用转速进行水量控制时，水量与转速为正比；由于，比值Q/n不变，故供水效率始终保持在#理想的状态而提高了水泵的效率。

2 变频调速恒压供水节能技术的优势
变频调整恒压供水系统较传统供水系统的优势在于其可以保持24h自动恒定水压，并结合管网压力信号自动启动备用水泵，具有良好的无级压力调动，保障供水质量；同时，也不会造成水管网线破裂等安全隐患的发生。变频调速恒压供水节能技术是以变频调速为恒压基础，进而取代了传统高位水箱或压力罐等供水设备，既节省了大量的占地空间和投入资金；也避免了水泵的频繁启停，而提高了供水系统的安全性，同时也因该系统的平滑启动，而避免了启动过程中对电网和水泵电机的冲击，进而提高了水泵的使用寿命 [3] 。另外，变频调整恒压供水系统既改善了传统供水系统中水压不稳定问题，也避免了传统供水过程中启停过程中的水锤效应，进而全面提高了供水水质。与此同时，变频调速恒压供水系统还可以结合实际用水量来控制水泵转速，并在实现多泵循环工作以及各种保护功能的同时，也延长了水泵的使用寿命，进而达到节能增效的目的。

3 变频调速恒压供水系统分析
目前，笔者所在高校采用的恒压供水系统主要运用电机调整装置对水泵转速进行控制；同时，自动实现对运行水泵的调整与控制，进而完成整个高校供水压力的闭环管理，使之管网流量出现变化时，也能通达稳定供水压力，进而实现节能目的。

3.1 变频调速恒压供水系统结构。笔者所在高校变频调速恒压供水系统图（见图1）。该变频调速恒压供水系统由3台水泵、1台变频器、1台PLC输入（出）单元与压力传感器等组成。PLC控制3台水泵运行；水泵速度调节则采用变频调速技术，采用“一变多定”控制方式来进行；同时，结合PLC电流信号来对变频水泵进行驱动。

3.2 变频调速恒压供水系统控制原理。高校变频调速恒压供水系统控制原理，是利用出水管网中安装的压力传感器将出口压力信号转变成为标准号（4mA~20mA）送至PLC模拟量输入端口后进行PLC调控，并经过运算结果与设定压力参数进行对比后，得出相应的调节参数，再送至变频器；而变频器则对水泵的转速予以相应的控制，进行达到调节系统的供水量，使高校供水系统管网中的整体压力保持在设定压力之上；一旦出现用水量超过一台水泵供水量时，PLC会结合用水量大小对工作水泵数量进行控制；同时，变频器则会对工作水泵转速予以实际调整，进而实现恒压节能供水的目的。一旦，供水负载出现变化，输入电机电压与频度也随之会发生改变，并形成以设定压力为标准的闭环式高校恒压供水节能控制系统。另外，该系统中还设置有多种自我保护功能，以充分保障水泵的维修与正常供水需求。

3.3 变频调速恒压供水系统水泵控制过程。笔者所在高校采用PLC为S7－200型，变频器为M430型；本文仅以上述PLC和变频器为例进行水泵控制说明，PLC的I/O分配见表。开始工作时，若泵1变频启动时，水泵转速则从0开始随频率逐步上升，若变频器频率达至50Hz时，管内水压还处于上限值时，则经一段时间的延时，泵1切换至工频运行；此时，变频器频率则会由50Hz降至0Hz；泵2变频启动；若水压仍未达到要求时，则会直接启动泵3。同样，在水泵切换时，若3台水泵均在运行中，当泵3变频降至0Hz时，水压仍处于上限时，则会经一段时间的延时后，使泵1停止工作，变频器频率则会从0Hz迅速上升，若水压仍处于上限值时，则会经一段时间的延时后将泵2停止工作。这样的水泵切换，既可以有效降低水泵的频繁启停，也可以对高校水管网线的水压波动迅速做出反应，并在变频器的调节作用下，保持水压的平稳过渡，在避免高校水管网线短暂停水的提前下，也达到节能供水的目的。

综上所述，高校供水系统的稳定性与水质安全性，既关系到高校师生的生活、工作用水质量，也全面实现了供水节能技术要求。同时，该供水系统还降低了高校供水系统的工作强度及相关的日常与维修费用，真正实现了节能增效的目的。