无负压变频供水系统在消防和生活给水系统中的应用
随着科学技术的迅猛发展，电力电子技术、微电子技术及现代控制理论的不断进步，又因为无负压变频供水系统所具有的高，效率性能和良好的控制特性，目前在交流电动机的速度控制中较多采用。使用无负压变频供水系统一个突出的优点就是节省能源，而且通过发挥其理想的控制特性，设备使用性能可以大幅提高。但在智能建筑中，生活给水和消防给水各有其特点，在节能和可靠性方面要作具体分析，从而选择更合理控制方式。本文就是对无负压变频供水系统在智能建筑中给水系统中的具体应用作以探讨。
1变频调速的基本原理由离心泵原理，在相似情况下水泵的流量、扬程和功率分别与其转速的一次方、二次方和三次方成正比。对于用水经常变化的场合，采用无负压变频供水系统供水，可以显著降低节流损耗，具有明显的节能效果。按用途建筑给水分为生活(生产)给水和消防给水二大类。在生活给水系统中采用无负压变频供水系统调速控制，具有节能，供水压力可调等突出优点，在国内外获得了愈来愈广泛的应用。在消防给水中对稳压泵以及在消防泵巡检时采用变频控制较好，但在消防泵灭火控制中应采用直接启动或降压启动控制方式。
三相交流电动机的转速与频率、极数及转差率之间的关系如下：n=60f(1—s)／p其中:n——每分钟的转速；f——交流电的频率；s——转差率；p——磁极对数。
在三相电动机中对转速的调节有多种方法，如通过调整交流电的频率、电动机的极数以及转差率来实现。以往人们通过对电机的极数变化来调整电机的转速，很少采用频率调节，但随着电力电子技术、微电子技术的发展，变频控制技术的不断成熟，人们发现通过调整电源的频率调速要比通过调整电机的极数与转差率调速方便得多，效果也好得多。所以现在，一般我们对三相交流电动机进行转速调整都通过调节三相交流电的频率来实现，其应用范围越来越广。以下是其在智能建筑中的一些应用。
2变频器在恒压无负压变频供水系统中的应用在智能建筑日益增多的今天，供水问题成为业主比较关心的问题，所以变频恒压自动供水便提上了日程。以前在一般建筑的建设中往往需要建设一个二次加压供水泵房并采用变频器实现恒压自动供水。一般情况下，为保证建筑的供水正常，在设计时往往设计成“一用两备”三台水泵。由一台变频器(附加PID调节器、单片机、PLC等器件构成控制系统)拖动三台水泵循环运转。与空调水泵控制不同，恒压供水自动控制系统通过压力传感器采集管网中的压力并将其转换成模拟信号进行变频控制。这样变频恒压水系统直接取代水塔、高位水箱及传统的气压罐供水装置，为局部加压供水开辟了新的途径。另外由于水泵耗电功率与电机转速的三次方成正比关系，所以水泵调速运行的节能效果非常明显，平均耗电量较通常供水方式节省40%。与可编程控制器结合使用，可实现循环变频，电机软启动，具有欠压保护、过压保护、短路保护、过流保护功能，工作稳定可靠，大大延长了设备的使用寿命。下面以辽宁省某市宝典大厦供水系统为例介绍其原理。
大厦恒压供水采用三台水泵,其中1#泵为主泵，2#、3#泵为备用泵。首先，1#泵由变频器供电工作，水泵电机转速随着调节器输出给变频器控制信号的变化而改变，以保持管网压力的稳定。用水量大时，变频器输出频率升高；用水量小时，频率降低。当频率上升到50Hz(即水泵全速运转时)仍不能满足供水需要时，则PLC自动将1#泵切换到工频运行，1#泵由电网供电全速运行，2#泵由变频器供电投入运行，如果2#泵电机达到满转速时仍不能满足供水要求，则PLC自动将2#泵切换到工频运行，3#泵由变频器供电投入运行，依此规律逐个投入运行；当1#—2#泵都处于工频全速运行方式，3#处于变频运行工作方式时，如果此时用水量减小，变频器输出频率下降，当频率到达一定的下限时，供水量仍大于用水量，则系统自动将3#泵停止运行。同样，3#泵停机后，如果此时供水量还大于用水量，则系统自动将2#泵停止运行，依此类推。如果此时用水量又大于供水量，则系统自动将2#泵由变频器供电运行……，所有水泵电机从停止到满载工作及从满载工作到停止都由变频器来控制，实现带载软启动，避免了启动冲击电流和启动给水泵电机带来机械冲击，保证了管网压力稳定，满足了大厦的正常供水。
3无负压变频供水系统在消防泵巡检柜中的应用在消防给水系统中，平时消防管网由增压、稳压泵稳压，使之保持在高压(消防水压)的准备消防状态。当发生火灾，启动主消防泵立即可以提供规定压力和流量的消防用水。按我国消防规范，水消防的延续时间，长按照3小时考虑，因此主消防泵的节能问题可不予考虑，因而也无必，要采用变频调速以节约电能。众所周知，发生火灾是不确定的事件，在一般情况下是不会发生的，变频器是一种电子器件，如果采用无负压变频供水系统控制主消防泵变频调速，消防泵变频器长期备而不用，在发生火灾使用时反而容易发生故障，降低了消防设备的可靠性。另一个重要问题是消防备用泵的自动投入控制问题。此外，变频控制系统的电气较复杂，会降低可靠性，增加造价。消防泵的功率一般较大，其控制用变频器的价格也相应提高。综上所述，对于消防泵而言，从节能、可靠性和造价几点考虑，无必，要采用变频调速技术。如果消防泵采用变频调速控制，由于消防泵(消防泵、喷淋泵)长期不投入使用，容易发生泵生锈堵转等现象，故应对消防泵定期进行低频运转，以免有消防需要时，消防水泵不能正常起动，贻误火灾的扑救。所以现在我们一般对消防泵进行自动巡检，即通过消防泵控制柜内的巡检电路让消防泵每隔一段时间进行一次自启动，巡检时采用变频控制，以利保养及节能。但在正常火灾情况下，消防泵、喷淋泵一般通过直接启动、星三角或自藕降压方式启动，以满足消防要求，且消防状态时所有的非消防电源均已切断，故一般情况下不采用变频器启动方式。
按我国消防规范，消防泵应设有备用泵，备用泵应不小于任一台主消防泵。由多泵并联恒压供水理论，多泵并联恒压供水，无负压变频供水系统 须是其中较大的一台泵，其余并联泵自动投入或超出是由变频控制器按用水流量变化自动控制的。如果变频泵故障可能会导致变频器跳闸，使全部消防泵停泵。从这一点考虑，消防泵采用变频调速会降低消防供水的可靠性，不宜在水消防系统中应用。
4结论
通过以上分析，我们知道无负压变频供水系统在智能建筑中的应用非常广泛，也非常有效。这也是笔者在实际工作过程中使用无负压变频供水系统在智能建筑电气自动控制系统中实现节能或控制的具体体会。无负压变频供水系统在智能建筑中的应用还远远不止这些，其它系统如空调、通风、电梯等都有广泛的应用。可以相信，它的应用将随着电子技术的发展与无负压变频供水系统的不断更新会越来越广泛，将会给国家和个人带来巨大的社会效益和经济效益。
无负压变频供水系统产品概述
传统的供水方式离不开蓄水池，蓄水池中的水一般由自来水管网供给，这样，原来有压力的水进入水池后变成了零，然后从零开始加压，造成大量的电力能源浪费。无负压供水设备是以市政管网为水源，充分利用了市政管网原有的压力，形成密闭的连续接力增压供水方式，节能效果好，没有水质的二次污染，是变频恒压供水设备的发展与延伸。在市政管网压力的基础上直接叠压供水，节约能源，并且还具有全封闭、无完成污染、占地量小、安装快捷、运行可靠、维护方便等诸多优点。
无负压变频供水系统工作原理
无负压变频供水系统投入使用，自来水管网的水进入稳流流罐，罐内空气从真空消除器排出，待水充满后，真空消除器自动关闭。当自来水管网压力能够满足用水要求时，系统由旁通止回阀向用水管网直接供水；当自来水管网压力不能满足用水要求时，系统压力信号由远传压力表反馈给变频控制器，水泵运行，并根据用水量的大小自动调节转速恒压供水，若运转水泵达到工频转速时，则启动另一台水泵变频运转。
水泵供水时，若自来水管网的水量大于水泵流量，系统保持正常供水：用水高峰时，若自来水管网水量小于小泵流量量，稳流罐内的水作为补充水源仍然能正常供水，此时，空气由真空消除器进入稳流罐，罐内真空遭到破坏，确保了自来水管网不产生负压，用水高峰过后，系统又恢复到正常供水状态。当自来水管网停水，造成稳流罐液位不断下降，液位探测器将信号反馈给变频控制器，水泵自动停机，以保护水泵机组。夜间小流量供水且自来水管网压力不能满足要求时，气压罐可以贮存并释放能量，避免了水泵频繁启动。
无负压变频供水系统原理
双模式无负压供水设备充分利用自来水管网的原有压力能源，在同样供水需求的情况下，可以选用功率相对较小的水泵及控制设备，同时在夜间小流量用水的情况下利用自来水水压直接供水而无需起动水泵。相比较于传统的带水池的供水设备可节约大量的电能运行成本及投资成本。
无负压增压供水设备采用水泵与自来水管网直接相连，用压力调节罐作为水泵进水储水装置，采用真空消除器消除管网内所产生的负压，在充分利用自来水管网的原有压力的基础上实现了供水的二次增压，该设备既实现了增压的目的（且丝毫不会影响管网其它用户水），又节省建水池，水箱的投资，在保证管网水质的同时（无二次污染），又可充分利用管网的原有水压，其节能效果极其显著，可达50%以上。无负压供水设备全自动智能控制，具有多种保护和控制功能，可实现真正无人值守。
无负压变频供水系统产品特点
1、节省投资：节省投资50%左右，无需修建蓄水池或屋顶水箱，采用叠压供水，减小设备初期投入。
2、高效节能，运行成本低： 可充分利用市政管网供水压力，差多少、补多少、不产生负压、与传统供水设备相比可节能30%—90%。停电也可维持市政管网水压供水。
3、智能化程度高，操作简单，节省人力：该设备由全自动智能化控制器控制，自行根据用户的用水量和管网的自来水压力进行调节，实行无人值守。并且采用人机界面（文本、数字）显示，使客户更加直观的看到设备的运行状况。
4、环保卫生:设备全封闭运行， 消除水源二次污染。
5、保护功能齐全：具有 过载、短路、过压、欠压、缺相、过流、短路、水源缺水等自动保护功能。在异常情况下能进行信号报警、自检、故障判断等。
6、占地少安装方便：整套设备只有一组供水控制柜、无负压稳流罐和水泵机组三部分，安装非常简单方便。
7、延长设备的使用寿命：对多台泵组均能可靠的实现软启动，使电网和管网免冲击，并且轮流运转，大大延长了水泵及电机的使用寿命。设备寿命可延长3倍以上。
无负压变频供水系统较新技术
近年来，随着经济的快速发展，各地的高楼大厦如雨后春笋，一座座矗立在人们的面前。但是，由于市政管网的压力只能达到2MPa左右，高楼用户的用水水压、水质等问题一直困扰着供水公司的设计人员，济南普利龙无吸程强制叠压供水设备的出现，使得以上问题迎刃而解！
无负压变频供水系统技术特点
对比传统的供水设备和自然叠压无负压供水给水设备，HGH VI无吸程强制叠压供水给水设备具有以下特点和优势:
1、投资小，无水池，不用消毒。
2、体积小，占地少，安装方便。
3、高效节能，全部充分利用自来水管网压力，三重强制叠压，耗电少，运行费低。
4、全不锈钢流道，全密封带压稳流补偿系统， 隔绝污染源，清洁环保。
5、水压稳定，不会造成市政管网压力波动。
6、全自动控制运行，无人值守设计。
7、故障自动显示，报警。
8、模拟屏人机对话，可随时查询、设定、调整运行参数。
9、旁通设计，自动切换，停电不停水。
10、高寿命，运行效率高，可提高水泵寿命3倍以上。
11、可 埋于地下，特别适用于用地紧张地区（特殊研制、特殊工况).
无负压变频供水系统核心技术解析
核心技术之一：全自动智能叠压调配技术：
全自动智能叠压调配技术除了具备真空抑制器和负压消除器的稳流，予压补偿作用外，还采用特别的工艺设计对管网水进行增压调配，实现99.999%借用管网压力，实现真正意义上的三重增压叠压，达到节能降耗的目的，同时还具有信息处理功能，将这些数据经实时收集和分析系统运算和处理，发送到相应执行单元。
核心技术之二：全自动智能欠压调配技术：
全自动智能欠压调配系统的作用是在自来水管网压力不足的情况下，可根据管网工况随时通过调配系统（包括压力，水位反馈，流量，压力调节等运行状态）实现设备正常供水，满足管网压力较不利点的用水要求。
核心技术之三：全封闭带压稳流补偿技术：
自然叠压是通过与大气接触来消除负压，而本系统是采用符合饮用水要求的全封闭部件，饮用水不与任何成分的气体接触，严格保证饮用水的卫生安全。其本身是承压设备，保证任何情况下始终带压运行，从根本上避免了管网出现负压的可能性。
无负压变频供水系统适用范围
1、高层建筑、居民小区、别墅等居民生活用水。
2、企事业单位、宾馆、写字楼、百货商场，大型桑拿浴、医院、学校，体育馆，高尔夫球场，机场等场所的日常用水。
3、生产制造、洗涤装置、食品工业、工厂、工矿的生产用水。
4、其他：老旧水池供水及其它形式供水的改造
无负压变频供水系统技术指标
1、供水流量 0—1500 M3/H 扬程
2、控制电机功率 0.75---1500KW
3、供水户数 10—10000户
4、压力控制范围 0.15—1.6MPa
5、平均节电率 30—60%
6、控制原理 正弦波PWM或空间矢量SVPWM100%
7、运行方式 单泵或多泵自动切换
8、控制方式 可编程和PID控制
9、过载能力 150% 60秒
10、保护功能 软启动、对过压、缺相、变相、欠压、断 路，瞬间停电，短路等均有自诊显示和保护功能。
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