摘 要：通過(guò)對變頻調速、恒壓供水技術(shù)的研究，對變頻調速恒壓供水節能技術(shù)在高校供水中的應用進(jìn)行了系統闡述。
高校用水量相對較大，尤其是實(shí)驗室及學(xué)生宿舍用水。因此，加強高校供水節能技術(shù)具有重要的現實(shí)意義。眾所周知變頻調速恒壓供水具有良好的節能性，且其自動(dòng)化程度高，在提高其可操控性的同時(shí)，也有效地達到了節能目的。但是，由于高校供系統中的用水是變化范圍較大，一旦變頻水泵的選型或設計不合理，則會(huì )提高供水系統的造價(jià)，也會(huì )直接影響到供水節能的有效性。
1 變頻調速恒壓供水系統節能原理
變頻調速就是利用改變電動(dòng)機電源頻率來(lái)完成速度調節。變頻調速恒壓供水技術(shù)采用一個(gè)電位器來(lái)實(shí)現壓力設定，再結合一個(gè)高溫壓力傳感器對管網(wǎng)中的壓力進(jìn)行監測；當壓力傳感器將管網(wǎng)壓力信號傳入變頻器PID回路之后，PID回路立即會(huì )做出反應，將水量減少或增加的信號送至控制器，進(jìn)而達到控制電機轉速。一旦在一定范圍內的延時(shí)時(shí)間內，管網(wǎng)內的壓力還是過(guò)大或不足時(shí)，則可以通過(guò)PLC進(jìn)行工頻/變頻切換，使管網(wǎng)內的壓力與初始設定的壓力保持一致。隨著(zhù)用水量的降低，變頻器則會(huì )自動(dòng)地降低輸出頻率，以此來(lái)調節電動(dòng)機轉速而達到節能的作用。而在恒壓供水系統中，變頻調速替代了恒速電機來(lái)對水泵進(jìn)行驅動(dòng)，進(jìn)而達到預期的節能作用。根據流體力學(xué)，我們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 均為常數，n為電機轉速，Q為水量。當利用轉速進(jìn)行水量控制時(shí)，水量與轉速為正比；由于，比值Q/n不變，故供水效率始終保持在#理想的狀態(tài)而提高了水泵的效率。
2 變頻調速恒壓供水節能技術(shù)的優(yōu)勢
變頻調整恒壓供水系統較傳統供水系統的優(yōu)勢在于其可以保持24h自動(dòng)恒定水壓，并結合管網(wǎng)壓力信號自動(dòng)啟動(dòng)備用水泵，具有良好的無(wú)級壓力調動(dòng)，保障供水質(zhì)量；同時(shí)，也不會(huì )造成水管網(wǎng)線(xiàn)破裂等安全隱患的發(fā)生。變頻調速恒壓供水節能技術(shù)是以變頻調速為恒壓基礎，進(jìn)而取代了傳統高位水箱或壓力罐等供水設備，既節省了大量的占地空間和投入資金；也避免了水泵的頻繁啟停，而提高了供水系統的安全性，同時(shí)也因該系統的平滑啟動(dòng)，而避免了啟動(dòng)過(guò)程中對電網(wǎng)和水泵電機的沖擊，進(jìn)而提高了水泵的使用壽命 [3] 。另外，變頻調整恒壓供水系統既改善了傳統供水系統中水壓不穩定問(wèn)題，也避免了傳統供水過(guò)程中啟停過(guò)程中的水錘效應，進(jìn)而全面提高了供水水質(zhì)。與此同時(shí)，變頻調速恒壓供水系統還可以結合實(shí)際用水量來(lái)控制水泵轉速，并在實(shí)現多泵循環(huán)工作以及各種保護功能的同時(shí)，也延長(cháng)了水泵的使用壽命，進(jìn)而達到節能增效的目的。
3 變頻調速恒壓供水系統分析
目前，筆者所在高校采用的恒壓供水系統主要運用電機調整裝置對水泵轉速進(jìn)行控制；同時(shí)，自動(dòng)實(shí)現對運行水泵的調整與控制，進(jìn)而完成整個(gè)高校供水壓力的閉環(huán)管理，使之管網(wǎng)流量出現變化時(shí)，也能通達穩定供水壓力，進(jìn)而實(shí)現節能目的。
3.1 變頻調速恒壓供水系統結構。筆者所在高校變頻調速恒壓供水系統圖（見(jiàn)圖1）。該變頻調速恒壓供水系統由3臺水泵、1臺變頻器、1臺PLC輸入（出）單元與壓力傳感器等組成。PLC控制3臺水泵運行；水泵速度調節則采用變頻調速技術(shù)，采用“一變多定”控制方式來(lái)進(jìn)行；同時(shí)，結合PLC電流信號來(lái)對變頻水泵進(jìn)行驅動(dòng)。
3.2 變頻調速恒壓供水系統控制原理。高校變頻調速恒壓供水系統控制原理，是利用出水管網(wǎng)中安裝的壓力傳感器將出口壓力信號轉變成為標準號（4mA~20mA）送至PLC模擬量輸入端口后進(jìn)行PLC調控，并經(jīng)過(guò)運算結果與設定壓力參數進(jìn)行對比后，得出相應的調節參數，再送至變頻器；而變頻器則對水泵的轉速予以相應的控制，進(jìn)行達到調節系統的供水量，使高校供水系統管網(wǎng)中的整體壓力保持在設定壓力之上；一旦出現用水量超過(guò)一臺水泵供水量時(shí)，PLC會(huì )結合用水量大小對工作水泵數量進(jìn)行控制；同時(shí)，變頻器則會(huì )對工作水泵轉速予以實(shí)際調整，進(jìn)而實(shí)現恒壓節能供水的目的。一旦，供水負載出現變化，輸入電機電壓與頻度也隨之會(huì )發(fā)生改變，并形成以設定壓力為標準的閉環(huán)式高校恒壓供水節能控制系統。另外，該系統中還設置有多種自我保護功能，以充分保障水泵的維修與正常供水需求。
3.3 變頻調速恒壓供水系統水泵控制過(guò)程。筆者所在高校采用PLC為S7－200型，變頻器為M430型；本文僅以上述PLC和變頻器為例進(jìn)行水泵控制說(shuō)明，PLC的I/O分配見(jiàn)表。開(kāi)始工作時(shí)，若泵1變頻啟動(dòng)時(shí)，水泵轉速則從0開(kāi)始隨頻率逐步上升，若變頻器頻率達至50Hz時(shí)，管內水壓還處于上限值時(shí)，則經(jīng)一段時(shí)間的延時(shí)，泵1切換至工頻運行；此時(shí)，變頻器頻率則會(huì )由50Hz降至0Hz；泵2變頻啟動(dòng)；若水壓仍未達到要求時(shí)，則會(huì )直接啟動(dòng)泵3。同樣，在水泵切換時(shí)，若3臺水泵均在運行中，當泵3變頻降至0Hz時(shí)，水壓仍處于上限時(shí)，則會(huì )經(jīng)一段時(shí)間的延時(shí)后，使泵1停止工作，變頻器頻率則會(huì )從0Hz迅速上升，若水壓仍處于上限值時(shí)，則會(huì )經(jīng)一段時(shí)間的延時(shí)后將泵2停止工作。這樣的水泵切換，既可以有效降低水泵的頻繁啟停，也可以對高校水管網(wǎng)線(xiàn)的水壓波動(dòng)迅速做出反應，并在變頻器的調節作用下，保持水壓的平穩過(guò)渡，在避免高校水管網(wǎng)線(xiàn)短暫停水的提前下，也達到節能供水的目的。
綜上所述，高校供水系統的穩定性與水質(zhì)安全性，既關(guān)系到高校師生的生活、工作用水質(zhì)量，也全面實(shí)現了供水節能技術(shù)要求。同時(shí)，該供水系統還降低了高校供水系統的工作強度及相關(guān)的日常與維修費用，真正實(shí)現了節能增效的目的。
關(guān)注我們 實(shí)現共贏(yíng)