一、前言
變頻調(diào)速恒壓供水設(shè)備從二十世紀(jì)九十年代開始在我國推廣使用，是我國近二十幾年來應(yīng)用最為廣泛的二次增壓供水系統(tǒng)。但圍繞采用變頻調(diào)速恒壓供水設(shè)備的用戶是否普遍都有較好的節(jié)能效果，業(yè)內(nèi)卻又一直存有較大爭議。采用高效集成式全變頻控制技術(shù)研發(fā)成功的水泵專用集成式變頻器并將其成功應(yīng)用于建筑二次供水領(lǐng)域，是變頻調(diào)速恒壓供水設(shè)備控制技術(shù)研發(fā)進(jìn)程中的關(guān)鍵突破和重大創(chuàng)舉。高效集成式全變頻恒壓供水設(shè)備的最顯著特點(diǎn)是高效、節(jié)能、集成化，它的推廣應(yīng)用將引領(lǐng)未來建筑二次供水設(shè)備發(fā)展的主導(dǎo)潮流。
二、高效集成式全變頻泵節(jié)能原理分析
1、變頻調(diào)速技術(shù)的節(jié)能原理
我們知道，在變頻調(diào)速供水設(shè)備中，影響變頻調(diào)速供水設(shè)備節(jié)能效果的關(guān)鍵因素取決于系統(tǒng)中所選的工作水泵是否在整個(gè)供水過程中都能連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行在高效區(qū)。根據(jù)水泵的相似定律，對同一臺水泵輸出功率和轉(zhuǎn)速、揚(yáng)程及流量有如下關(guān)系：
從以上公式可知，當(dāng)揚(yáng)程不變，水泵出水量減少，轉(zhuǎn)速可同比例下降，其水泵功率也會快速下降，能耗大幅度降低。
變頻恒壓供水設(shè)備的實(shí)現(xiàn)節(jié)能的原理就是：當(dāng)工作泵出水小于額定流量時(shí)，通過一個(gè)變頻器（單變頻）及相關(guān)的電氣元器件組成的控制回路，根據(jù)系統(tǒng)的流量變化實(shí)現(xiàn)加泵或減泵，再通過工頻、變頻切換的方式控制一套泵組的目的。即使是為設(shè)備的每臺工作水泵分別配置有變頻器（多變頻），它的運(yùn)行模式還是這種方式，只是解決了在每臺水泵啟動、停止時(shí)實(shí)現(xiàn)軟啟動，有利于消除水錘現(xiàn)象，但整套設(shè)備還只是一套控制系統(tǒng)。
這一技術(shù)的缺點(diǎn)是：它因受水泵的高效范圍較窄制約，使變頻泵轉(zhuǎn)速在30Hz～50Hz范圍內(nèi)變化（即水泵出水量在100﹪～60﹪范圍內(nèi)變化），節(jié)能效果相對明顯；當(dāng)水泵轉(zhuǎn)速低于60﹪時(shí)，水泵和電機(jī)的效率將顯著降低，不節(jié)能或節(jié)能有限；當(dāng)頻率降至25Hz以下時(shí)，水泵不出水，電機(jī)不做有效功，能量浪費(fèi)依然存在。
2、高效集成式全變頻泵節(jié)能原理
在民用建筑二次增壓給水設(shè)備中，設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)供水流量是一個(gè)動態(tài)變化的過程?？梢哉f大多數(shù)時(shí)間用水需求均處于低峰狀態(tài)下，目前國內(nèi)常見的PLC組成的單（多）變頻給水系統(tǒng)中，當(dāng)一臺泵水泵不能滿足正常供水時(shí)，第二臺泵因效率的原因即最低運(yùn)行頻率的制約，在60﹪以下流量下需要用60﹪以上的啟動頻率來運(yùn)行第二臺水泵，勢必造成電能的浪費(fèi)。為了解決上述系統(tǒng)運(yùn)行能耗問題，我們用高效集成式全變頻技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)兩臺或兩臺以上水泵的同步變頻運(yùn)行問題，即實(shí)現(xiàn)泵組內(nèi)多臺水泵效率平均分?jǐn)?，同時(shí)變頻運(yùn)行，使得每一臺水泵均處于高效段運(yùn)行，同時(shí)又能克服因變頻給水系統(tǒng)中最低運(yùn)行頻率制約問題。
三、高效集成式全變頻泵組
應(yīng)用集成式全變頻控制技術(shù)，每一臺水泵均獨(dú)立配置一臺變頻控制器，各泵機(jī)上的變頻控制器通過內(nèi)部CAN總線技術(shù)，實(shí)現(xiàn)多臺泵機(jī)之間的相互通信，使整套設(shè)備具有多個(gè)與水泵一對一互相匹配的變頻和控制大腦，設(shè)備中所有水泵共享系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)信息，聯(lián)動均衡運(yùn)行，克服水泵不在高效區(qū)運(yùn)行現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)真正意義上的全變頻控制運(yùn)行。
1.產(chǎn)品組成
系統(tǒng)主要由高效不銹鋼多級離心泵、集成式變頻器、控制柜、底板、不銹鋼管路、閥門以及氣壓罐等組成。
2.產(chǎn)品特點(diǎn)
a)配置集成式變頻器
智能的變頻高效電機(jī)，內(nèi)置PID和先進(jìn)的節(jié)能軟件，
精確控制性能 輸出滿足水力要求。
b)分散型控制
每臺變頻器內(nèi)置主板控制器，且均具有獨(dú)立的控制運(yùn)行功能，泵與泵之間通過CAN總線互相聯(lián)動運(yùn)行。當(dāng)一臺泵控制器故障時(shí)其它泵可正常運(yùn)行給用戶供水。
c)節(jié)能型系統(tǒng)
在同一工作泵組中，能夠?qū)崿F(xiàn)所有工作水泵同步變頻運(yùn)行，能夠根據(jù)用水總需求量自動平均分?jǐn)傔\(yùn)行效率（如圖1），較傳統(tǒng)恒壓變頻給水設(shè)備（如圖2）節(jié)約電能13﹪以上。
d)高效的水利部件
獲得專利的3D葉輪設(shè)計(jì)使每級高壓葉輪保持在同樣高的效率水平。下圖3是用傳統(tǒng)的水利部件和3D高效水利部件進(jìn)行的性能比較，從圖3中可知， 配置3D高效水利部件的泵效率提升高達(dá)10﹪以上。
圖3：水利性能比較
e)維修方便
根據(jù)EN 2006/42/CE標(biāo)準(zhǔn)而設(shè)計(jì)的聯(lián)軸器保護(hù)裝置，如圖4，獨(dú)特的聯(lián)軸器Spacer，設(shè)計(jì)如圖5，同時(shí)可配置集裝式機(jī)械密封，如圖6。所有以上設(shè)計(jì)保證了最短的維護(hù)時(shí)間。
f)系統(tǒng)安全可靠
系統(tǒng)通過半導(dǎo)體數(shù)字芯片無觸點(diǎn)切換實(shí)現(xiàn)水泵的啟停，不需要繼電器電路，減少了繼電器電路中觸點(diǎn)的頻繁吸合斷開，降低故障發(fā)生率，提供系統(tǒng)的安全性、可靠性。
g)噪聲低
變頻降噪技術(shù)，能大幅度的消除降解變頻電流聲。比普通變頻技術(shù)噪聲降低10-20dB。變頻輸出交接自保持技術(shù)，最大限度的降低控制柜元器件動作聲音。
h)全不銹鋼結(jié)構(gòu)
水泵、管路、閥門及配件使用食品級不銹鋼，保證水質(zhì)清潔。
i)控制系統(tǒng)自身能耗少
把變頻器和控制器集成一體的水泵專用變頻器，將不再需要體積龐大的控制柜（如圖7、圖8），減少了因控制系統(tǒng)中元器件及電氣線路自身發(fā)熱產(chǎn)生能耗約占水泵能耗3～5﹪左右。
圖7：普通全變頻控制柜
圖8：集成式全變頻控制柜
3.系統(tǒng)功能
a)恒壓控制功能：保持供水壓力的穩(wěn)定，并可根據(jù)用水量的變化自動調(diào)節(jié)各水泵在變頻和工頻狀態(tài)下配合工作，并遵循“先開先?！痹瓌t。
b)超越故障泵運(yùn)行功能：采用CAN通信水泵發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)能自動啟動下一個(gè)正常水泵運(yùn)行。
c)效率平均分?jǐn)偣δ埽好颗_泵變頻運(yùn)行工作效率相同，此功能能夠克服因電機(jī)最低啟動變頻的制約而造成的電能的浪費(fèi)。
d)節(jié)能：系統(tǒng)采用先進(jìn)的高效集成全變頻控制技術(shù)，與傳統(tǒng)的PLC變頻控制技術(shù)相比，系統(tǒng)平均節(jié)能約13﹪以上。
e)保護(hù)功能：泵組采用“先啟先?！钡倪\(yùn)行方式，循環(huán)運(yùn)行，不分主用、備用泵，所有水泵均勻運(yùn)轉(zhuǎn)，避免備用泵長期不啟動所造成的銹蝕損壞，在夜間用水低峰期則用穩(wěn)壓泵低頻運(yùn)轉(zhuǎn)來穩(wěn)壓。這樣，既延長了泵組的使用壽命，又降低了泵組的維護(hù)費(fèi)用。
f)自動定時(shí)切換功能：控制系統(tǒng)中設(shè)有定時(shí)器，可記錄每臺水泵的累計(jì)工作時(shí)間，當(dāng)某泵累計(jì)工作時(shí)間達(dá)到設(shè)定值時(shí)，控制系統(tǒng)將根據(jù)數(shù)據(jù)對比中斷該泵的運(yùn)行，該泵即自動轉(zhuǎn)為備用并重新計(jì)時(shí)，下臺水泵自動切換運(yùn)行，依次循環(huán)，達(dá)到定時(shí)切換目的。
g)無水自動停機(jī)功能：無水時(shí)能自動停機(jī)保護(hù)并報(bào)警，有水時(shí)能自動啟動。
h)小流量停泵保壓：系統(tǒng)在用水低谷，能自動切換到小流量自動停泵保壓狀態(tài)。
i)瞬時(shí)斷電自恢復(fù)功能：因電網(wǎng)變化發(fā)生瞬時(shí)停電，來電后自動恢復(fù)運(yùn)行狀態(tài)。
四、結(jié)束語
在中國隨著城市化進(jìn)程的快速發(fā)展，城鎮(zhèn)自來水用水需求也隨之不斷增加，各類二次增壓變頻恒壓供水設(shè)備隨著城市化進(jìn)程蓬勃發(fā)展，而變頻恒壓供水設(shè)備是實(shí)現(xiàn)二次增壓設(shè)備可靠運(yùn)行的核心部分。在國內(nèi)，以集成技術(shù)為平臺的系列變頻控制技術(shù)得到了廣大用戶的歡迎，因其具有安全可靠、低能耗、功能強(qiáng)大、智能化程度高、操作維修便捷等特點(diǎn)。它可應(yīng)用到包括老舊二次供水泵房的節(jié)能改造，新建項(xiàng)目的二次增壓供水以及空調(diào)暖通循環(huán)供水系統(tǒng)、工業(yè)、家用供水等領(lǐng)域，特別是隨著全球氣候變暖及能量匱乏，國家可續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略需求，節(jié)能減排任務(wù)更加緊迫，可以預(yù)見，采用高效集成全變頻控制技術(shù)的恒壓供水設(shè)備的需求和應(yīng)用將會越來越多。
（威樂(中國)水泵系統(tǒng)有限公司朱建陽 李平洲 李瑩光）
