摘 要：通過對變頻調速、恒壓供水技術的研究，對變頻調速恒壓供水節(jié)能技術在高校供水中的應用進行了系統(tǒng)闡述。
高校用水量相對較大，尤其是實驗室及學生宿舍用水。因此，加強高校供水節(jié)能技術具有重要的現(xiàn)實意義。眾所周知變頻調速恒壓供水具有良好的節(jié)能性，且其自動化程度高，在提高其可操控性的同時，也有效地達到了節(jié)能目的。但是，由于高校供系統(tǒng)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，則會提高供水系統(tǒng)的造價，也會直接影響到供水節(jié)能的有效性。
1 變頻調速恒壓供水系統(tǒng)節(jié)能原理
變頻調速就是利用改變電動機電源頻率來完成速度調節(jié)。變頻調速恒壓供水技術采用一個電位器來實現(xiàn)壓力設定，再結合一個高溫壓力傳感器對管網中的壓力進行監(jiān)測；當壓力傳感器將管網壓力信號傳入變頻器PID回路之后，PID回路立即會做出反應，將水量減少或增加的信號送至控制器，進而達到控制電機轉速。一旦在一定范圍內的延時時間內，管網內的壓力還是過大或不足時，則可以通過PLC進行工頻/變頻切換，使管網內的壓力與初始設定的壓力保持一致。隨著用水量的降低，變頻器則會自動地降低輸出頻率，以此來調節(jié)電動機轉速而達到節(jié)能的作用。而在恒壓供水系統(tǒng)中，變頻調速替代了恒速電機來對水泵進行驅動，進而達到預期的節(jié)能作用。根據流體力學，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(shù)，n為電機轉速，Q為水量。當利用轉速進行水量控制時，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(jié)能技術的優(yōu)勢
變頻調整恒壓供水系統(tǒng)較傳統(tǒng)供水系統(tǒng)的優(yōu)勢在于其可以保持24h自動恒定水壓，并結合管網壓力信號自動啟動備用水泵，具有良好的無級壓力調動，保障供水質量；同時，也不會造成水管網線破裂等安全隱患的發(fā)生。變頻調速恒壓供水節(jié)能技術是以變頻調速為恒壓基礎，進而取代了傳統(tǒng)高位水箱或壓力罐等供水設備，既節(jié)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(tǒng)的安全性，同時也因該系統(tǒng)的平滑啟動，而避免了啟動過程中對電網和水泵電機的沖擊，進而提高了水泵的使用壽命 [3] 。另外，變頻調整恒壓供水系統(tǒng)既改善了傳統(tǒng)供水系統(tǒng)中水壓不穩(wěn)定問題，也避免了傳統(tǒng)供水過程中啟停過程中的水錘效應，進而全面提高了供水水質。與此同時，變頻調速恒壓供水系統(tǒng)還可以結合實際用水量來控制水泵轉速，并在實現(xiàn)多泵循環(huán)工作以及各種保護功能的同時，也延長了水泵的使用壽命，進而達到節(jié)能增效的目的。
3 變頻調速恒壓供水系統(tǒng)分析
目前，筆者所在高校采用的恒壓供水系統(tǒng)主要運用電機調整裝置對水泵轉速進行控制；同時，自動實現(xiàn)對運行水泵的調整與控制，進而完成整個高校供水壓力的閉環(huán)管理，使之管網流量出現(xiàn)變化時，也能通達穩(wěn)定供水壓力，進而實現(xiàn)節(jié)能目的。
3.1 變頻調速恒壓供水系統(tǒng)結構。筆者所在高校變頻調速恒壓供水系統(tǒng)圖（見圖1）。該變頻調速恒壓供水系統(tǒng)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(jié)則采用變頻調速技術，采用“一變多定”控制方式來進行；同時，結合PLC電流信號來對變頻水泵進行驅動。
3.2 變頻調速恒壓供水系統(tǒng)控制原理。高校變頻調速恒壓供水系統(tǒng)控制原理，是利用出水管網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行PLC調控，并經過運算結果與設定壓力參數(shù)進行對比后，得出相應的調節(jié)參數(shù)，再送至變頻器；而變頻器則對水泵的轉速予以相應的控制，進行達到調節(jié)系統(tǒng)的供水量，使高校供水系統(tǒng)管網中的整體壓力保持在設定壓力之上；一旦出現(xiàn)用水量超過一臺水泵供水量時，PLC會結合用水量大小對工作水泵數(shù)量進行控制；同時，變頻器則會對工作水泵轉速予以實際調整，進而實現(xiàn)恒壓節(jié)能供水的目的。一旦，供水負載出現(xiàn)變化，輸入電機電壓與頻度也隨之會發(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(jié)能控制系統(tǒng)。另外，該系統(tǒng)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(tǒng)水泵控制過程。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和變頻器為例進行水泵控制說明，PLC的I/O分配見表。開始工作時，若泵1變頻啟動時，水泵轉速則從0開始隨頻率逐步上升，若變頻器頻率達至50Hz時，管內水壓還處于上限值時，則經一段時間的延時，泵1切換至工頻運行；此時，變頻器頻率則會由50Hz降至0Hz；泵2變頻啟動；若水壓仍未達到要求時，則會直接啟動泵3。同樣，在水泵切換時，若3臺水泵均在運行中，當泵3變頻降至0Hz時，水壓仍處于上限時，則會經一段時間的延時后，使泵1停止工作，變頻器頻率則會從0Hz迅速上升，若水壓仍處于上限值時，則會經一段時間的延時后將泵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線的水壓波動迅速做出反應，并在變頻器的調節(jié)作用下，保持水壓的平穩(wěn)過渡，在避免高校水管網線短暫停水的提前下，也達到節(jié)能供水的目的。
綜上所述，高校供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性與水質安全性，既關系到高校師生的生活、工作用水質量，也全面實現(xiàn)了供水節(jié)能技術要求。同時，該供水系統(tǒng)還降低了高校供水系統(tǒng)的工作強度及相關的日常與維修費用，真正實現(xiàn)了節(jié)能增效的目的。
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