变频供水与水泵水箱联合供水的能耗对比分析

高瑞斌

（九源〈北京〉国际建筑顾问有限公司银川分公司 宁夏 银川 750002）

0 引言

目前，变频供水在国内的应用已经很普遍，但是也出现很多令开发商和物业管理公司头疼的问题，逐渐对这一技术产生了怀疑，其主要原因是加压电费过高及容易产生噪音。随着科技的发展、新技术的应用，我们应该抱积极态度。但是变频供水技术的应用效果却令人疑惑，变频供水技术究竟是否节能？这个技术到底是否成熟？本文将对此进行研究。

1 计算模型

设工程条件为：一栋8层住宅楼，共128户。1-4层由市政自来水直接供水，5-8层采用二次加压供水。住宅层高为3m，底层室内外高差为0.6m，每户居住5人，用水量标准按qd=150L/人。取时变化系数Kh=2.5，每户卫生器具当量数Kg=10（为便于计算，暂不考虑消防用水）。根据上述条件可知，该栋住宅4-8层需加压供水的最大日用水量为：

最高日最大时用水量为：

给水设计秒流量qg=5.5L/s（由总当量数查表可得）。

2 方案比较

2.1 定速泵-高位水箱联合供水方式

水箱容积按最高日最大时用水量的50%计算，V=2.5m3，选用3m3标准水箱，其尺寸长×宽×高=2×1.4×1.4m，水箱最低水位标高Hmin=25.6m，最高水位高Hmax=26.6m，选用40LG6-15×2水泵二台，其性能参数为Q=6m3/h,H=30m，N=2.65kW。

由上式计算水泵最大日耗电量：

式中：T为水泵最大日工作时间，单位为h，T=Qd/Q=48/12=4h。

2.2 变频调速恒压装置供水

由于生活用水的不均匀性，在采用变频调速供水设备时，若系统没有流量调节装置，水泵装置应按满足系统设计秒流量的需要来选择，本工程系统设计秒流量为qg=5.5 L/s，选择40LG6-15×2水泵三台，三台泵并联工作时，满足秒流量qg=5.50 L/s的要求。分析全日用水曲线，用水一般都集中在早晨6-8时，中午11-13时，下午17-19时，晚上22-24时这8个小时，为用水高峰，而0-6点这6个小时用水量很少，为用水低峰，其它10个小时为供水中峰，状态如表1所示。

表1 水泵运行状态

为简化计算我们假定变频泵（由变频器驱动的水泵）在供水高峰和供水中峰期间均运转在额定负荷的60%，而在供水低峰期间则运转在额定负荷的80%，工频运转的水泵可近似看作额定负荷下工作。平均每天耗电计算：

供水高峰耗电：W1＝（2.65kW×0.6＋2.65×2kW）×8＝55.12 kWh

供水中峰耗电：W2＝（2.65kW×0.6+2.65）×10＝42.4kWh

供水低峰耗电：W3＝2.65kW×0.8×6＝12.72 kWh

一天的总耗电为：W＝W1＋W2＋W3＝55.12＋42.4+12.72＝110.24kWh

由上面的例子可以看出，对于单一的水泵水箱联合供水比单一变频恒压供水要节能许多。其原因有以下几个方面：

1）目前，变频供水系统在实际中应用较多的是普通循环软启动变频供水设备，该系统由水泵机组、循环软启动变频柜、压力仪表、管路系统等构成。变频柜由变频调速器，PLC（或变频控制器），低压电器等构成。系统一般选择同型号水泵2-4台，以3台泵为例，系统的工作情况如下：平时1台泵变频供水，当1台泵供水不足时，先开的泵转为工频运行，变频柜再软启动第2台泵，若流量还不够，第2台泵转为工频运行，变频柜再软启动第3台泵。若用水量减少，按启泵顺序依次停止工频泵，直到最后1台泵变频恒压供水。

而变频恒压供水设备水泵泵型是根据设计秒流量选取的，当系统需水量极小甚至为零，或系统需水量略大于定速泵在设定压力下流量的整数倍时，调速泵出水量极小甚至为零，调速泵工况点严重偏离高效区，效率极低甚至为零，造成电能的浪费。

为了解决小流量时的节电问题，最近又有了以下四种方案：（1）变频主泵+工频辅泵；（2）变频主泵+工频辅泵+气压罐；（3）变频主泵+气压罐；（4）变频主泵+变频辅泵+气压罐。第一种方案在变频主泵需小流量供水时自动切换到辅泵（小流量高扬程）高效段运行，从而提高系统输水效率；第三种方案则是在系统需水量极小或系统需水量略大于定速泵在设定压力下流量的整数倍时，尽量保持调速主泵的流量不变，多余水量进入气压罐，保持调速主泵在高效段运行，当气压罐压力达到设计最高压力时停泵，由气压罐供水；而第二种方案和第四种方案兼具上述两种功能，尤其是第四种方案，在原变频主泵基础上，再配备1-2台小泵专用在夜间或平时小流量时变频供水，是相对来说最节能的方案。这四种方案通过提高小流量时水泵的输水效率，能减少小流量时消耗的电能。

图1 调速泵转速改变时效率的偏移

2）即使采用上述措施解决系统在小流量时的节电问题，变频调速恒压供水设备也不能保证水泵在最高效率点运行。如图1，设调速泵在转速 n=n1 时，在最高效率点（η=η1）运行，工况点为 1 点（Q1，H1）。 当流量Q由Q1减小为Q2时，转速下降为n2，特性曲线由（Q-H）1变为（Q-H）2，此时工况点为水平线 H=H1与（Q-H）2之交点 2（Q2，H1），过 2 点作等效率曲线 H=K2Q2与转速 n1 时的特性曲线（Q-H）1交于 3 点，3 点效率 η=η3。 显然，2 点效率 η2= η3＜η1，水泵效率降低。所以，变频调速恒压供水装置不能在高效点稳定运行，在大多数时间里η＜η1，而采用定速泵-高位水箱联合供水方式却很容易做到这一点。

由最大日耗电量计算公式 可知，当变频调速恒压供水方式和定速泵-高位水箱联合供水方式的水泵选型和出口压力H皆相同时，两者耗电量大小只取决于两者之η值。而在泵房只为单栋建筑或由单栋高层建筑和多栋多层建筑组成的小区域服务，只需在最高建筑物顶部设单个水箱时，因水箱供水的最不利计算管路只需到顶层供水点，比采用变频调速恒压供水方式的最不利计算管路要短的多，因此完全可以使水泵出口压力值与采用变频供水方式相同甚至小于其泵房出口压力值。

因此，变频调速恒压供水方式比定速泵-高位水箱联合供水方式节能的说法是不合理的。

3 结束语

建筑节水节能是一个系统工程，除应制定有关节水的法律法规、加强日常管理和宣传教育、利用价格杠杆促进节水工作外，还应采取有效的技术措施，以保证建筑节水工作全面深入的开展。建筑住宅的蓬勃发展必然需要与之相配套的给排水设施作为辅助，所有新建和拟建住宅都是潜在节水及节能点。

［1］李亚峰，蒋白懿.高层建筑给水排水工程[M].北京：化学工业出版社，2004.

［2］刘振印.建筑给排水节能节水技术探讨[J].给水排水，2007，33(1)：61-71.