高层建筑供水设备的改造与维护策略分析

许剑平

（上海水务建设工程有限公司，上海 200082）

高层建筑供水设备的改造与维护策略分析

许剑平

（上海水务建设工程有限公司，上海 200082）

本文以供水设备改造与维护为核心进行了研讨，在提出供水设备维护要点的同时，提出对于供水设备的改造计划，重点研讨供水设备的系统性。

供水设备；变频；维修；检查

熟知供水部门供水设备的技能与供水条件，才能更好的完成对设备的管理。而维修维护的到位才是设备管理的本质，所以加强设备运行维护需要不断提升自身的管理能力，才能实现安全低消耗的供水模式。研究发现通过变频调速供水系统能实现低能耗供水，避免水质二次污染，实现自动调节等。

1 传统供水系统的缺点

（1）恒速泵加压供水方式：由于用水量的变化不会影响供水压力，这就使得供水管网络在很长时间内均处于超压运作状态，这是因为在恒定功率情况下功率机泵组合会对供水系统进行超压供水。由此我们可以知道，这样设备损耗是极大的，维修与管理经费不够理想，也不符合节能效益，所以其适用范围很窄。

（2）水泵水箱联合供水方式：其原理就是利用机泵做功将水提升至处在高处的水塔中，并做储存，用户用水由水塔提供。但是由于水泵不会随着用水量的变化改变其工频工作状态，所以不能达到节能目的。一方面水箱储水过程中处于长时间有水环境，期间会生长青苔等苔藓、锈迹和污染物会积累，一方面水质会受到二次污染，另一方面容量极大的水箱需要位置存放，空间占用率大，由于储水量以及自身重量较大，还需要考虑整体建筑物能否承重，增加了成本。

2 变频供水设备在高层住宅供水系统节能改造中的应用

（1）供水管道网络作为被控制对象，压力是过程控制量，其对外界激励具有滞后的特性。同时变频器对泵机组输出频率的响应同样也存在滞后效应。于是整体设备组都具有滞后的特性。

（2）设备运行中难免会有故障或意外情况发生，设备运行时的参数状态都在系统监控下，系统会自动适配调整至工频稳定运行，设定为故障运行模式，以此来保证供水负荷的安全。所以系统具备容错的特点。

（3）电动机设备的软启动极大减少了对设备和电网的冲击。变频电动机输出转速会受到变频调速系统控制，并根据用户需水量多少进行调节。所以系统具备节能特性。

（4）地下水池和变频调速设备共同构成供水系统，储水装置成为历史。其中只需要一台水泵变频运行，其余水泵机组中的水泵则处于工频状态或者是关机状态，可由变频控制柜控制。工作的水泵通过流量的变化调节电动机的转动速率实现变频，使得整体供水系统稳步运行，实现了低能耗要求，同时占用空间很小，杜绝了水体污染现象，取代了储水箱的地位。

2.1 水泵变频调速节电原理

通过改变电机频率和电压来改变电机速率的技术叫做变频调速技术,其特点是速率变动广、效率高、调速平滑、稳定的机械特性、结构简单、可靠地保护功能，安全系数高,运转期间平滑，可在运行期间持续获取有效数据，同时可达到良好的变频效果。在实验中通过数据可看到，变频调速可实现低功耗的效果。

具有管网特性的水泵供水设备，拥有特定的关系曲线，该曲线反应了整体管道网络流量与系统消耗能源之间的关系。与此同时通过计算水泵消耗的能量反映最高供水点与地下水池的高度之差，就能得出管道中克服阻力的能耗，从而可知管道的特定参数。反过来看，只要确定了管道网络管径以及全长等具体参数就能绘制关系曲线。

变频调速供水工作原理如图1所示。由水泵的相似定律可知详细的节能数据，流量在变速前后的数据、转速、功率以及扬程之间关系计算式如下。

图1 供水原理曲线

式中，P1、H1、Q1分别为转速n1时的功率、扬程、流量；P2、H2、Q2分别为转速n2时的功率、扬程、流量。如上所述，在工作负荷不断改变的情形下，变频器通过调节电机转速实现水泵的变频，由于转轴功率为三次方关系，所以所节约的能源就是一个很可观的数据。

2.2 系统结构设计

针对供水环境条件，通过调研，决定采用变频综合气压罐的供水模式。

（1）区域控制：自来水供水公司直接供水给低楼层用户；由供水设备给中楼层和高楼层用户供水，变频系统负责为高楼层用户供水；由于高楼层供水冲击力很大，需要加强供水管网的抗压性，所以在中楼层管道上增加减压阀，通过时间管网的保护来保证供水的安全。

（2）时间控制：当凌晨6:00～晚上11:00时，白天供水量较大，需要至少两个水泵处于工频状态，系统又会通过分析用水量的变化来实现变频目的，此时供水设备会自动调整处于工频水泵的数量以及调节水泵转速。夜间供水压力较小，只需要一台工频水泵和气压罐供水，水泵可根据时间阶段性工作。

2.3 改造效果

（1）通过采用变频手段忙时大流量供水，既杜绝了水质的二次污染，又节约了电能；中楼层拆掉了储水装置，节约出了很大的空间，给用户留下清净的环境；也解决了原来高位水箱供水时某些用户水压不足带来的生活困扰问题。由于楼层增设了减压阀，减轻了在给高楼层供水时压力过大的情况，保护了管道网络，使用寿命得到延长。

（2）凌晨用水量小，阶段性供水既能满足供水要求又有合理性，小负荷运作消除了长时间的噪声污染。小流量是水泵工作时取代了工频水泵在工作时低效率的位置，从而达到了节能目的。

3 供水设备维护要点

要在设备运行时进行日常一般维护，通过肉眼观察，对设备运转状态进行合理评估，对其运行情况和性能做出一定的判断。从而可继续进行检查工作，分别为整体检查和个体检查。

3.1 整体检查

对设备运行情况以及性能做一个整体的观察评估为整体检查，具体如下。

（1）设备的工作环境：环境温度、空气湿度、整体清洁度、电磁设备干扰等。（2）设备的供水压力参数是否与设定压力有差距。（3）设备运行情况检查，有无异常响声、异常振动、异味、冒烟等。

（4）设备的运行情况与供水压力是否相符，如果供水压力与变频工作状态不相匹配，应立即进行进一步分析检查，排查相关部位运行情况以及参数设定，尽快查出问题所在并解决才能继续运行。

3.2 个体检查

个体检查主要对各个设备进行分部位检查，核心工作部件筛查，其具体工作如下。

（1）电源柜电源电压应为380V，允许误差5%，频率应为50Hz，电流三相应平衡，控制电器应动作正常。

（2）变频控制柜检查电源是否正常；外观应完好无损，没有形变、破损、变色、冒烟、异味等；无异常振动、异常响声；观察变频器工作时频率变化是否稳定可靠，电动机在受控时是否能正常轮换运行即控制功能是否正常；控制器显示是否与相应按钮功能匹配即变频器显示功能是否正常。

4 结语

供水设备改造之后带来了许多积极效应，按用水实际需要定压供水,满足小区用水需求,变频供水系统会根据用水量的增加与减少做出相应动作完成供水。供水设备在变频过程中进行软启动，极大减少了在频繁启动工作时所产生的大电流对整体网络的冲击，保护了供电系统，减少了对配电设备和电动机的损害，从而电气设备、水泵及管网得以延长使用时间，相应的减少了维修的次数以及成本，也能确保供水安全与稳定。在实现整体自动控制的同时,提高了供水质量，减少了不必要的人力开支，节省了更多费用，因此值得推广与使用。

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[2]张存辉.城镇二次供水设备改造与建设及运行管理[J].城镇供水，2014（11）.

[3]张嘉恩.供水企业设备维护管理存在问题和改进建议[J].给水排水，2014（01）.

TU731

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