無負壓供水方案選型自動控制方案說明
時間：2013/10/6 來源：浙江揚子江泵業有限公司
第一部分 SCN無負壓供水方案選型說明
一、工程概述
本工程為，總為 棟樓， 戶 高樓高60米
二、設計依據
1） 建設單位提供的實際工程資料及參數：見工程概述。
2） 相關國家及行業標準規范：
《建筑給水排水及采暖工程施工質量驗收設計規范》（GB50242-2002）
《建筑給水排水設計規范》 （GB50015-2003）
《給水排水管道工程施工及驗收規范》 （GB50268-1997）
《生活飲用水衛生標準》 （GB5749-1985）
《通用用電設備配電設計規范》 （GB50055-93）
《低壓配電設計規范》 （GB50054-95）
《電力裝置的繼電保護和自動裝置設計規范》 （GB50062-92）
《泵站設計規范》 (GB/T 50265-97)
《建筑結構荷載規范》 （GB50009-2001）
《動力機器基礎設計規范》 （GB50046-96）
三、供水方案
需要加壓的部分采用壹套無負壓供水設備恒壓變頻供水。
四、選型說明
1）生活用水量
依據《建筑給排水設計規范》3.6.1第1條，計算設計流量：
a) 根據住宅配置的衛生器具給水當量、使用人數、用水定額、使用時數及小時變化系數，按下列公式計算出大用水時衛生器具給水當量平均出流概率。
= （%）（1）
式中 U0–大用水時衛生器具給水當量平均出流概率（%）；
q 0-高用水日的用水定額；本工程取300L/P·d；
m-每戶用水人數； 本工程取3.5人；
Kh-小時變化系數； 本工程取2.5；
Ng-每戶設置的衛生器具給水當量數；本工程取5；
T-用水時數（h）; 本工程取24h;
0.2- 一個衛生器具給水當量的額定流量（L/S）；
計算結果：U0=0.0304
b) 計算衛生器具的同時出流概率：
(%) (2)
式中 U-衛生器具給水當量同時出流概率（%）；
ac-對應于不同的U0系數；本工程ac值為0.14732；
Ng-衛生器具給水當量總數；
計算結果：U=0.24；
c) 設計秒流量：（3）
經以上計算本工程所需大小時流量計算結果：
2)設備出水壓力
按照 《建筑給排水設計規范》的規定，建筑物所需小服務水頭按下式進行估算：
H≥1.2Hy +
其中： H----不利點所需小服務水頭；
HY---不利配水點與引入管的標高差；
---不利配水點所需流出水頭；
1.2---給水管網在不利點流量分配情況下，克服水泵出口至不利點用水點間的水頭損失而綜合考慮的系數。
代入數據得：H≥65m;
綜上述計算可得，供水設備系統流量Q＝34m3/h H＝80m
五、 設備選型
根據上述計算所得參數選型如下：
設備型號： SCWG/3DRL12-8 (Q=34m3/h, H=80m,N=5.5kw*3)
水泵型號： CDL12-8 配置3臺 揚子江不銹鋼多級水泵
流量補償器： YQQ-150 （304不銹鋼） 一套
外形尺寸： φ600mm×1300mm
負壓監測系統：NFQ-1 一套
控制柜系統： 一套
管道、 管件、閥門、配套儀表： 一套
六、 管徑大小
泵房進出水管管徑不小于DN150，水表口徑大小為DN150。
第二部分 SCN無負壓設備自動控制方案說明
一、 指導原則
一） 安全可靠：
１、水泵的保護：無水停機；有水開機；電源缺相停機；電機過載停機；變頻器報警停機等。大限度保護水泵的安全。
２、變頻器的保護：過電壓保護、欠電壓保護、加速時過電壓保護、加速時欠電壓、減速時過電壓、減速時欠電壓、電機溫度過高保護、電機負載太小保護、變頻器過載等保護。
３、電源保護：當流過電流過大時，系統自動斷電達到安全的目的。當遇有雷擊時，系統防雷模塊自動啟動保護系統。
４、信號防雷：在信號系統中，也加入了防雷模塊，達到系統的保護目的。
二） 節能：
我們在自動控制中運用了能耗小的并聯泵組合理運行搭配及調速方式的控制理論對設備進行控制，使泵處于佳工作點，從而達到比普通變頻供水更節能的效果。
三） 節約用戶運行成本：
在實時監控系統中，采用互聯網數據傳輸，這樣就大大節約了用戶運行的成本。用戶只要每月交固定的寬帶包月費用就可以，省去了傳統的電話線、或無線申請頻點等費用。
二、 控制原理
1、變頻供水行業存在以下問題：
A 在滿足用戶的需水量及保證供水壓力的情況下，開并聯泵組時，水泵節電很少甚至不節電；一臺調速泵運行時，節電很少或不節電。
B當工況點、管網參數等情況發生變化后，且在泵站系統滿足工況條件下，調速系統經常出現運行不穩定現象，從而造成節能效果不能保持低的單位電耗值。
2、在此基礎上，我公司在控制理論上應用了以下理論使能耗小：能耗小的并聯泵組合理運行搭配及調速方式的控制理論：在泵站系統的工藝參數（流量、壓力）、設備參數（水泵、電機、調速裝置）等確定的情況下，采用小二乘法理論找出H-Q之間的函數關系，運用并聯泵組特性曲線擬合法，自動找出一套耗能小的運行搭配和調速方式，即優化泵組合方案（運行搭配合理的泵組工況點穩定運行在高效區間內）。當然，該優化泵組合方案并不一定是每臺水泵都能達到優，在這里是指一個泵站內水泵優化組合后的總體效果，可以形象的說把整個泵站內已優化組合后的每一泵組合方案看作一臺"水泵"，我們把泵組合方案稱為"虛擬水泵"，而這一臺"虛擬水泵"在一定壓力和流量下，用小二乘法理論計算出"虛擬水泵"的特性方程和特性曲線為標準，找出"虛擬水泵"高效區的范圍。當“虛擬水泵”的工況點不在高效區內運行時，控制系統可根據水泵調速的相似定理和等效率原理，通過設定參數自動調整變頻泵的運行工況點，使動態運行"虛擬水泵"的工況點處在高效區內，此時單位流量耗能小（控制原理示意見圖1）。
3、并聯泵組合理運行搭配的數學方法
水泵的運行方式一旦確定，其流量(Q)和揚程(H)就存在一定的關系，即Q-H關系，通用表達式為：H=a0+ a1Q+a2Q2,利用小二乘法對該 二次曲線進行擬合，從而可確定以上關系式中的a0,a1,a2的參數，畫出泵組標準的Q-H曲線，找出“虛擬水泵”的高效區。在Q-H曲線上先取若干個點，查出各點對應的Q、H值，構成X、Y、P三個矩隈，再利用小二乘法的計算公式(1)，可確定出水泵的特性參數a0, a0, a2:
P=(XXT)-1(XY) (1)
式中：
4、泵組調速方式的控制理論
由(1)、(2)兩計算公式可得出“虛擬水泵”所有的泵組全方案中的H-Q曲線方程。根據相似定律，可以得到下式：
Q1/Q2=n1/n2,H1/H2=(n1/n2)2,N1/N2=(n1/n2)3;
欲使調速后的“虛擬水泵”方案工況點運行在高效區內，可根據相似定理和等效率原理，使“虛擬水泵”調速后的特性曲線經過設定的（流量、壓力）參數點，此點就是“虛擬水泵”的佳工況點。
三、自控系統組成及功能說明：
１、設備具有遠程網絡控制技術，可以對現場的設備進行遠程控制:
a、啟動、停止;
b、更改設定壓力;
c、對時間段進行設定及更改；
d、對相應時間段內的壓力值更改；
e、四個時間段可以設定；
f、對每個時間段可以使其有效和無效。
２、MODEM遠程監視
對設備運行過程當中的參數：水泵電流、當前電壓、電機頻率、進水壓力、出水壓力、設定壓力、設定時間段、每臺泵的累計運行時間、每臺泵的運行狀態（工頻或變頻）、兩臺泵功率、進水流量瞬時和累計、出水流量瞬時和累計、門禁開關、有無市電開關、濁度、余氯等參數有遠程監視的功能（其中流量計、水質儀表、門禁開關一次儀表由用戶提供）。在監控中心可以直觀地、實時顯示上述設備的各種運行狀態。另外，開關量和模擬量具有可擴展性。
３、圖像傳輸
本設備是利用寬帶網絡進行的圖像傳輸。它具有多人可同時監控一個受控點；圖像傳輸速度快等優點。每月只要交付寬帶的月租費用即可。
４、遠程報警
當設備出現故障或變頻報警時，要具備向監控中心或設備管理人員報警的功能。當出現變頻器報警、電源缺相、過流、過壓、過載、停電、缺水、長時間達不到設定壓力時，要向遠程中心拔號報警。
５、設備要求具有自動保護功能，具有過電流、過電壓、欠電壓、缺相、過載、變頻器故障等保護功能，并且設備具有自動報警和運行狀態提示功能。
６、設備采用多臺水泵并聯互為備用工作方式時，具備各水泵機組均衡工作的技術。
７、對于PLC軟件，提供功能說明書，源程序。功能說明書上包括各開關量和模擬量的輸入輸出和處理，MODEM的數據傳輸、實時監控接口數據的傳輸。
８、泵房全部的信號傳遞和控制是通過PLC的，在控制屏上要配小的人機操作界面。
９、設備的控制過程說明：
本設備是全自動供水設備，可以對用戶提供無負壓供水。它的工作過程如下：當人為啟動設備使其自動運行時，先檢測有無進水，在保證有進水的前提下，檢測出水壓力是否小于設定的壓力，若小于設定壓力則啟動累積運行時間少的一臺水泵進行變頻供水；當出水壓力還小于設定壓力時，檢測其小于設定壓力時間持續2分鐘以上，本水泵變頻轉工頻，啟動下一臺水泵變頻運行以達到恒壓供水（若有兩臺泵以上，則判斷其累積運行時間，取其運行時間短且沒有故障的）。當此時用水量減小（即以現在的狀態運行，出水壓力大于設定壓力）時，出水壓力就會增高，這時變頻水泵會降低頻率，當頻率低于20HZ且時間持續5min以上，這時停止先啟動的水泵，保證先啟動先停止，使兩臺水泵使用的累積時間相差很小。當沒有進水時即進水壓力為零且持續2分鐘以上時，設備自動停機，以保護水泵及電機。當出現用戶用水量增大或爆管現象時即水泵全部啟動且時間超過設定的要求比如30min還是達不到設定的壓力時，向遠程監控中心報警。當斷電后，再來電時，PLC上電自檢，在電壓正常、進水壓力正常、無各報警信號后，啟動設備按停止前的設定的壓力恒壓供水。
１0、本控制柜有自動和手動兩種方式，在自動中又分遠控和近控兩種方式，其中手動和自動是互鎖的，它是以一個主令開關控制的。遠控和近控是一個指示燈，當從監控中心向其發出指令控制時，其燈亮；當監控中心取消控制時，其燈熄滅。其優先權是遠控優先于近控；手動優先于自動。如水泵維修時不能有遠程控制功能和自動投入運行功能。如果有一臺泵出現故障不能運行，這一臺泵要退出自動運行和不能遠程啟動這臺水泵，這時變頻器要自動啟動另一臺水泵，這樣用戶應到現場檢修設備，查明故障具體出現原因。這時遠程監控信號也已經傳輸到監控中心了。
１1、本設備要預留擴展模擬量模塊或開關量模塊的位置,當擴展模塊安裝上去后,軟件不做任何改動可以投入使用。
第三部分 無負壓設備技術經濟投資分析說明
一、供水方式
傳統的二次加壓的供水采用水池、水箱和水泵聯合供水方式，即由市政管網供水至水池，利用水泵和水箱調節流量。該方案雖能滿足供水壓力的穩定性和供水的可靠性，但由于自來水全部被放入水池中，再經過水泵二次加壓提升至水箱向用戶供水，不能利用自來水原有壓力，系統能耗大；安裝維護麻煩；同時因需要修建水池和水箱而帶來的如一次性基建投資大，容易造成二次污染、漏水等一系列弊病。其供水方式原理圖如下：
傳統供水方式原理圖
杭州雙成供水設備有限公司公司采用的SCN型全自動變頻無負壓供水設備，不需要修建水池和加設水箱，二次加壓供水設備可直接同市政管網聯接，采用密閉式的穩流調節器和負壓抑制器，利用PLC（可編程控制器）控制，自動調節，使自來水管道不產生負壓，而且設備可疊加自來水管網的壓力，達到節能的目的；與傳統供水設備相比優勢明顯。其供水方式原理圖如下：
SCN型全自動變頻無負壓供水方式原理圖
二、無負壓
負壓形成及消除的有效性
管路中瞬變流是產生負壓的重要原因如管網內壓力突然波動；水泵快速啟動和臺數切換；水泵震蕩、失控、突然升速；出水管斷裂等很多情況下都會產生瞬變流，水柱分離而產生負壓區。
我公司通過微電腦控制系統實現聯合控制負壓抑制器、穩壓控制器實現無負壓供水；從而避免對自來水管網產生影響。一方面負壓抑制器自動控制啟閉，智能補償水泵工作時瞬變流對管網的抽吸、平衡穩流調節的壓力使之不產生負壓，一方面智能控制水泵平緩啟動，避免水泵的失控、突變而造成對管網的影響。
三、節能
因與自來水管網直接串聯，利用水泵的疊加原理，充分利用自來水管網的壓力，只對自來水的進水壓力和所需壓力的差進行補壓。當自來水滿足要求時設備就停止工作，全部由自來水直供，與其他供水設備相比，節電可達50%-90%以上。
四、節約設備一次性投資
就設備投資而言，普通變頻加壓供水設備必須建設一個大型的蓄水池，無論在技術上還是項目投資上都是一筆不小的數目。大型水池相應的增加了泵房的占地面積，更加降低了土地利用率增加了投資。
而SCN型全自動管網直聯罐式無負壓成套供水設備不需要建水箱及泵房，節約占地面積。同時你可以把省下來的面積改造成車庫，這樣增加了投資收益。
五、水箱內水質污染問題
大型水箱由于內部水量較大，水池內的新舊水源交換比較緩慢，這樣水箱內細菌繁殖速度就會加快，不良細菌含量過高，造成了嚴重的二次污染。
SCN型全自動管網直聯罐式無負壓成套供水設備全封閉運行，不會造成二次污染。
六、智能化程度高
采用高性能變頻調速器，配備先進的可編程控制器，無需人員職守，無水自動停機，來水自動開機。水泵定時自動切換，過流、過壓、過載、欠壓自動保護。
七、安裝簡便、節省占地面積
設備體積小，節省占地面積，對泵房的基礎無特殊要求，成套出廠，到現場直接與自來水對接，安裝快捷方便，施工周期短。
八、產品先進、質量可靠、服務好
本設備完全按國際ISO9001：2000質量保證體系設計、生產、檢驗、服務；設備配置經過諸多生產廠家的篩選，具有可靠的質量保證。產品的關鍵零部件，如：電機、水泵、變頻器、可編程控制器、斷路器、繼電器等采用國際國內知名品牌。
售后服務：設備保修期為一年，保修期內正常使用，屬于質量問題造成的一切故障，我公司無償修復或更換。
自設備正常使用之日起，保修期內我公司派專人每三個月一次免費巡檢。
超出保修期以后，我公司永久性的對設備一年一次巡檢，確保設備百分百可靠；接到用戶維修電話后，售后服務人員將在第一時間趕赴現場進行維修。
本公司免費為客戶提供技術咨詢、應急操作。
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