遵义市供水有限责任公司贵州遵义563000
摘要：变频水泵二次供水技术具有无水箱二次污染、能耗低等特点，但二次供水变频水泵却存在能耗高、低效运行的问题，因此，在实际工作中，要对引起二次供水变频水泵低效运行的主要原因进行认真的分析，并制定相应的对策，从而有效地降低二次供水变频水泵的能耗。
关键词：二次供水变频；水泵低效运行
供水企业是利用给水管网进行供水的，而管网自由水压的大小是由供水范围确定的，当管网供水压力比较小时，不仅能有效地降低供水企业的运行成本，还能避免管网漏水、管道爆炸等安全事故的发生，但管网供水压力比较小也容易引起建筑高区用水需二次加压供水的现象，随着城市的快速发展，城市二次供水的模式也越来越大，二次供水的能耗也越来越多，因此，如何减少二次供水的能耗成为当前思考的重要问题。
1.二次加压供水的方式
对于二次加压供水方式，主要有水池—水泵—水箱供水方式、气压（配恒速泵）给水方式、变频水泵供水方式等三种模式。
1.1水池－水泵－水箱供水方式
此种供水方式的主要设备是恒速水泵和高位水箱，其主要优点是：①充分利用水箱的恒压和调节作用，使恒速水泵任何时间都运行在一个高效率的工况点上；②利用水箱的调节作用可缓解城市用水高峰时水量的供需矛盾。水泵—高位水箱联合供水是一种高效节能的供水方式，但水泵—高位水箱联合供水存在水箱中的水容易被污染缺点。随着人们生活水平的提高，人们对水质的要求也日益提高，采用水箱调节的二次供水方式由于存在二次污染的问题而不受欢迎。
1.2气压给水方式
此种供水方式的主要设备是恒速水泵、气压罐和控制器件。气压给水是根据波义尔－马略特定律的原理，在水泵运行或非运行时间均能自动、连续地向给水系统供水，具有水塔和高位水箱维持压力的功能。气压给水设备在国外采用较早，尤其在美国、日本、加拿大、德国等发达国家早己被广泛应用，我国于上世纪80年代开始推广。气压给水具有灵活机动、水质不易受二次污染等优点，但存在运行费用高的突出矛盾，这主要是由于气压水罐调节容积小，水泵启停频繁，启动电流大，且水泵处于在最低工作压力P1与最高工作压力P2之间变压运行，不能保持在最佳高效点工作，平均效率低，而且超过最低工作压力P1以上的压力差值属于能量的额外消耗。
1.3变频水泵供水方式
变频水泵供水技术得益于计算机、自动控制、PLC技术的发展，可根据用水的变化自动调整水泵的转速来满足用户水量、水压的需要，相比恒速水泵直接供水具有“节能”的优势。变频水泵供水技术因具有“节能”和无水箱调节的“二次污染”问题而得到逐步推广应用，并在普通变频恒压供水技术的基础上，发展了管网叠压变频供水术，充分利用了市政管网的余压，具有更节能的优点。日本、美国、西欧等国家在上世纪80年代就开始推广应用变频供水技术，其管网叠压供水技术在20世纪90年代末期得到普遍应用。我国变频供水技术在20世纪90年代中期开始推广应用，21世纪初得到快速的推广应用和发展。目前，我国大多数二次加压供水项目普遍采用变频驱动水泵加压供水或管网叠压变频供水。
2.二次供水变频水泵低效运行的原因
2.1水泵选择不合理
从理论上看，变频驱动水泵二次供水系统的水泵其能耗应该比较小，但在实际应用中发现，变频供水系统的能耗很高，甚至比水泵-水箱联合供水方式能耗的2倍都高，这说明变频驱动供水系统并不节能。变频水泵供水技术虽然在我国建筑二次供水中的应用时间比较长，但很多技术人员对变频供水系统的认识还不全面，错误的认为采用变频技术就是减少能耗，在进行二次供水设计时，随意的选择水泵，从而导致水泵选择不合理，这就对二次供水变频水泵运行效率造成很大的影响。在供水系统设计选择水泵时，设计人员经常会按照供水系统最大设计流量进行组合，而在工程上有“一用一备、二用一备、三用一备、四用一备”等情况，流量匹配有“25％+25％+25％+25％、10％+30％+30％+30％、40％+40％+40％、50％+50％”等情况，设计人员在设计过程中选择比较广泛，审查人员很难判断其泵组设计选配是否合理。
2.2控制模式不合理
对于变频调速水泵，其控制模式有变压控制和恒压控制两种情况，其中变压控制是根据水泵出口处的流量计和压力传感器，分析管网用水实际需求，然后对水泵的转速进行调整，从而满足用户的用水需求；恒压控制是在管网末端或者水泵出口处安装压力传感器，然后设定一个恒定的水压，对电机转速、水泵转速、运行水泵的数量等进行调整，从而满足用户用水需求，根据压力传感器的安装位置，可以将恒压控制分为管网末端压力恒定控制和水泵出口压力恒定控制两种情况。在确定变频调速水泵控制模式时，设计人员经常会忽略水泵效率调速极限及管网水力特性，从而造成能耗浪费，如用水量小于最大设计流量时，管网实际需求压力必然小于供水压力，这时多余的水头压力就会造成浪费。
2.3系统规模过小至使效率低下
水泵存在着同一类型泵的效率随设计流量增加而增加的特性。二次供水多用于小区及高层楼宇，这种情况下供水规模都不大，且分区后大多数变频供水系统中单台水泵流量较小，大多不超过5T/h，此类小型水泵效一般在60%以下，至使能耗过高。
2.4没有充分认识到变频供水设备长期处于低频运行以及水泵在低频运行时效率进一步降低甚至不出水的情况。
在设计中大多按时变化系数2.8进行设计，一般按平均小时流量选择单台水泵的流量，但实际上一天24小时中更多的时间用水量是低于平均小时流量的，此时水泵是外于低频状态运行，在这种状态下水泵的效率会进一步降低。同时很多供水系统为降低成本，采用一台变频器带多台水泵。当在一台水泵为工频运行，需启动另一台水泵时，新启动的水泵在低于某个频率时是没能泵出水的，这段时间都在做无用功。采用一拖一，即一台变频器带一台水泵的方式能有效改善这一状况。
3.提高二次供水变频水泵运行效率的措施
3.1建立用水负荷模型
在变频驱动供水技术方面，国内外很多学者已经有了深入的研究，但对二次供水用户用水量、用水规模等方面的研究还比较少，因此，要加大对用户用水特性的研究力度。由于变频供水泵的选配对其运行效率有直接影响，而用户用水量、用水变化规律、用水规模等对变频供水泵的选配有很大的影响，因此，在进行二次供水设计时，要针对用户用水量、用水变化规律、用水规模等进行详细调查研究，并建立相应的用水负荷模型，从而为变频供水泵的选配提供依据。
3.2开发新型控制系统
对控制系统不合理引起的变频水泵低效运行现象，首先要改变水泵出口压力恒定低效控制模式，其控制方式改变成水泵出口变压变流量控制，并将变频水泵组控制模式改变成单变频控制方式，从而提高变频水泵高效运行范围。在确定二次供水变频水泵控制方式时，要对水泵效率调速极限因素进行分析，从而为水泵全流量效率运行提供保障。对于管网变化因素多、用水变化大的建筑二次供水，要对水泵效率调速极限、管网特性、控制策略等进行全面分析，推行控制系统的工程化应用，从而确保二次供水变频水泵的高效运行。
3.3优化设计
充分认识不同供水规模的用水量变化特点，以及水泵在变频运行的时的特殊工况。一般用水规模小时，时变化系数较大，因此在设计中尽量避免出现供水规模过小的情况。这方面可将多个小泵站合并成一个大泵站，以便采用流量大，效率高的水泵。同时在分区供水时，可采用串联供水方式，以提高低区加压泵的效率。
4.结语
二次供水变频水泵低效运行的原因是多方面的，其主要原因，一是在设计层面上，由于难以把握实际用水的变化，而对诸多较模糊的设计参数随意主观确定，从而影响泵组选配的合理性，导致水泵长期运行在非高效段，导致能耗损失；二是由于忽略管网水力特性变化的复杂性，而采用了不合理的控制模式，因而没有完全发挥变频技术的效能，导致能耗损失。
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