高層建筑供水系統(tǒng)方案設(shè)計

鮑雙林

摘 要：近些年來，隨著中國經(jīng)濟的快速發(fā)展，城市規(guī)模包括人口都在不斷的擴大和增長，為了節(jié)約土地，城市里一棟棟的高樓大廈拔地而起。由于樓層的增加，隨之帶來的就是供水矛盾越來越凸顯，傳統(tǒng)的供水方式已經(jīng)滿足不了現(xiàn)代高層建筑智能化、節(jié)能化的要求，本文以恒壓變頻的供水方式來滿足現(xiàn)代高層建筑的供水。

關(guān)鍵詞：高層建筑；可編程控制器；變頻器；PID

中圖分類號：TU976.4 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）12-0155-01

1 設(shè)計任務(wù)

某小區(qū)，新建一棟普通居民建筑，該建筑為50層，層高3.2米，每層樓16戶，請為該棟建筑設(shè)計一套供水方案，保障整棟樓所有用戶的用水質(zhì)量。

2 設(shè)計方案選擇

（1）恒速泵直接供水方式。該種供水方式，系統(tǒng)形式簡單、造價最低，水泵從蓄水池中抽水加壓直接送往用戶，水泵的增減都依賴人工進行手工操作，自動化程度低，水泵對水壓變化不能做出及時正確的判斷，嚴重影響供水質(zhì)量和水壓，水泵整日不停運轉(zhuǎn)，影響水泵的使用壽命，耗電量大。（2）恒速泵加高位水箱的供水方式。該種供水方式是在建筑物的頂層設(shè)置水箱，高層建筑還可分層設(shè)立水箱。占地面積與設(shè)備投資都有所減少，但這對建筑物的造價與設(shè)計都有影響。由于水箱設(shè)置在樓頂，使得建筑頭重腳輕，建筑樓頂與樓底的水壓不均勻，同時水箱受建筑物的限制，容積不能過大，有時會影響供水質(zhì)量，水箱的水位監(jiān)控裝置也容易損壞。（3）變頻調(diào)速供水方式。根據(jù)用戶要求，先設(shè)定供水壓力值，然后通電運行，壓力傳感器監(jiān)測管網(wǎng)壓力，并轉(zhuǎn)為電信號送至可編程控制器或微機控制器，經(jīng)分析處理，將信號傳至變頻器來控制水泵運行，當(dāng)用水量增加時，其輸出的電壓及頻率升高，水泵轉(zhuǎn)速升高，出水量增加；當(dāng)水量減小時，水泵轉(zhuǎn)速降低，減少出水量，使管網(wǎng)壓力維持設(shè)定壓力值，在多臺泵運行時，逐機軟啟動，由變頻轉(zhuǎn)工頻至壓力流量滿足為止，實現(xiàn)了水泵的循環(huán)控制。當(dāng)夜間小流量運行時，可通過變頻水泵來維持工作，變頻供水泵可以停機保壓[1]。

經(jīng)過幾種方案的比較，本課題采用方案（3）。

3 本文研究的內(nèi)容

本設(shè)計為高層建筑供水系統(tǒng)，由于樓層較高，在一層用水泵給整棟樓供水，難以保障最高層用水壓力，而造成底層壓力過大，最高層壓力不夠的現(xiàn)象，另一方面，樓層太高，所選用的水泵揚程比較大，隨之電機功率就比較大，大型電機工作時，難免噪聲較大，影響周圍居民，為此，既要保證整棟樓的用水量，又不會產(chǎn)生過大的噪聲，本設(shè)計采用了兩級供水方式，第一級由四臺水泵和一臺變頻器組成，安裝在一樓泵房，第二級由兩臺泵和一臺變頻器組成，安裝在二十六樓，系統(tǒng)如圖1所示。整個系統(tǒng)主要由一臺PLC，兩臺變頻器分別是#1變頻器（PID調(diào)節(jié)功能）、#2變頻器（PID調(diào)節(jié)功能），壓力傳感器，六臺水泵組成。通過PLC控制兩臺變頻器和交流接觸器的斷開與閉合，實現(xiàn)管道壓力恒定，保障樓層供水質(zhì)量。

4 系統(tǒng)的組成

該系統(tǒng)設(shè)置兩級供水方式，主要由PLC、變頻器（PID調(diào)節(jié)）、泵組、壓力傳感器、管道系統(tǒng)等構(gòu)成。系統(tǒng)控制示意圖如圖2所示。

（1）供水控制系統(tǒng)。主要由交流變頻調(diào)速器、可編程控制器、外圍操作執(zhí)行機構(gòu)及保護電路、壓力傳感器等組成。（2）泵組。主要由四臺水泵（一級）和兩臺水泵（二級）構(gòu)成，該六臺水泵都按照“先啟先?！薄ⅰ皞溆米酝丁边\行，當(dāng)用水量小的時候，用一臺水泵變頻供水，保證供水壓力，當(dāng)用水量增大，第一臺水泵工頻運行，第二臺變頻運行，以此往上加泵，水泵數(shù)量隨著用戶用水壓力的變換自動增減水泵的投入數(shù)量，每臺水泵都可以實現(xiàn)變頻。

5 供水系統(tǒng)自動控制的工作原理

壓力傳感器將采集到的水壓信號通過輸入端口送入到變頻器自帶的PID調(diào)節(jié)器當(dāng)中，與此同時，變頻器根據(jù)PID調(diào)節(jié)器輸出的信號對水泵電機電源頻率進行調(diào)整，進而改變水泵的轉(zhuǎn)速，使得管道的水壓上升或者下降。在整個供水過程中，由PLC控制變頻器，實現(xiàn)水泵變頻、工頻的自由切換。系統(tǒng)正常運行時，管網(wǎng)上的壓力傳感器對用戶管道中的水壓進行數(shù)據(jù)采樣，并將壓力信號通過模數(shù)轉(zhuǎn)換為電信號，此信號輸入變頻器PID調(diào)節(jié)器中與原先設(shè)定的的壓力值進行比較計算，運算出當(dāng)時變頻器輸出頻率，進而控制此時水泵的轉(zhuǎn)速，達到恒壓的目的。在整個供水系統(tǒng)中，PLC對工頻泵的啟動、停止臺數(shù)進行控制，以及對變頻泵轉(zhuǎn)速進行實時的調(diào)節(jié)，最終使得管網(wǎng)中的水壓維持在預(yù)先設(shè)定的壓力值的附近。使供水泵組供給的水量同管網(wǎng)中隨時變化的用水量保持一致，達到“變量恒壓供水”的目的。

本方案選擇的變頻器中自帶PID調(diào)節(jié)器，這樣可以省去對可編程控制器存貯容量的要求和對PID算法的編程，而且在線調(diào)節(jié)PID參數(shù)也非常容易，這不但降低了生產(chǎn)成本，而且大大提高了生產(chǎn)效率。變頻器內(nèi)部自帶的PID調(diào)節(jié)器采用了優(yōu)化算法，所以使水壓的調(diào)節(jié)十分平滑，穩(wěn)定。

6 結(jié)語

采用此種供水方式，實時調(diào)整用水量，不僅保證了用水的壓力，避免了水的二次污染，而且結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，節(jié)約能源，是節(jié)約型社會中現(xiàn)代建筑不可缺少的一部分。

參考文獻

[1]李良仁.變頻調(diào)速技術(shù)與應(yīng)用（第3版）[M].北京：電子工業(yè)出版社，2015.