1、第第4章章 智能楼宇的给排水系统智能楼宇的给排水系统智能楼宇的给排水系统智能楼宇的给排水系统 l随着建筑业的发展,已成为给水排水中不可缺少而又独具特色的组成部分。 l城市的高层建筑越来越多，由市政水管网所提供的水压一般满足不了高层建筑给水的要求。市政给水管网常年提供的资用水头为0.40MPa，室内给水系统拟采用分区给水方式。初步拟定该建筑给水系统分二区：一至八层为低区，由市政管网直接供水；九层至设备层为高区，由直联无负压给水设备供水。l高层建筑的供水系统一旦不能正常工作，必将给人们的工作和生活带来麻烦，甚至造成巨大的损失。为此，设计一套安全、可靠、高质量的供水系统给高层建筑供水，具有现实意义。
2、4.1恒压变频供水系统恒压变频供水系统l以前通常采用恒速泵直接供水、高位水箱供水和气压水箱（如图4-1所示）供水几种方式来缓解，这些方法供水压力稳定，但存在水质污染、浪费严重，设备使用寿命不长，需派专人管理等弊端，近年来在供水系统中引入了变频调速技术，较好地解决了以上的问题。 变频调速恒压供水系统变频调速恒压供水系统优点l采用变频调速恒压供水系统和传统的恒速泵供水系统、高位水箱供水系统、气压水箱供水系统相比，其优点是:l(1 )水压稳定 、维护方便、占地面积小、节约能源;l(2) 起动平稳 ，起动电流可以限制在额定电流以内，从而避免了起动时对电网的冲击;l(3) 由于泵的平均转速降低了，从而可
3、以延长泵和阀的使用寿命;l(4) 可以消除起动和停止时的水锤效应(直接起动和停机时，液体动能的急剧变化，导致对管内的极大冲击，有很大的破坏力)。 4.1.1单变频器拖动多水泵电机的切单变频器拖动多水泵电机的切换控制换控制l通过安装在管网上的压力传感器，把水压转换成420mA的模拟信号，通过变频器内置的PID控制器，来改变电动水泵转速。当用户用水量增大，管网压力低于设定压力时，变频调速的输出频率将增大，水泵转速提高，供水量加大，当达到设定压力时，电动水泵的转速不在变化，使管网压力恒定在设定压力上；反之亦然。4.2. 变频恒压供水系统的参数选取变频恒压供水系统的参数选取l（1）、合理选取压力控制参
4、数，实现系统低能耗恒压供水。这个目的的实现关键就在于压力控制参数的选取，通常管网压力控制点的选择有两个：一个就是管网最不利点恒压控制，另一个就是泵出口压力恒压控制。 l（2）、变频器在投入运行后的调试是保证系统达到最佳运行状态的必要手段。变频器根据负载的转动惯量的大小，在启动和停止电机时所需的时间不同，设定时间过长会导致变频器在调速运行时使系统变得调节缓慢，反应迟滞，应变能力差，系统易处在短期不稳定状态中。 4.3 采用可编程序控制器控制采用可编程序控制器控制 l目前自动恒压供水系统应用的电动机调速装置均采用交流变频技术，而系统的控制装置采用PLC控制器，因PLC不仅可实现泵组、阀门的逻辑控制
5、，并可完成系统的数字PID调节功能，可对系统中的各种运行参数、控制点的实时监控，并完成系统运行工况的CRT画面显示、故障报警及打印报表等功能。自动恒压供水系统具有标准的通讯接口，可与城市供水系统的上位机联网，实现城区供水系统的优化控制，为城市供水系统提供了现代化的调度、管理、监控及经济运行的手段。 恒压供水控制系统的基本控制策略l恒压供水控制系统的基本控制策略是：采用电动机调速装置与可编程控制器（PLC）构成控制系统，进行优化控制泵组的调速运行，并自动调整泵组的运行台数，完成供水压力的闭环控制，在管网流量变化时达到稳定供水压力和节约电能的目的。系统的控制目标是泵站总管的出水压力，系统设定的给水
6、压力值与反馈的总管压力实际值进行比较，其差值输入CPU运算处理后，发出控制指令，控制泵电动机的投运台数和运行变量泵电动机的转速，从而达到给水总管压力稳定在设定的压力值上。4.3.1运行特征运行特征l以四台水泵的恒压供水系统为例，系统在自动运行方式下，可编程控制器控制变频器、软启动1泵，此时1泵进入变频运行状态，其转速逐渐升高，当供水量Q1/3Qmax时（Qmax为四台水泵全部工频运行时的最大流量），可编程控制器CPU根据供水量的变化自动调节1泵的运行转速，以保证所需的供水压力。当用水量Q在1/3QmaxQ2/3Qmax之间时，1泵已不能满足用户所需的用水量，这时可编程控制器发出指令将1泵转为工
7、频运行，并软启动2泵，使2#泵进入变频运行工况。 4.3.2 系统方案系统方案l目前，住宅小区变频恒压供水系统设计方案主要采用“一台变频器控制一台水泵”（即“一拖一”）的单泵控制系统和“一台变频器控制多台水泵”（即“一拖N”）的多泵控制系统。随着经济的发展，现在也有采用“二拖三”、“二拖四”、“三拖五”的发展趋势。“一拖N”方案虽然节能但效果略差，但独有投资节省，运行效率高的优势；具有变频供水系统启动平稳，对电网冲击小，降低水泵平均转速，消除“水锤效应”，延长水泵阀门、管道寿命，节约能源等优点，因此目前仍被普遍采用。 4.3.3 “一拖一拖N”多泵系统的一般控制多泵系统的一般控制要求要求 l（
8、1）多泵循环运行程序控制l以“一拖三”为例：先由变频器启动1水泵运行，若工作频率已达到变频器的上限值50Hz而压力仍低于规定值时，将1水泵切换成工频运行，此时变频器的输出频率迅速下降为0，然后启动2#水泵，供水系统处于“1工1变”的动行状态；若变频器再次达到上限值时50Hz而压力低于规定值时，将2水泵也切换成工频运行，再由变频器去启动3水泵，供水系统处于“2工1变”的运行状态。反之，若变频器工作频率已下降至下限值（一般设定为2535Hz）而压力仍高于规定值时，令1水泵停机，供水系统又处于“1工1变”的运行状态；若变频器工作频率又降至下限值时而压力仍高于规定值时，令2水泵停机，系统回复到一台水泵
9、变频运行状态。如此循环不已。 （2）设置换机间隙时间）设置换机间隙时间l当水泵电机由变频切换至工频电网运行时，必须延时几秒进行定速运行后接触器才能自动合闸，以防止操作过电压；而当水泵电机由工频切换至变频器供电运行时，也必须延时几秒后接触器再闭合，以防止电动机高速运转产生的感应电动势损坏变频器。延时时间根据水泵电机的功率而定：功率越大，时间越长，一般取值23秒。（3）确保触点相互联锁）确保触点相互联锁l在电路设计和PLC(可编程控制器)程序设计中，控制每台水泵“工频变频”切换的两台接触器的辅助触点或者PLC内部“软触点”必须相互联锁，以保证可靠切换，防止变频器UVW输出端与工频电源发生短路而损坏
10、。为杜绝切换时接触器主触点意外熔焊、辅助触点误动作而损坏变频器的事故，最好采用两台连体、机械和电气双重连锁的接触器，如德力西公司的CJX2-N型联锁接触器等。 （4）水泵轮换启动控制）水泵轮换启动控制l可以自由设置水泵启动顺序：可设置成1水泵先启动，也可设置2#、3或N#水泵先启动。所有水泵平均使用，能有效防止个别水泵可能长期不用时发生的锈死现象。l（5）设置定时换机时间l在水泵群中，定时切换运行时间最长的水泵，以保证所有水泵的均衡使用。（6）变频器或）变频器或PLC带有带有PID调节器调节器lPID（比例积分微分）调节器的积分环节I（即积分时间）调整应合理：时间太短，则系统动态相应快，反应灵
11、敏，但易产生振荡，水泵来回切换；时间太长，则当压力发生急剧变化时，系统反应过慢，容易产生压力过高，导致管道爆裂。4.4高层建筑给水排水工程高层建筑给水排水工程l高层建筑给水排水工程与一般多层建筑和低层建筑给水排水工程相比，基本理论和计算方法在某些方面是相同的，但因高层建筑层数多、建筑高度大、建筑功能广、建筑结构复杂，以及所受外界条件的限制等，高层建筑给水排水工程无论是在技术深度上，还是广度上，都超过了低层建筑物的给水排水工程的范畴，并且有以下一些特点高层建筑给水排水设备的使用人数多，瞬时的给水量和排水流量靠的水源，以及经济合理的给水排水系统形式，并妥善处理排水管道的通气问题，以保证供水安全可靠
12、、排水通畅和维护管理方便。 4.4.1高层建筑生活给水高层建筑生活给水 l对适用于高层建筑的生活给水设计秒流量计算方法的研究，一直不断地在进行。经验法，概率法，平方根法等计算方法不断地被修正和改进。用科学的概率法取代现在仍在使用的平方根法，研究人员在此方面进行了不少尝试。4.4.2高层建筑消防给水高层建筑消防给水l因为高层建筑的消防特点是“立足于自救”，因而自动喷水灭火系统的设计更加受到重视，新的自动喷水灭火系统设计规范己于2001年7月颁布执行。新的规范对设置场所危险等级、设计基本参数、管道水力计算等方面都作出了一些调整。这些调整都是注入了广大设计人员近年来工作研究实践得出的宝贵经验，以及借
13、签了国外工程设计经验的结果。4.4.3室内给水工程室内给水工程l由于高层建筑对消防给水的安全可靠性能要求严格，故高层建筑应独立设计生活给水系统、消防给水系统。高层建筑，若只采用一个给水系统供水，建筑低层的配水点所受的静水压力很大，易产生水锤，损坏管道及附件，流速过大产生水流噪音；低层压力过大，开启水龙头时，水流喷溅严重；使用不便，根据建筑给排水设计手册上卫生器具的最大静水压力不得超过0.35MPa。因此高层建筑给水系统必须分区。 4.4.4室内消防工程给水室内消防工程给水l消防给水系统按消防给水系统的给水方式不同可分为消火栓 给水系统和自动喷水灭火系统。目前，在我国100米以下的高层建筑中自动
14、喷水灭火系统主要应用于消防要求高、火灾危险性大的场所；100米以上的高层由于火灾隐患多，火灾蔓延快，人员疏散、火灾扑救难度大，需要设置自动喷水灭火系统；100米以下的建筑主要以消火栓给水系统为主。 4.4.5高层建筑排水高层建筑排水l智能化楼宇的卫生条件要求较高，其排水系统必须通畅，保证水封不受破坏。有的建筑采用粪便污水与生活废水分流，避免水流干扰，改善卫生条件。l智能化楼宇一般都建有地下室，有的深入地面下23层或更深些，地下室的污水常不能以重力排除，在此情况下，污水集中于污水集水井，然后以排水泵将污水提升至室外排水管中。污水泵应为自动控制，保证排水安全。4.4.6 排污系统的监控和处理排污系统的监控和处理l对智能楼宇或小区内的排污系统需要进行监控和处理（如图4-5所示），具体的有关排水系统监控点：l地下集水井超高、低液位报警(DI) l排/污水泵开/关控制(DO)、开/关状态(DI)l手动/自动状态及故障报警(DI)对排水系统实现的监控功能包括：对排水系统实现的监控功能包括：l监测潜水泵运行状态、故障报警、手/自动转换状态，并记录运行时间。l潜污泵启停控制。集水井超高液位报警：高液位时，启动水泵；集水井低液位时停止水泵。
