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摘 要：随着我国经济的快速发展，二次加压给水设备遍布大江南北，是民生工程的基础设施。经过半个世纪的发展，二次加压给水设备由高位水箱供水逐步转变为气压水罐供水和变频供水两种方式。随着技术的发展，现阶段，基本由微机变频自动加压给水与无负压（叠压）变频给水这两种供水型式主导着二次给水产品市场。经过近几年的运行效果来看，变频恒压给水模式是不经济的，存在着许多弊端。下面，笔者就现阶段二次加压给水设备的现状进行以下分析，找出运行过程中存在的具体问题。
关键词：给水设备 蓄能给水 补气止气装置 变频一对一控制 PLC智能控制 无功损耗 提高功效
中图分类号：TU991 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）01（a）-0072-02
随着我国经济的快速发展，二次加压供水的应用与管理有了新的理念和发展，政府对民生工程规范和标准也有了新的提高，对于二次加压供水设备安全可靠、稳定运行要求也更加严格。
1 变频给水模式能源浪费惊人，并存在诸多弊端
（1）用一台变频器与多台接触器、继电器、给水控制器来控制设备运转，接触器、继电器通断频率高，极易出现故障。虽然这种类型的供水方式的一次性投资相对低一些，但对长期稳定运行却存在安全隐患，且运行维护费用高。
（2）变频供水方式耗电量大。每次启动都由大功率水泵启动运转，无功损耗很大。尤其是在夜间，用水量极少的时候，设备为保证所有用户的静水压力，水泵需要不间断运转，耗电是非常惊人的，存在很大的改进空间。
2 变频给水设备与无负压给水的运行弊端的分析
举例说明：若某加压泵站的运行方式为两台11 kW的水泵恒压供水（一用一备），水泵流量Q=30 m/h，H=64 m，两台控制柜按照现阶段变频给水设备与无负压给水设备运行存在如下问题。
2.1 用一台变频器控制整套给水设备全部水泵所存在的问题
用一台变频器控制多台水泵运转，接触器、继电器通断频率高，极易造成接触器、继电器触点的粘连与损坏。接触器粘连，控制回路就容易对变频器反送电，烧毁变频器。并且，变频器24 h连续不停的工作，对模块、功率管、散热风扇的使用寿命都有较大影响。
2.2 备用设备锈蚀问题
大多泵站均设有备用水泵与备用控制柜，经过长年的闲置，大部分的供水泵房受环境条件（通风条件差、空气湿度高等）的影响，导致备用系统瘫痪，形同虚设。倘若主机由于出现故障而造成停用，备用设备因长期闲置而存在一定的故障不能及时启动，就容易导致供水停滞，造成供水瘫痪的事故发生。
2.3 无功损耗问题
由于大多建筑全天的用水量是波动不定的。但不管用水量多大，只要欠压，均需这台11 kW的水泵运转来保证管网中的压力。在用水低谷时段，用大功率的水泵连续保压运转，即使是电机降频工作，也是需要付出电能的。
3 通过新技术开发的应用，解决给水设备弊端的方案
采用多台变频器一对一对水泵进行控制，用多台小功率水泵代替大功率水泵，并采取互为备用、故障互投的运行方式，同时设置气压水罐（蓄能罐），利用波义耳定律，气体可压缩可膨胀的原理，增大给水弹性（调节水量）。下面就用上文的举例来阐述如何解决上述问题。
即某加压泵站的运行方式为两台11 kW的水泵恒压供水（一用一备），其一天的耗电量为：11 kW×24 h×80%效率=211 kW·h。
解决方案：
（1）通过采用3台5.5 kW的水泵互为备用、故障互投，每台水泵配置独立的控制变频器，补充工作，利用小泵代替大泵。
（2）设置蓄能罐（在蓄能罐中设置补气、止气装置，有效控制设备在停水停电的时候保证蓄能罐中的压缩气体不外泄），利用波义耳定律，气体可膨胀可压缩的物理现象，将水泵运转时的富余供水能力储存到蓄能罐稳压调节水罐中。蓄水充足后，水泵便会停歇休息，由蓄能罐中的蓄水供应居民的低谷小流量用水……虽然这样的改变增大了一次性投资成本，但其大量节约用电量、低维修率，使其达到物有所值，一劳永逸。
该套设备的这两种技术改变所达到的节能效果如下。
（1）蓄能罐的设置。在用户用水量较少（尤其在夜间的这一时间段，用户的用水量更是极少）的情况下利用蓄能罐内的调节水量进行供水。而没有设置蓄能罐的设备为了保持系统管网中的压力，水泵仍需不间断的工作，无功损耗非常严重。
①通过实际调查显示：冬天的夜间低谷供水时间段在晚20：00至次日5：30、夏天低谷供水时间段在22：00至次日5：30，平均夜间低谷供水时间在7.5 h左右，这一时间段设备的无功消耗尤为严重。
我们利用单台5.5 kW的水泵在5 min内可向蓄能罐内蓄水400 L，若两台水泵分别运行6次，可补充4 800 L，即4.8 t的水，可满足500户左右居民在此时间段的供水需求。即两台水泵各自运行30 min，这样在夜间时间段水泵即可休眠7 h左右，所耗电量为：5.5 kW×2台×0.5 h=5.5°。
②采用小功率多台水泵补充工作方式：白天有3个用水高峰，早晨在2 h左右，中午1 h左右，晚上3 h左右，也就是一天的用水高峰在6 h左右，在这段时间用两台5.5 kW的水泵同时运转，耗电量在：5.5 kW×2台×6 h×80%=52.8°，減去夜间时间段和用水高峰时间段还剩下10.5 h的用水平流阶段，这一时间段用一台5.5 kW的水泵足以满足供水要求，其耗电量：5.5×10.5×80%=46.2°。
合计一天的耗电量为：5.5°+52.8°+46.2°=104.5°，节电量为：211-104.5=106.5 kW·h。这样看来，其节省效果相比原来的耗电量节约在50%以上。
这种运行方式在用水低谷以及用水平流时段的节能效果尤为突出。以上控制技术方式仅仅考虑的是夜间用水，而白天上午和下午也有很长时间处于低谷用水量的情况，也同样采取蓄能罐控制方式，算上这个时间段的节能情况，将会节省更多的电能和设备的损耗。
（2）采用PLC智能控制多台变频器调压给水，不仅节省大量的能源，对设备的使用寿命也有很大提高。
二次加压给水设备采用变频连续工作，不论变频效果好与差，都存在严重的无功损耗问题。楼层越高，无功损耗问题越严重。另外，在控制技术上也存在弊端，维修率居高不下，经常因接触器、继电器粘连、损坏，备用设备常年闲置，导致不能正常工作，系统瘫痪，形同虚设，导致供水停滞。
丹东川宇消防工程有限公司研发的PLC智能控制多台变频器调压给水设备，采用变频器、水泵一对一控制。增设蓄能罐，对补气、补水采取分别控制，缺气补气，缺水补水。同时蓄能罐还在供水系统中起到弹性缓冲作用，水泵工作时产生的水锤破坏得到了有效抑制，大大降低了水锤对管网系统的破坏。
4 结语
科技就是生产力，通过实践证明，我们采取高科技手段，利用国家专利技术，不仅节约大量能源，同时对设备的使用寿命和利用率都有很大的提高，对二次加压给水设备的技术有了新的发展。采用网络电子通讯技术，提高管理技能，足不出户，就可以通过电脑全面掌握设备运行的全过程，并能翻阅，打印历史记录。
该技术已获得国家发明专利，并可应用到消防给水设备（同时也获得了国家发明专利）上，并通过国家固定灭火系统和耐火构件质量监督检验中心的设备认证。
参考文献
[1] 黄伟乐.建筑给水节能新技术实际应用研究[D].华南理工大学，2013.
[2] 毕智华.蓄能式脉冲水射流消防水枪研究[D].北京林业大学，2014.
关键词：给水设备 蓄能给水 补气止气装置 变频一对一控制 PLC智能控制 无功损耗 提高功效
中图分类号：TU991 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）01（a）-0072-02
随着我国经济的快速发展，二次加压供水的应用与管理有了新的理念和发展，政府对民生工程规范和标准也有了新的提高，对于二次加压供水设备安全可靠、稳定运行要求也更加严格。
1 变频给水模式能源浪费惊人，并存在诸多弊端
（1）用一台变频器与多台接触器、继电器、给水控制器来控制设备运转，接触器、继电器通断频率高，极易出现故障。虽然这种类型的供水方式的一次性投资相对低一些，但对长期稳定运行却存在安全隐患，且运行维护费用高。
（2）变频供水方式耗电量大。每次启动都由大功率水泵启动运转，无功损耗很大。尤其是在夜间，用水量极少的时候，设备为保证所有用户的静水压力，水泵需要不间断运转，耗电是非常惊人的，存在很大的改进空间。
2 变频给水设备与无负压给水的运行弊端的分析
举例说明：若某加压泵站的运行方式为两台11 kW的水泵恒压供水（一用一备），水泵流量Q=30 m/h，H=64 m，两台控制柜按照现阶段变频给水设备与无负压给水设备运行存在如下问题。
2.1 用一台变频器控制整套给水设备全部水泵所存在的问题
用一台变频器控制多台水泵运转，接触器、继电器通断频率高，极易造成接触器、继电器触点的粘连与损坏。接触器粘连，控制回路就容易对变频器反送电，烧毁变频器。并且，变频器24 h连续不停的工作，对模块、功率管、散热风扇的使用寿命都有较大影响。
2.2 备用设备锈蚀问题
大多泵站均设有备用水泵与备用控制柜，经过长年的闲置，大部分的供水泵房受环境条件（通风条件差、空气湿度高等）的影响，导致备用系统瘫痪，形同虚设。倘若主机由于出现故障而造成停用，备用设备因长期闲置而存在一定的故障不能及时启动，就容易导致供水停滞，造成供水瘫痪的事故发生。
2.3 无功损耗问题
由于大多建筑全天的用水量是波动不定的。但不管用水量多大，只要欠压，均需这台11 kW的水泵运转来保证管网中的压力。在用水低谷时段，用大功率的水泵连续保压运转，即使是电机降频工作，也是需要付出电能的。
3 通过新技术开发的应用，解决给水设备弊端的方案
采用多台变频器一对一对水泵进行控制，用多台小功率水泵代替大功率水泵，并采取互为备用、故障互投的运行方式，同时设置气压水罐（蓄能罐），利用波义耳定律，气体可压缩可膨胀的原理，增大给水弹性（调节水量）。下面就用上文的举例来阐述如何解决上述问题。
即某加压泵站的运行方式为两台11 kW的水泵恒压供水（一用一备），其一天的耗电量为：11 kW×24 h×80%效率=211 kW·h。
解决方案：
（1）通过采用3台5.5 kW的水泵互为备用、故障互投，每台水泵配置独立的控制变频器，补充工作，利用小泵代替大泵。
（2）设置蓄能罐（在蓄能罐中设置补气、止气装置，有效控制设备在停水停电的时候保证蓄能罐中的压缩气体不外泄），利用波义耳定律，气体可膨胀可压缩的物理现象，将水泵运转时的富余供水能力储存到蓄能罐稳压调节水罐中。蓄水充足后，水泵便会停歇休息，由蓄能罐中的蓄水供应居民的低谷小流量用水……虽然这样的改变增大了一次性投资成本，但其大量节约用电量、低维修率，使其达到物有所值，一劳永逸。
该套设备的这两种技术改变所达到的节能效果如下。
（1）蓄能罐的设置。在用户用水量较少（尤其在夜间的这一时间段，用户的用水量更是极少）的情况下利用蓄能罐内的调节水量进行供水。而没有设置蓄能罐的设备为了保持系统管网中的压力，水泵仍需不间断的工作，无功损耗非常严重。
①通过实际调查显示：冬天的夜间低谷供水时间段在晚20：00至次日5：30、夏天低谷供水时间段在22：00至次日5：30，平均夜间低谷供水时间在7.5 h左右，这一时间段设备的无功消耗尤为严重。
我们利用单台5.5 kW的水泵在5 min内可向蓄能罐内蓄水400 L，若两台水泵分别运行6次，可补充4 800 L，即4.8 t的水，可满足500户左右居民在此时间段的供水需求。即两台水泵各自运行30 min，这样在夜间时间段水泵即可休眠7 h左右，所耗电量为：5.5 kW×2台×0.5 h=5.5°。
②采用小功率多台水泵补充工作方式：白天有3个用水高峰，早晨在2 h左右，中午1 h左右，晚上3 h左右，也就是一天的用水高峰在6 h左右，在这段时间用两台5.5 kW的水泵同时运转，耗电量在：5.5 kW×2台×6 h×80%=52.8°，減去夜间时间段和用水高峰时间段还剩下10.5 h的用水平流阶段，这一时间段用一台5.5 kW的水泵足以满足供水要求，其耗电量：5.5×10.5×80%=46.2°。
合计一天的耗电量为：5.5°+52.8°+46.2°=104.5°，节电量为：211-104.5=106.5 kW·h。这样看来，其节省效果相比原来的耗电量节约在50%以上。
这种运行方式在用水低谷以及用水平流时段的节能效果尤为突出。以上控制技术方式仅仅考虑的是夜间用水，而白天上午和下午也有很长时间处于低谷用水量的情况，也同样采取蓄能罐控制方式，算上这个时间段的节能情况，将会节省更多的电能和设备的损耗。
（2）采用PLC智能控制多台变频器调压给水，不仅节省大量的能源，对设备的使用寿命也有很大提高。
二次加压给水设备采用变频连续工作，不论变频效果好与差，都存在严重的无功损耗问题。楼层越高，无功损耗问题越严重。另外，在控制技术上也存在弊端，维修率居高不下，经常因接触器、继电器粘连、损坏，备用设备常年闲置，导致不能正常工作，系统瘫痪，形同虚设，导致供水停滞。
丹东川宇消防工程有限公司研发的PLC智能控制多台变频器调压给水设备，采用变频器、水泵一对一控制。增设蓄能罐，对补气、补水采取分别控制，缺气补气，缺水补水。同时蓄能罐还在供水系统中起到弹性缓冲作用，水泵工作时产生的水锤破坏得到了有效抑制，大大降低了水锤对管网系统的破坏。
4 结语
科技就是生产力，通过实践证明，我们采取高科技手段，利用国家专利技术，不仅节约大量能源，同时对设备的使用寿命和利用率都有很大的提高，对二次加压给水设备的技术有了新的发展。采用网络电子通讯技术，提高管理技能，足不出户，就可以通过电脑全面掌握设备运行的全过程，并能翻阅，打印历史记录。
该技术已获得国家发明专利，并可应用到消防给水设备（同时也获得了国家发明专利）上，并通过国家固定灭火系统和耐火构件质量监督检验中心的设备认证。
参考文献
[1] 黄伟乐.建筑给水节能新技术实际应用研究[D].华南理工大学，2013.
[2] 毕智华.蓄能式脉冲水射流消防水枪研究[D].北京林业大学，2014.