高层建筑供水系统方案设计

鲍双林

摘 要：近些年来，随着中国经济的快速发展，城市规模包括人口都在不断的扩大和增长，为了节约土地，城市里一栋栋的高楼大厦拔地而起。由于楼层的增加，随之带来的就是供水矛盾越来越凸显，传统的供水方式已经满足不了现代高层建筑智能化、节能化的要求，本文以恒压变频的供水方式来满足现代高层建筑的供水。

关键词：高层建筑；可编程控制器；变频器；PID

中图分类号：TU976.4 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）12-0155-01

1 设计任务

某小区，新建一栋普通居民建筑，该建筑为50层，层高3.2米，每层楼16户，请为该栋建筑设计一套供水方案，保障整栋楼所有用户的用水质量。

2 设计方案选择

（1）恒速泵直接供水方式。该种供水方式，系统形式简单、造价最低，水泵从蓄水池中抽水加压直接送往用户，水泵的增减都依赖人工进行手工操作，自动化程度低，水泵对水压变化不能做出及时正确的判断，严重影响供水质量和水压，水泵整日不停运转，影响水泵的使用寿命，耗电量大。（2）恒速泵加高位水箱的供水方式。该种供水方式是在建筑物的顶层设置水箱，高层建筑还可分层设立水箱。占地面积与设备投资都有所减少，但这对建筑物的造价与设计都有影响。由于水箱设置在楼顶，使得建筑头重脚轻，建筑楼顶与楼底的水压不均匀，同时水箱受建筑物的限制，容积不能过大，有时会影响供水质量，水箱的水位监控装置也容易损坏。（3）变频调速供水方式。根据用户要求，先设定供水压力值，然后通电运行，压力传感器监测管网压力，并转为电信号送至可编程控制器或微機控制器，经分析处理，将信号传至变频器来控制水泵运行，当用水量增加时，其输出的电压及频率升高，水泵转速升高，出水量增加；当水量减小时，水泵转速降低，减少出水量，使管网压力维持设定压力值，在多台泵运行时，逐机软启动，由变频转工频至压力流量满足为止，实现了水泵的循环控制。当夜间小流量运行时，可通过变频水泵来维持工作，变频供水泵可以停机保压[1]。

经过几种方案的比较，本课题采用方案（3）。

3 本文研究的内容

本设计为高层建筑供水系统，由于楼层较高，在一层用水泵给整栋楼供水，难以保障最高层用水压力，而造成底层压力过大，最高层压力不够的现象，另一方面，楼层太高，所选用的水泵扬程比较大，随之电机功率就比较大，大型电机工作时，难免噪声较大，影响周围居民，为此，既要保证整栋楼的用水量，又不会产生过大的噪声，本设计采用了两级供水方式，第一级由四台水泵和一台变频器组成，安装在一楼泵房，第二级由两台泵和一台变频器组成，安装在二十六楼，系统如图1所示。整个系统主要由一台PLC，两台变频器分别是#1变频器（PID调节功能）、#2变频器（PID调节功能），压力传感器，六台水泵组成。通过PLC控制两台变频器和交流接触器的断开与闭合，实现管道压力恒定，保障楼层供水质量。

4 系统的组成

该系统设置两级供水方式，主要由PLC、变频器（PID调节）、泵组、压力传感器、管道系统等构成。系统控制示意图如图2所示。

（1）供水控制系统。主要由交流变频调速器、可编程控制器、外围操作执行机构及保护电路、压力传感器等组成。（2）泵组。主要由四台水泵（一级）和两台水泵（二级）构成，该六台水泵都按照“先启先停”、“备用自投”运行，当用水量小的时候，用一台水泵变频供水，保证供水压力，当用水量增大，第一台水泵工频运行，第二台变频运行，以此往上加泵，水泵数量随着用户用水压力的变换自动增减水泵的投入数量，每台水泵都可以实现变频。

5 供水系统自动控制的工作原理

压力传感器将采集到的水压信号通过输入端口送入到变频器自带的PID调节器当中，与此同时，变频器根据PID调节器输出的信号对水泵电机电源频率进行调整，进而改变水泵的转速，使得管道的水压上升或者下降。在整个供水过程中，由PLC控制变频器，实现水泵变频、工频的自由切换。系统正常运行时，管网上的压力传感器对用户管道中的水压进行数据采样，并将压力信号通过模数转换为电信号，此信号输入变频器PID调节器中与原先设定的的压力值进行比较计算，运算出当时变频器输出频率，进而控制此时水泵的转速，达到恒压的目的。在整个供水系统中，PLC对工频泵的启动、停止台数进行控制，以及对变频泵转速进行实时的调节，最终使得管网中的水压维持在预先设定的压力值的附近。使供水泵组供给的水量同管网中随时变化的用水量保持一致，达到“变量恒压供水”的目的。

本方案选择的变频器中自带PID调节器，这样可以省去对可编程控制器存贮容量的要求和对PID算法的编程，而且在线调节PID参数也非常容易，这不但降低了生产成本，而且大大提高了生产效率。变频器内部自带的PID调节器采用了优化算法，所以使水压的调节十分平滑，稳定。

6 结语

采用此种供水方式，实时调整用水量，不仅保证了用水的压力，避免了水的二次污染，而且结构简单，工作可靠，节约能源，是节约型社会中现代建筑不可缺少的一部分。

参考文献

[1]李良仁.变频调速技术与应用（第3版）[M].北京：电子工业出版社，2015.