变频调速设备在住宅消防水系统中的应用

变频调速是从80年代走向实用化并逐步发展起来的新技术，它能满足各种负荷对转速、调节控制上的要求，具有运行可靠、控制灵活、维护简单等特点，采用变频调速能节约大量能源，目前，变频调速在企业中的应用主要有以下几个方面及发展趋势：

l、应用变频调速是节能改造的首选方式。

2、逐步取代低压系统中广泛应用的滑差调速。

3、利用变频调速的完善控制功能实现各种最优调节及自动控制。

一、变频调速的工作原理

调速系统采用PLC控制变频调速装置，通过检测安装在水泵出口压力传感器，把出口压力变成0—5V或4—20MA的模拟信号，进而控制变频器的输出频率，调节水泵电机转速，使其自动使用水量变化、稳定其供水压力。这是一个既有逻辑控制，又有模拟控制的闭环控制系统。

该系统可控制3台(或多台)性能相同的水泵，其中总有l台(任意l台)处于变频调速状态，而其它为工频恒速或停机等待状态。

水泵切换程序是根据设定的压力与压力传感器测定的现场压力之差△P来控制的，当△P>；0时，增加输出电流，提高变频器的输出频率，从而使变频泵转速加快，实际水压得以提高。如果△P<；0，则降低转速，使实际压力减少，△P减少，这种调速要经历多次，直到△P＝0。这样，实际压力在设定压力附近波动，保证了压力恒定，其中控制参量的PID算法是工程中常用的比例、积分、微分算法，可消除环境控制参量的静差、突变、滞后等现象，减少控制误差和缩短系统稳定时间。

如果实际压力太小，本台调速泵调整到最大供水量仍不足以使△P=0，则将本台变频泵切换至工频，而增加下l台泵为变频工作；反之，如果实际压力过大，本台调速泵调整到最小供水量仍不足以使△P=0，则关闭上次转换成工频的水泵，再进行调整。这样，使每台泵在工频和变频之间切换，做到先开先停，后开后停，即所谓的循环调频，合理利用资源。

二、变频调速的特点

变频调速是在大功率整流元件上发展起来的新技术，它把变频、微电子、机电结合起来，具有广阔的发展前景，变频调速也称逆变调速，它先把50HZ的交流整流成直流，然后通过可控整流元件把直流变成可控的交流，驱动普通的鼠笼电动机。目前，380V电压等级、300KW以下的电动机变频器比较成熟并形成规模，而且价格在逐步下降，在地方企业中应用的主要是这部分变频器。

变频调速具有以下特点：l、调节范围大频率可在0。2~400HZ内变化，对50HZ供电系统来说在高频上相当于电机速度的5~7倍，而在低频上，目前火电厂应用的异步电动机一般最多为8极，同步转速为750r／min，而通过变频器供给的电源则可使电动机的速度在1％额定转速下运行。变频器的使用克服了应用电源频率的限制，其宽广的速度调节范围能够满足各种需要，并取代其它辅助的变速调速系统。2、调速性能好。传统的转速调节有机械式变速机与油压变速机，在电机方面有电压控制调速、转子功率控制调速、多级定速电机变速、滑差电机调速、直流电机调速等，其中以直流电机的调速特性为最好。变频调速器的出现，改变了这种状况，现在变频器的高速控制开关元件IBGT已发展到第三代，变频器的控制己从V／F控制发展到矢量控制，其速度基本可达到按要求以任意方式进行整定，优于直流机调速。3、适用性强。使用变频调速，对异步电动机不需任何改动，而对电动机的性能也无任何影响，相反却能减少电动机的启动冲击，延长电机的使用寿命，对现场安装及改造来说周期较短，适用性更强。4、控制方式灵活。通过各种传感器及设定极易达到闭环及开环自动控制的目的，与外界口连接和通讯较为方便，可达到系统控制和集中调控，提高自动化水平。5、节能效果显著。众所周知水泵轴功率与转数的3次方成正比，符合转矩与速度的平方成正比，在以往的调节供水量时是靠出入口阀门进行的，当负荷需量小时，电机的转速不变，电流降低并不显著，而用变频器后通过减小输出功率，使负荷转矩减小，达到节能目的。变频器应用于供水系统，国内外推出的产品均为性能较简洁的使用于水泵和风机的变频器。

三、变频调速设备在多层住宅小区中的应用

依据《建筑设计防火规范》(GBJ16—87，2001版)中的第8．4．1条第四款之规定：超过七层的单元式住宅，超过六层的塔式住宅、通廊式住宅，底层设有商业网点的单元式住宅，应设室内消防给水系统。采用恒压变频调速水泵和小气压罐组合设备集中加压供水的多层小区，由于取消了各住宅单体上的屋顶水箱，生活和消防用水便只能贮存于小区蓄水池中。蓄水池的有效容积可根据小区生活用水量的调蓄水量、安全贮水量和消防贮水量确定；集中加压泵房水泵的选择、水泵机组的布置、水泵吸水管和出水管以及水泵房的设计要求，按现行的《室外给水设计规范》及消防规范的有关规定执行。

许多人认为：采用恒压变频组合设备的小区集中加压给水系统取消屋顶水箱后，由于消防用水贮存在小区蓄水池中，扑救火灾时，该消防用水不能象有屋顶水箱般重力自流供给，不利于及时控制火灾，降低了消防给水的安全性。笔者是这样看待这个问题的，采用屋顶水箱贮存消防用水的多层小区，通常只考虑10分钟室内消防的用水量，19分钟后，消防用水仍需通过消防车加压或水泵房消防水泵加压供给；屋顶水箱虽然解决了10分钟消防用水量的贮存问题，但实际上这10分钟消防用水的水压问题，由于受水箱架设高度的限制，几乎均不能很好地满足扑灭火灾所要求的水压。现行《建筑设计防火规范》中仅对屋顶水箱贮存10分钟室内消防用水的水量作了规定，而对水压没有明确的要求。虽然规范制定时除考虑多层住宅的火灾危险性较小，不易蔓延的特殊因素外，在灭火水量和灭火水压二者不能全部要求的前提下，先满足水量要求，其实也是一种无奈的选择。因为我们都知道：足够的消防水量、水压是保障顺利扑灭火灾的两个重要条件，特别是对于住宅上部层的住户来讲，火灾初期，使用屋顶水箱内消防贮水灭火时，消火栓的出口水压及充实水柱是很小的，将不可避免地影响扑救火灾的效果。

采用小区集中的贮水池和变频恒压给水组合设备后，虽然消防用水贮存在小区消防蓄水池中，灭火时，需通过设备加压才能使用，从而产生可靠性降低，对保障灭火不利的问题，但从另外一个角度，即：水压问题上看，消防水压相反却得到了很好的加强。由于平时生活给水加压系统的水，可以直接进入消火栓管网，故灭火初期消防给水是有保障的。另外，消火栓管网水压与生活给水管网压力一致，形成了实际上的准高压消防给水系统，对及时扑灭火灾又是极为有利的。

生活、消防合用恒压变频调速给水设备应用于多层小区，消防水泵与生活水泵共用双电源，平时生活给水系统的正常运转，对居民生活又极其重要，促使管理者对设备维护和管理的高度重视，客观上也大大增加了火灾初期室内消防用水的可靠性。3．生活、消防合用恒压变频调速给水设备应用中注意的几个问题：

①生活、消防合用恒压变频调速给水设备应用于消防系统时，设备必须是经国家固定灭火系统和耐火构件质量监督测试中心检测并取得合格证书，同时应征得当地消防部门的认可。

②变频调速给水设备目前来讲仍是一种价格较为昂贵的设备，采用此种设备作为小区供水设备应用具体的经济分析，对生产厂家设备的可靠性应作充分的调查，尽量使用名牌厂家的产品。

③详细了解市政给水管网能提供给本小区的管网压力后，应充分利用市政管网的压力，以免造成能源的浪费。

④选用变频调速给水设备作为小区集中加压供水时，应有两路电源作保证。

小结：笔者认为变频调速给水设备是具有节能效果好、节约用地、降低噪声，管内压力稳定、维护管理方便等优点，是一种较先进的新技术和新装置。虽然现行《建筑设计防火规范》仍将采用变频调速给水设备系统归属临时高压给水系统范畴，并同时要求设置屋顶消防水箱，但应用于火灾危险性较小的多层小区应该是具有可行性的，生活、消防合用恒压变频调速给水设备既可以解决采用屋顶水箱给水方式带采的二次污染问题，又可解决因取消屋顶水箱，10分钟消防用水贮存容积问题，应用于多层居住小区，特别是不宜、不能设置屋顶水箱的多层居住小区，不失为一种既可靠而又节省投资的方法。