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变频给水设备如何选用气压罐


随着人类社会的进步带来科技快速的发展,新技术产品的出现并广泛应用于给排水领域(如:变频器、可编程序控制器、触摸屏(人机界面)、模糊控制器等,使给水设备在技术上产生革命性的飞跃。同时,新产品的应用也使给排水设备在结构以及控制方式上多种多样。当变频给水设备出色的“恒压变量”功能被人们接受时,“恒压”在生活给水设备的体现越明显。于是变频给水设备在结构上较多采用“水泵组+变频电控柜”的形式。那么,变频给水设备是否需要气压罐作为设备的一部分呢? 

一般来说,和生产用水定时定量供应不同,生活用水量变化曲线较大,而且具有明显的时间特性,因此,生活给水设备应具有“多用水、多耗电;少用水、少耗电”的节能特点。一般来说变频给水设备在正常用水阶段,水泵一般工作在高速段(同时也是高效区),对于水泵功耗基本无争议;用水低谷及夜间用水量很少(或无人用水,但管网总有一定泄漏)时,水泵因进入低速运转,工况偏离高效区,节能效果不佳;就算管网做到完全密封无泄漏,没有配置气压罐的变频给水设备依靠水泵低速运转来保证管网恒压,也就是说,就算用户不用水,管网无水流,为了保证管网的压力,水泵也必须维持一定的低转速运行,此时水泵所消耗的电能全部都浪费掉了――这类似于我们的举重运动员在杠铃举起来后保持举姿三秒时的状态,虽说此时没有做功,但运动员依然需要出力。

为了减少给水设备小流量或零流量时水泵的能耗,生活变频给水设备一定要配置稳压气压罐,在小流量或零流量供水时,由气压罐稳压补充。

那么、气压罐在变频给水设备中到底起什么作用呢?

一、气压罐是水泵可以进入睡眠的前提条件

气压罐——利用波义耳(Robert Boyle)气体定律:

PV/T=n;

(P-压力,V-气压罐气体体积,T-温度);

在一定温度下气体压力(P)与容积(V)乘积等于常数的原理,利用水的压缩性极小的性质,用外力将水储存在罐内,气体受到压缩压力升高,当外力消失压缩气体膨胀可将水排除。

众所周知,生活管网末端阀门很难作到滴水不漏,因此,无气压罐的给水设备或系统,由管网自身的压力水维持系统压力。由于水的压缩比远远小于气体,当管网有小流量的泄漏可造成压力大幅度的下降,可使水泵频繁启动。如工频泵直接向用户供水,就必需配备气压罐,缓解水泵频繁启动。由于变频的应用,设备控制水泵因需而供(变量恒压)。零流量时变频控制水泵低速保证管网“恒压”,利用这一点,不再设置气压罐的变频给水设备就必须有一台水泵24小时不停工作或频繁启动来保证管网的压力,因此,气压罐是保证水泵正常休息并延长睡眠时间的前提。

二、气压罐的体积决定了水泵睡眠的时间

(a)气压罐体积决定了在一定压力范围内补充管网的水量;在管网泄露流量(L/S)一定的情况下,气压罐的体积大小决定了水泵再启动间息时间的长短,体积越大,间息时间越长;因此,选择体积稍大的气压罐可延长水泵的睡眠时间。

(b)正确认识气压罐体积的大小。

体积过大的气压罐,会增加资金投入、维护不便、充气时间长等。例:生活管网变频恒压值为P1=0.5MPa,压力下限(水泵再启动压力)P2=0.35MPa,在正常情况下,假设管网泄漏5L/h,在夜间水泵停止工作按7h(22:00-5:00)计算,泄漏为35L,那么,如果气压罐在P1P2=0.15MPa压力范围内的调节水量大于35L,可保证水泵睡眠7小时。因此,选用调节水量在35~50L左右的气压罐是比较合适的。如选用调节水量大大超出50L(上述压力范围内)的气压罐,虽然水泵的间息工作时间更长,但超过7小时已经开始进入用水阶段,延长睡眠时间已无意义。与此相比,配套的小气压罐与过大体积气压罐具有使水泵相同的间息时间,因此,气压罐体积配置过大也不必要。

应指出,《建筑给水排水设计规范》GBJ15-88对生活变频调速给水设备水泵的启动频率未作规定,因此,在用水量较少时段内,对于气压罐的体积并非按照7小时、5小时、或者4小时计算的调节水量进行选择;应因地制宜,根据系统流量、水泵功率、建筑面积等多方面考虑合理布置。

综上所述,对于生活变频给水设备来说,如何在用水极少的情况下合理的配置气压罐,是延长水泵的睡眠时间、降低水泵损耗、延长水泵寿命的重要因素。


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