變頻調(diào)速增壓供水從二十世紀(jì)九十年代開始在我國推廣使用，是我國近二十幾年來應(yīng)用廣泛的二次增壓供水系統(tǒng)。但圍繞采用變頻調(diào)速供水設(shè)備的用戶是否普遍都有較好的節(jié)能效果，業(yè)內(nèi)卻又一直存有較大爭議。

采用數(shù)字集成全變頻控制技術(shù)研發(fā)成功的水泵專用數(shù)字集成變頻控制器并將其成功應(yīng)用于建筑二次供水領(lǐng)域，是變頻調(diào)速供水設(shè)備控制技術(shù)研發(fā)進(jìn)程中的關(guān)鍵突破和重大創(chuàng)舉。數(shù)字集成全變頻控制恒壓供水設(shè)備與傳統(tǒng)單變頻、多變頻恒壓供水設(shè)備相比的顯著特點(diǎn)是高效和節(jié)能，它的推廣應(yīng)用將引領(lǐng)未來建筑二次供水設(shè)備發(fā)展的主導(dǎo)潮流。

變頻調(diào)速增壓供水從二十世紀(jì)九十年代開始在我國推廣使用，是建筑二次供水技術(shù)的里程碑跨越。所以，變頻調(diào)速供水系統(tǒng)也是我國近二十年來應(yīng)用廣泛的二次增壓供水系統(tǒng)。變頻調(diào)速供水設(shè)備之所以受到如此青睞，除其具有系統(tǒng)供水壓力穩(wěn)定、采用密閉系統(tǒng)使水質(zhì)避免受到二次污染、確保飲水衛(wèi)生和可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)控制、運(yùn)行安全可靠等諸多特點(diǎn)以外，更重要的一點(diǎn)就是大家普遍認(rèn)為該系統(tǒng)具有很好的節(jié)能效果。

但是，通過對(duì)相當(dāng)一部分用戶變頻調(diào)速供水設(shè)備運(yùn)行狀況的長期觀察和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，圍繞變頻調(diào)速供水設(shè)備是否真正節(jié)能或采用變頻調(diào)速供水系統(tǒng)的用戶是否普遍都有較好的節(jié)能效果這一話題？業(yè)內(nèi)卻又一直存有較大爭議。

我們知道，影響變頻調(diào)速供水系統(tǒng)節(jié)能效果的關(guān)鍵因素取決于系統(tǒng)中所選用的變頻調(diào)速供水設(shè)備是否能長期工作在水泵高效區(qū)。而要做到這一點(diǎn)，又主要取決于以下二個(gè)方面：

一、設(shè)計(jì)人員根據(jù)工程項(xiàng)目供水系統(tǒng)實(shí)際情況選用合適、匹配、理想的水泵和水泵機(jī)組

根據(jù)水泵相似定律，對(duì)同一臺(tái)水泵的輸出功率與轉(zhuǎn)速、揚(yáng)程及流量有如下關(guān)系式：

從以上公式可以看出：當(dāng)楊程不變時(shí)，水泵出水量減小，轉(zhuǎn)速可同比例下降，其所需軸功率也會(huì)快速下降，能耗大幅降低。

在恒壓變流量供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員通常都是按系統(tǒng)大設(shè)計(jì)流量選擇水泵。變頻調(diào)速供水設(shè)備實(shí)現(xiàn)節(jié)能的原理就是：當(dāng)工作泵出水小于其額定流量時(shí)，水泵電機(jī)以低于工頻50Hz的頻率運(yùn)行，水泵轉(zhuǎn)速降低，所消耗的功率也相應(yīng)降低，從而達(dá)到節(jié)能的目的。

但是，從泵組實(shí)際運(yùn)行情況來看，隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化，水泵和電機(jī)的效率也在變化。通常，在水泵轉(zhuǎn)速100％～60%變化范圍內(nèi)（即水泵出水量在100％～60%變化范圍內(nèi)），水泵和電機(jī)的效率變化幅度不是很大，節(jié)能效果相對(duì)明顯；當(dāng)水泵轉(zhuǎn)速低于60%時(shí)，水泵和電機(jī)的效率將顯著降低，不節(jié)能或節(jié)能有限；當(dāng)頻率降至25Hz以下時(shí)，水泵不出水、電機(jī)不做功。

而設(shè)備實(shí)際運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)供水流量是一個(gè)動(dòng)態(tài)變化的過程。以城鎮(zhèn)居住小區(qū)為例，其用水高峰據(jù)統(tǒng)計(jì)一般只占全天用水時(shí)間的20％左右，即一天中大多數(shù)時(shí)段用水需求均處于低峰、低谷狀態(tài)，此時(shí)設(shè)備水泵如處于低效率區(qū)運(yùn)行，勢(shì)必造成電能的長時(shí)間浪費(fèi)。

所以，現(xiàn)行《建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范》、《全國民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施·給水排水》及各大版本《建筑給水排水設(shè)計(jì)手冊(cè)》都要求工程設(shè)計(jì)人員在變頻調(diào)速供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)選擇Q――H特性曲線隨流量增加揚(yáng)程逐漸下降、高效區(qū)段流量范圍寬、無駝峰的水泵，即泵組高效區(qū)流量范圍與系統(tǒng)日常運(yùn)行過程中的流量變化范圍之比例相協(xié)調(diào)。從而使泵組工作穩(wěn)定，在多臺(tái)水泵并聯(lián)運(yùn)行時(shí)安全可靠，并達(dá)到較好的節(jié)能效果。

不過，令廣大建筑給排水設(shè)計(jì)人員深感為難的是，設(shè)計(jì)采用變頻調(diào)速供水系統(tǒng)的工程項(xiàng)目很多，地域分布范圍又廣，項(xiàng)目和項(xiàng)目之間的系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)千差萬別，每個(gè)項(xiàng)目供水系統(tǒng)每年、每季、每月、每天的用水工況都在變化，要選擇到泵組高效區(qū)流量范圍與系統(tǒng)日常使用過程中的流量變化范圍基本吻合的變頻調(diào)速泵組并非易事，實(shí)際上難以做到。

二、研發(fā)高效區(qū)范圍更寬、效率更高、更加節(jié)能的變頻調(diào)速供水設(shè)備
自二十世紀(jì)末開始，國內(nèi)外知名度較高的多家變頻調(diào)速供水設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)針對(duì)用戶實(shí)際運(yùn)行中存在的不節(jié)能或節(jié)能有限的實(shí)際情況，都投入了大量的人力、物力和財(cái)力，潛心研發(fā)高效區(qū)范圍更寬、效率更高、更加節(jié)能的變頻調(diào)速恒壓供水設(shè)備。而且取得了長足的進(jìn)步和驕人的業(yè)績。

1、進(jìn)一步提高水泵效率是一條捷徑，但很可惜基本已無潛力可挖
從1875年至今的130多年時(shí)間里，為了不斷提高離心泵的效率，世界水泵研發(fā)制造行業(yè)的精英們做出了艱苦的努力。時(shí)至今日，想要再從整體上提高離心泵效率的空間已很微小，哪怕是僅僅提高1％，也似空中樓閣，難以如愿。

2、千方百計(jì)提高泵組電機(jī)效率
當(dāng)變頻調(diào)速泵組電機(jī)長時(shí)間處在低于50Hz 較多的頻率下運(yùn)行時(shí)，泵組運(yùn)行工況實(shí)際上已偏離泵組高效區(qū)段，在非相似工況下的低效率區(qū)范圍工作，其功率消耗也不再遵從與電機(jī)轉(zhuǎn)速的三次方成正比的計(jì)算公式，泵組效率大大降低，且此時(shí)電機(jī)容易發(fā)熱，引起軸承潤滑油脂熔化流失，導(dǎo)致噪音增大、電機(jī)使用壽命降低。

鑒于上述原因，業(yè)類很多廠家紛紛采用更加先進(jìn)的電機(jī)材料和高效的電機(jī)形式，減少電機(jī)發(fā)熱能耗損失，從而達(dá)到提高整機(jī)效率的目的。

3、改變傳統(tǒng)變頻調(diào)速控制方式，采用數(shù)字集成全變頻控制技術(shù)，使變頻調(diào)速恒壓供水設(shè)備在系統(tǒng)任何流量工況都同樣具有明顯的節(jié)能效果。
變頻調(diào)速供水設(shè)備主要是由泵組、管路系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)三大部分組成的?；仡欁冾l調(diào)速供水設(shè)備的發(fā)展歷程，在著眼大限度提高泵組效率的同時(shí)，還得益于近三十年來電氣控制元器件的多次更新?lián)Q代，其泵組電氣控制技術(shù)也先后經(jīng)歷了三個(gè)主要發(fā)展階段。

（1）早期采用由通用變頻器、PLC控制器和繼電器控制電路組成的變頻調(diào)速控制技術(shù)（即早期單變頻控制技術(shù)）

早期（第一階段）變頻調(diào)速供水設(shè)備采用的電氣控制技術(shù)是在傳統(tǒng)工頻運(yùn)行水泵繼電器控制電路的基礎(chǔ)上增加了一個(gè)變頻器和一個(gè)PLC可編程控制器，即由通用變頻器、PLC可編程控制器和大量的開關(guān)、繼電器、交流接觸器、各類連接導(dǎo)線等觸點(diǎn)開關(guān)類電氣元器件和體積龐大的控制柜組成。

這種控制系統(tǒng)中的PLC可編程控制器、通用變頻器雖然能使泵組根據(jù)系統(tǒng)流量變化變頻調(diào)速運(yùn)行，但因受水泵自身高效區(qū)范圍較窄制約，使變頻泵只在出水量100％～60% 變化區(qū)段有較明顯節(jié)能效果；水泵的啟動(dòng)和停止依然要完全依靠繼電器電路來控制，水泵的運(yùn)行也只能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)啟停和手動(dòng)應(yīng)急啟停；且其控制電路自身控制元器件多、觸點(diǎn)切換容易產(chǎn)生故障、電路元器件發(fā)熱產(chǎn)生較大能耗（約為水泵電機(jī)額定功率的3％～5％），控制柜體積大；設(shè)備調(diào)試操作技術(shù)要求高、需專業(yè)人員根據(jù)系統(tǒng)工況的不同現(xiàn)場(chǎng)獨(dú)立編程、整機(jī)標(biāo)準(zhǔn)化程度較低、不利于售后的維護(hù)和維修；設(shè)備運(yùn)行過程中隨著系統(tǒng)用水量的增加，水泵在變頻——工頻轉(zhuǎn)換（即加泵）時(shí)，新投入運(yùn)行的水泵從零流量至變頻軟啟動(dòng)正常供水通常會(huì)存在一個(gè)時(shí)間差（36s～180s），引起系統(tǒng)流量和水壓的波動(dòng)，給用戶正常使用帶來影響。

由于存在上述不足，加上變頻器當(dāng)時(shí)國內(nèi)不能生產(chǎn)，進(jìn)口價(jià)格昂貴，導(dǎo)致這種繼電器電路單變頻控制技術(shù)為新的數(shù)字化電路水泵變頻控制技術(shù)所取代而逐漸退出歷史舞臺(tái)，目前已極少在變頻調(diào)速供水設(shè)備中應(yīng)用了。

（2）局部數(shù)字化電氣電路變頻調(diào)速控制技術(shù)（即中期單變頻、多變頻控制技術(shù)）
中期（第二階段）采用的由一臺(tái)或多臺(tái)通用變頻器、內(nèi)置PID技術(shù)的水泵專用半導(dǎo)體數(shù)字集成控制器（見圖2）組成的泵組電氣控制電路替代早期由通用變頻器、PLC可編程控制器、觸摸屏、PLC功能擴(kuò)展模塊、繼電器元件、連接導(dǎo)線組成的繼電器控制電路。即由半導(dǎo)體數(shù)字集成控制電路取代繼電器控制電路。

與早期采用由一臺(tái)通用變頻器、PLC控制器和繼電器控制電路組成的單變頻電氣控制技術(shù)相比，這一技術(shù)的顯著進(jìn)步是：

它通過內(nèi)置PID數(shù)字集成控制技術(shù)把水泵變頻與控制有可能用到的所有功能集成在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)字集成控制器內(nèi)，從而減少了繼電器等電氣元器件，觸點(diǎn)少，故障率大為降低，提高了整機(jī)運(yùn)行安全性、可靠性；

它采用菜單式液晶顯示和內(nèi)置程序方式，產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化程度得到提高，設(shè)備維護(hù)管理更加便捷、更加人性化，無需現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試人員現(xiàn)場(chǎng)編程,大大減少設(shè)備調(diào)試工作中人為因素的影響。

這一技術(shù)尚存在的不足和缺點(diǎn)是：同第一階段的變頻調(diào)速供水設(shè)備的控制原理一樣是通過一個(gè)變頻器（單變頻）及相關(guān)的電氣元器件組成的控制回路，根據(jù)系統(tǒng)流量變化實(shí)現(xiàn)加泵或減泵，再通過工頻、變頻切換的方式達(dá)到控制一套泵組的目的。即使是為設(shè)備的每臺(tái)工作水泵分別配置有變頻器（多變頻），它的運(yùn)行模式還是這種方式，只是解決了在每臺(tái)水泵啟動(dòng)、停止時(shí)實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，有利于消除水錘現(xiàn)象。但整套設(shè)備還是只有一個(gè)控制系統(tǒng)（如圖3）。泵組中的變頻泵有不在水泵效率區(qū)的運(yùn)行工況存在，需要用低運(yùn)行頻率（25Hz）去越過此工況點(diǎn)，使水泵在效率區(qū)段運(yùn)行，能耗浪費(fèi)仍然存在。