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​生活给水系统的自动控制

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生活给水系统的自动控制

现代建筑的生活给水系统是整个建筑必不可少的重要组成部分。许多新建的高档建筑,如写字楼、高档办公楼、会展中心、星级宾馆、医院等,除了有冷水供水系统外,还有生活热水供水系统。生活给水系统主要是对给水系统的状态、参数进行监测与控制,保证系统的运行参数满足建筑的供水要求以及供水系统的安全。

4.1.1给水系统自动控制

现代建筑中常见的生活给水系统有以下三种方式:水泵直接给水方式、高位水箱给水方式和气压罐压力给水方式。

1.高位水箱给水方式

在建筑的最高楼层设置高位供水水箱,用水泵将低位水箱水输送到高位水箱,再通过高位水箱送向给水管网供水,将水输送到用户。通常生活用水与消防用水分设彼此独立的高位水箱。如果消防用水和生活用水共用一个水箱时,可将生活用水的出水管安装在距高位水箱底部一定高度的位置,而将消防水出水管安装在水箱底部,从而保证高位水箱在通常用水条件下的水位(或水量)不低于(少于)消防设计要求。

2.水泵直接给水方式

用水泵直接向终端用户提供一定水压的供水方式。通常在给水泵前建有缓冲水池,避免水泵大水量不均衡供水对城市管网的影响。这种供水系统常采用恒速泵加变频调速泵的供水方式,即根据终端用户的用水量调整恒速泵的台数与变频调速泵的转速来满足用户用水量的需要,而调速水泵的转速调节是通过变频来实现的。

3.气压给水方式

气压给水方式是利用气压罐代替高位水箱的给水系统。气压罐可以集中于地下室水泵房内,避免在楼房高层设置高位水箱占用空间的缺点。气压罐的外层为金属罐体,内有一个密封式弹性橡胶气囊,气囊内充有一定压力的氮气,水泵向罐体和气囊间的空间注水,水压升高,压迫气囊,气囊内氮气体积缩小,当罐体和气囊间的水压力达到规定值时停泵。靠气囊内气体的压力向给水管网供水。给水管网用户用水后,管网和罐内水压下降,当水压下降到下限值后,水泵再次启动,向罐内注水,水压再次升高,如此循环,保持水压在一定的范围内,以满足供水要求。

4.1.1.1高位水箱给水系统监控

1.控制原理

高位水箱供水系统监控原理如图4.1所示。

image.png图4.1高位水箱给水系统监控原理图

图4.1高位水箱给水系统监控原理图

在高位水箱中,设置四个液位开关,分别为检测溢流水位、停泵水位、启泵水位和低限报警水位。DDC根据液位开关送入信号来控制生活泵的启停。当高位水箱液面低于启泵水位时,DDC送出信号自动启动生活泵运行,向高位水箱供水;当高位水箱液面高于启泵水位而达到停泵水位时,DDC送出信号自动停止生活泵。如果高位水箱液面达到停泵水位而生活水泵不停止供水,液面继续上升达到溢流报警水位,控制器发出声光报警信号,提醒工作人员及时处理。同样当高位水箱液面低于启泵水位时,水泵没有及时启动,用户继续用水,当水位达到低限报警水位时,控制器发出报警信号,提醒工作人员及时处理。当工作泵发生故障时,备用泵能自动投入运行。

在由多台水泵组成的系统中,多台水泵互为备用。当一台水泵损坏时,备用水泵能投入使用,以保证系统正常工作。为了延长各水泵的使用寿命,通常要求水泵累计运行时间数尽可能均衡。因此,每次启动水泵时,应优先启动累计运行时间数最少的水泵,控制系统应有自动记录设备运行时间的功能。控制中心能实现对现场设备的远程控制,监控系统能够在控制中心实现对现场设备的远程开/关控制。

对于位于低层(一般在地下室最低层)的低位生活消防水池,也应设置水池溢流水位、停泵水位、启泵水位和低限报警水位四个液位开关,通过供水泵或供水阀门控制水池水位在设定范围。当水位达到报警位置时,控制器发出报警信号,提醒工作人员及时处理。这一部分在系统图中并未画出,在系统设计时可根据实际情况进行处理。

2.设备、系统运行状态与参数监控点/位及常用传感器>给水泵启停状态:取自给水泵配电柜接触器辅助触点。>给水泵故障报警:取自给水泵配电柜热继电器触点。

>给水泵手/自动转换状态:取自给水泵配电柜转换开关,可选。

>给水泵启停控制:从DDC数字输出口(DO)输出到给水泵配电箱接触器控制回路。

>水流开关状态:水流开关状态输出点。

>低位水池高、低水位监测:取水池水位开关输出点,一般选用液位开关,溢流报警水位、启泵水位、停泵水位、低限报警水位各一。

图4.1高位水箱给水系统的监测、控制点配置表见表4.1。

表4.1高位水箱给水系统监测、控制点配置表

表4.1高位水箱给水系统监测、控制点配置表

表4.1只列出了图4.1高位水箱给水系统可能的监测、控制点类型。实际的数量应根据具体工程的系统配置进行统计,同时作为现场DDC控制器的选配依据。

在高层建筑中,由于最高层与最低层的压差比较大,如果只用一个高位水箱给整个建筑(或建筑群)直接给水,则低层的生活给水压力太大,供水效果不好。因此,若在高层建筑(群)中采用高位水箱供水时,常用的办法有两种,一种是在不同标高的分区设立独立的高位水箱,对相应的分区供水;另一种是对最高层的高位水箱进行减压后,向不同的分区供水。这样就避免了低楼层供水压力太大的缺点。其供水原理图如图4.2所示。对于自动监控而言,前者相当于多个独立的高位水箱给水系统,而后者是单一高位水箱给水系统。它们的监控原理与已讨论过的单区高位水箱供水监控原理没有什么区别。

4.1.1.2水泵直接给水系统监控

1.控制原理

水泵直接给水系统监控原理如图4.3所示。

安装在水泵输出口的水管式压力传感器检测管网压力,DDC控制器根据这一检测值与设定值比较的偏差去控制变频器的输出频率,实现水泵转速的控制,将供水压力维持在设计范围内。当给水管网用户用水量增多、管网压力减小,控制器控制变频器输出频率增加,水泵转速随着增加,供水量增加,以满足用户的需求;给水管网用户用水量减少、管网压力增加,控制器控制变频器输出频率降低,水泵转速随着减少,供水量减少,以达到节能的目的。系统运行时,调速泵首先工作,当调速泵不能满足用水量要求时,自动启动恒速泵;反之,压力过高时,亦是先调低调速泵的转速,然后再减少恒速泵的运行台数。

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图4.2高位水箱分区给水系统图

图4.3水泵直接给水系统监控原理图

图4.3水泵直接给水系统监控原理图

在由多台水泵组成的系统中,几台水泵互为备用,当一台水泵故障时,备用水泵能投入使用,以保证系统正常工作。为了延长各水泵的使用寿命,通常要求水泵累计运行时间数尽可能相同。因此,每次启动水泵时,都应优先启动累计运行小时数最少的水泵,控制系统应有自动记录设备运行时间的功能。监控系统能够在控制中心实现对现场设备的远程开/关控

缓冲水池水位监测开关可监测溢流水位、启泵水位、报警水位。只有水位高于启泵水位时,生活水泵方能启动,以免倒空。当缓冲水池水位高于溢流水位或低于报警水位时,控制系统报警,同时控制水池供水装置停止或开启(这一部分在系统图中并未画出,在系统设计时可根据实际情况进行处理)。

2.设备、系统运行状态与参数监控点/位及常用传感器

>生活给水供水压力测量:取自安装在生活供水干管上的压力传感器,采用管式液压传感器。

>恒速供水泵启停状态:取自恒速水泵配电柜接触器辅助触点。>恒速供水泵故障报警:取自恒速水泵配电柜热继电器触点。

>恒速供水泵手/自动转换状态:取自恒速水泵配电柜转换开关,可选。

>恒速供水泵启停控制:从DDC数字输出口(DO)输出到恒速水泵配电箱接触器控制回路。

>变速供水泵启停状态:取自变速供水泵配电柜接触器辅助触点。>变速供水泵故障报警:取自变速供水泵配电柜热继电器触点。

>变速供水泵手/自动转换状态:取自变速供水泵配电柜转换开关,可选。

>变速供水泵启停控制:从DDC数字输出口(DO)输出到变速供水泵配电箱接触器控制回路。

>变速供水泵转速控制:从DDC控制器模拟输出口(AO)输出到变速供水泵电机变频器控制口。

》水流开关状态:水流开关状态输出点。

>缓冲水池高低水位监测:取水池高低水位开关输出点,一般选用液位开关,溢流报警水位、启泵水位、低限报警水位各一。

图4.3水泵直接给水系统的监测、控制点配置表见表4.2。

表4.2水泵直接给水系统监测、控制点配置表

image.png表4.2水泵直接给水系统监测、控制点配置表


表4.2只列出了图4.3水泵直接给水系统可能的监测、控制点类型。实际的数量应根据具体工程的系统配置进行统计,作为现场DDC控制器的选配依据。

在高层建筑中,水泵直接给水系统如果采用一种给水压力向整个建筑(或建筑群)直接给水,同样存在低层的生活给水压力太大、给水效果比较差的问题。因此,如果在高层建筑

(群)采用水泵直接给水系统,则常采用分区配置不同扬程的水泵向不同分区直接给水的方式;或者是采用同一扬程水泵,进行减压后向不同分区给水的方式。其给水原理图如图4.4所示。对于自动监控而言,前者相当于多个独立的水泵直接给水系统;而后者则是单扬程水泵直接给水的一种形式。它的监控原理同前面讨论的单区水泵直接给水系统的监控在原理上没有什么区别。

图4.4水泵直接给水分区给水系统图

图4.4水泵直接给水分区给水系统图

4.1.1.3气压给水系统监控

1.控制原理

气压给水系统的监控原理如图4.5所示。

通过水管式压力传感器检测给水管网输入口压力,DDC控制器将测量压力值与设定值比较,根据比较偏差的大小控制给水泵的启/停,以保证供水压力在要求的范围内。

在没有给水泵运行时,随着给水管网用户用水量增多,气压罐内气囊体积增大,压出罐内的水供用户使用,囊内气体压力减少,管网压力减小。如用户继续用水,气囊体积越发增大,囊内气体压力减少,管网压力进一步减小。当囊内气体压力减少到工作压力下限时,给水管网压力也同时下降到设定值的下限,控制器自动启动给水泵,向气压罐内注水及用户供水,罐内水压增大,气囊被压缩,囊内气体压力增大,当管网压力增加到设定值上限时,给水泵停泵。这样往复循环,维持供水压力在设定值要求的范围内,保证给水系统正常给水。

在多台水泵的气压式给水系统中,多台水泵互为备用,当一台水泵损坏时,备用水泵自动投入使用,以确保水系统正常工作。为了延长各水泵的使用寿命,通常要求水泵累计运行时间数尽可能相同。因此,每次启动系统时,都应优先启动累计运行小时数最少的水泵,控制系统应有自动记录设备运行时间的功能。监控系统能够在控制中心实现对现场设备的远程开/关控制。

图4.5气压给水系统监控原理图

图4.5气压给水系统监控原理图

2.设备、系统运行状态与参数监控点/位及常用传感器

>生活给水供水压力测量:取自安装在生活供水干管上的压力传感器,采用管式液压传感器。

>给水泵启停状态:取自给水泵配电柜接触器辅助触点。>给水泵故障报警:取自给水泵配电柜热继电器触点。

>给水泵手/自动转换状态:取自给水泵配电柜转换开关,可选。

>给水泵启停控制:从DDC数字输出口(DO)输出到给水泵配电箱接触器控制回路。

》水流开关状态:水流开关状态输出点。

>低位水池高、低水位监测:取水池水位开关输出点,一般选用液位开关,溢流报警水位、启泵水位、停泵水位、低限报警水位各一。

图4.5所示的气压给水系统的监测、控制点配置表见表4.3。

表4.3气压式给水系统监测、控制点配置表

image.png表4.3气压式给水系统监测、控制点配置表

表4.5只列出了气压式给水系统可能的监测、控制点类型。实际的数量应根据具体工程的系统配置进行统计,作为现场DDC控制器的选配依据。

在高层建筑中,气压式给水系统如果采用一种给水压力向整个建筑(或建筑群)直接给水,同样存在低层的生活给水压力太大,给水效果比较差。因此,如果在高层建筑(群)采用水泵直接给水系统,则经常采用分区配置不同压力的气压式给水系统,或者是采用同一水泵系统,同时对不同分区进行减压的给水系统。其给水原理与图4.2和图4.4所示的分区给水原理基本类似,这里不再赘述。

气压给水方式还有另一种工作原理,它是用气压水箱代替气压罐。气压水箱中没有气囊,而是通过空气压缩机向气压水箱充气,使气压水箱中的水压达到给水系统所需的压力,以满足给水管网给水压力的要求。气压水箱在工作时,需要检测气压水箱的水位和给水压力,DDC控制器依据气压水箱的水位监测值和压力监测值,分别控制给水泵的启停和空气压缩机的启停,将气压水箱的水位和压力控制在给水系统所要求的范围内。这种气压给水系统的监控原理和监控系统的组成与气囊式气压罐式气压给水系统的监控原理和监控系统的组成没有本质的差别。本书对采用气压水箱的气压给水原理不再进行讨论。

2热水给水系统自动控制

除了冷水给水系统外,在许多现代高档建筑中还有生活和卫生热水给水系统。热水给水系统由热交换器、补水箱、热水泵等组成。生活热水的热交换系统与空调热交换系统的区别在于空调热交换系统二次侧是闭式系统,而生活热水的热交换系统二次侧是开式系统。生活热水系统将热源设备提供的蒸汽或高温热水,通过热交换器转换为满足温度要求的生活热水输送到热水用户。在楼层高、用户分布比较广的热水系统中,往往有多个热交换站,向分布在不同区域的用户就近提供热水,这样可以节约远距离输送热水所需的动力消耗。当热水用量小、用户集中时,可由一个热交换站向所有用户提供热水,以减少设备投资。图4.6为生活热水给水系统监控原理图。

1.生活热水给水系统运行参数与状态监控点/位及常用传感器

>热交换器一次侧蒸汽与冷凝水回水温度测量:取自安装蒸汽管与冷凝水回水管上的温度传感器,采用管式温度传感器。

>热交换器一次侧蒸汽压力测量:取自安装在蒸汽供汽管上的压力传感器,采用管式压力传感器。

》生活热水供水温度测量:取自安装在生活热水供水管上的水温传感器输出,常选用管式水温传感器。

》生活热水供水流量测量:取自安装在生活热水供水管上的流量传感器,常选用电磁流量计。

》生活热水供水压力测量:取自安装在生活热水供水干管上的液体压力传感器,常用管式液体压力传感器。

>补水箱水位监测:取自安装在补水箱上的液位开关,一般有溢流、启泵、停泵、低限报警四个液位开关。

>生活热水泵启停状态:取自生活热水泵配电箱接触器辅助触点。

》补水泵启停状态:取自补水泵配电箱接触器辅助触点。

生活热水泵故障报警:取自生活热水泵配电箱热继电器触点。

image.png图4.6生活热水给水系统监控原理图

图4.6生活热水给水系统监控原理图

>补水泵故障报警:取自补水泵配电箱热继电器触点。

》水流状态:水流开关状态输出点。

>一次侧蒸汽(热水)流量控制一—蒸汽(热水)阀门开度控制:从DDC模拟输出口(AO)输出到一次侧蒸汽阀门驱动器控制输入口。

>热水泵启停控制:从DDC数字输出口(DO)输出到热水泵配电箱接触器控制回路。>补水泵启停控制:从DDC数字输出口(DO)输出到补水泵配电箱接触器控制回路。

2.生活热水给水系统设备启停顺序

系统设备启动顺序控制:启动热水泵一开启一次侧蒸汽阀门。系统设备停止顺序控制:关闭一次侧蒸汽阀门一停止热水泵。

3.生活热水给水系统控制原理

DDC控制器将生活热水出水温检测值与设定值进行比较,根据温度偏差由控制器按照设定的调节规律,输出控制信号,调节蒸汽电动阀的开度,使生活热水出口温度接近并保持在设定值。当介质为蒸汽时,电动控制阀门一般应采用直线阀调节阀。

当系统内有多台热交换器并联使用时,应在每台热交换器二次热水进口处加电动蝶阀,把不使用的热交换器水路切断。

在多台热交换器与热水泵的生活热水给水系统中,多台设备互为备用,当一台设备损坏时,备用设备自动投入使用,以确保生活热水给水系统正常工作。为了延长各设备的使用寿命,通常要求热交换器与水泵累计运行时间数尽可能相同。因此,每次启动系统时,都应优先启动累计运行小时数最少的设备,控制系统应有自动记录设备运行时间的功能。监控系统能够在控制中心实现对现场设备的远程开/关控制。

通过生活热水管的流量计和给水温度,监控系统自动计算生活热水的消耗量,为能源消耗、用水量费用的结算和管理提供数据。

当补水箱水位降低到启动水位时,自动启动补水泵向补水箱补水;当水箱水位达到停泵水位时自动停泵结束补水。如果补水泵故障不能补水,使补水箱水位到达低限报警水位,或者补水泵不能及时停机,使水位到达溢流水位,则监控系统(声光)报警,提醒值班工作人员及时处理。

生活热水给水系统能够按照预设的运行时间表自动定时启停;控制系统能够对设备远程的开/关控制,在控制中心能实现对现场设备的控制。

表4.4给出图4.6对应的生活热水给水系统可能的监测、控制点配置表,可作为系统设计与配置的参考。具体的数据应根据系统与构成的实际情况最后确定。

表4.4热交换系统监测、控制点配置表

image.png表4.4热交换系统监测、控制点配置表


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