通常情况下,生活用水量变化较大,具有明显的时间特性,这就要求生活给水设备的能耗要随用水量的变化而变化,达到节能的目的。变频给水设备在正常工作阶段,水泵一般都运行在高效区,水泵的功耗也在正常范围内。当用水量很小甚至零流量时,为保证管网的恒压,水泵还是处于低速运行状态,仍有相当的能源浪费。为了减少能耗,真正做到节能,这时就需在系统中增设气压罐,以保证管网的小流量供给及维持零流量时管网的压力。下面,本文简单介绍一下气压罐在变频给水系统中的作用。
气压罐在变频给水系统中的作用
气压罐的理论基础为波义耳气体定律,即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。当气压罐连接到水系统上时,主要起一个蓄能器的作用,当系统水压力大于罐内气体压力时,系统水会挤入气压罐气囊内,这样一是会压缩罐体于气囊之间的气体,使其体积减小,压力增大;二是会增加系统内水的容积,使系统压力减小,直到压力达到平衡才停止进水。当系统水压力小于罐内气体压力时,气囊内的水会在气体的压力作用下挤出,补回到系统,系统水容积减小压力上升,罐内气体体积增大压力下降,直到两者达到新的平衡,水停止从气囊挤压回系统。
生活给水系统管网普遍都大,节点较多,在不配置气压罐的系统中,管网的压力由自身水压来维持。由于水的压缩比远小于气体,所以当管网有小流量或者泄漏时,水压会大幅度下降,造成水泵频繁启动。这时系统就必须配置气压罐,缓解水泵的频繁启动,以减小能耗,同时延长水泵的使用寿命。综上所述,气压罐是保证水泵正常休息并延长休眠时间的前提条件,同时气压罐也起到调节系统压力波动的作用。
气压罐调节容积的确定
在设计压力范围内,气压罐的调节容积可看作是管网的有效补充水量。在管网小流量不变的情况下,其调节容积越大,一定时间内水泵启动的次数就越小。因此,气压罐调节容积的大小决定了水泵休眠时间的长短。计算气压罐的调节容积应采用合理的计算公式,既要充分利用水泵最大启动次数,又不至于启动过于频繁。应充分考虑用水量变化的实际影响,减小气压罐调节容积,节省投资。
合理选择气压罐的大小,不致过大或过小,这是气压罐选型设计的重点也是难点。例如:生活给水系统压力为P1=0.5MPa,水泵启动压力P2=0.15MPa,假设管网流量为10L/h,在深夜水泵停止工作6h,总用水量为60L。那么,如果气压罐在△P=0.35MPa范围内的调节水量大于60L,可保证水泵睡眠6小时。因此,选用调节水量在60~80L左右的气压罐是比较合适的。如果选用调节水量超出80L很多的气压罐,虽然水泵的间息工作时间更长,但是超过6小时管网已经开始进入用水时段,水泵开始正常运作,延长休眠时间已无意义。因此,气压罐的选择并不是越大越好。在《建筑给水排水设计规范》(GB50015-2003)中,根据3.8.5.4条的计算式,气压罐的调节容积还跟水泵启动频率有关。因此,在用水量较小的低谷时段内,按照几小时计算气压罐调节容积规范并没有严格规定,设计时应按照各地实际用水情况,根据系统流量、水泵功率、供水面积等多方面考虑合理布置,也要防止为了追求过长睡眠时间而使气压罐体积过大,应充分考虑用水量变化的实际影响经计算确定。
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