給排水系統(tǒng)及控制

1、1,智能建筑的給排水系統(tǒng),2,我國建筑給排水自1949年建國以來，經歷了三個發(fā)展階段：,一、房屋衛(wèi)生技術設備階段即初創(chuàng)階段。自1949年至1964年《室內給水排水和熱水供應設計規(guī)范》開始試行時為止；二、室內給排水階段即反思階段。自1964年至1986年《建筑給水排水設計規(guī)范》被審批通過時為止；三、建筑給排水階段即發(fā)展階段。自1986年至今。,3,1、房屋衛(wèi)生技術設備階段（初創(chuàng)階段）,自1949年至1964《室內給水排水和熱水供應設計

2、規(guī)范》開始試行時為止。 其主要標志是我國開始設置給水排水專業(yè)，房屋衛(wèi)生技術設備被確定為一門獨立的專業(yè)課程，第一代通過專業(yè)培養(yǎng)的建筑給排水專業(yè)技術人員走上工作崗位，開始形成自己的專業(yè)隊伍。,4,2、室內給排水階段（反思階段）,自1964年至1986年《建筑給水排水設計規(guī)范》被審批通過時為止。其主要標志是通過工程實踐，對以往機械搬用國外經驗并造成失誤進行了認真總結和反思，進而形成和確立有我國特色的建筑給排水技術體系。,5,

3、3、建筑給排水階段（發(fā)展階段）,自1986年至今1986年以來，建筑給排水專業(yè)迅速發(fā)展，已成為建筑中不可缺少而又獨具特色的組成部分。在發(fā)展階段，專業(yè)隊伍上已具備積累了一定經驗，經過專業(yè)培訓的設計、施工、安裝、管理人員，技術上積累了以前的實踐經驗，借鑒了國外的新技術，專業(yè)技術有了明顯的突破和發(fā)展。組織上成立了全國建筑給排水工程標準技術委員會和中國土木學會給排水學會建筑給水排水委員會。,6,現(xiàn)代建筑物中的給排水系統(tǒng)包括,生活給水系統(tǒng)生

4、活排水系統(tǒng)消防系統(tǒng),7,建筑內部給水系統(tǒng)的分類與組成,建筑內部給水系統(tǒng)：通過引入管，將室外給水管網或建筑小區(qū)給水管網的水輸送到建筑內部的各種衛(wèi)生器具、生產機組和消防設備等各用水點，并能滿足用戶對水質、水量和水壓要求的給水系統(tǒng)。,8,建筑內部給水系統(tǒng)組成,1.引入管，也稱進戶管：連接建筑內部給水系統(tǒng)與城市給水管網或小區(qū)給水管網的聯(lián)絡管段。2.水表節(jié)點：引入管上裝設的水表及其前后設置的閥門、泄水裝置的總稱。3.管道系統(tǒng)：水平干管

5、、立管、支管等組成的供水管網系統(tǒng)。,9,4.用水設備：各種用水器具、用水設備、消防設備等。5.給水管道附件：設置在管路上的各種閥門。6.增壓和貯水設備：水泵、氣壓裝置；水箱、水池等。,建筑內部給水系統(tǒng)組成,10,1-閥門井；2-引入管；3-閘閥；4-水表；5-水泵；6-止回閥；7-干管；8-支管；9-浴盆；10-立管；11-水龍頭；12-淋浴器；13-洗臉盆；14-大便器；15-洗滌盆；16-水箱；17-進水管；18-出水管

6、；19-消火栓；A-進入貯水池；B-來自貯水池圖1 生活給水系統(tǒng),11,關于建筑給水裝置,1、增壓設施2、儲水裝置,12,1、增壓設施,在我國城市供水中，某些城市的供水能力不足，城市水廠發(fā)展速度滯后于住宅和公共建筑發(fā)展速度，加之管道的老化、承壓能力下降，不少城市不但高層建筑需升壓供水，一般多層建筑也不能滿足上層水壓的要求，使我國兩次加壓設備廣泛使用。增壓設施已成為建筑給水中比重最大、發(fā)展最快的一種裝置。我國常用的增壓設施是水泵、

7、氣壓給水設備和變頻調速給水設備。,13,2、儲水裝置,設于屋頂?shù)恼{節(jié)貯水水箱是常用的儲水裝置。但由于其存在二次污染嚴重等缺點，現(xiàn)在水箱從材料和加工上己有很大改進，向多元化發(fā)展。新式水箱從材質上說有鍍鋅、搪瓷、復合鋼板、涂塑、玻璃鋼和不銹鋼的水箱。其和水接觸的內表面不易銹蝕，對水質無污染。水箱外形變化，用呼吸閥替代浮球閥解決了因停球閥關閉不嚴造成的漏水問題。,14,建筑內部給水系統(tǒng)給水方式,1.直接給水方式給水系統(tǒng)直接在室外管網壓力

8、下工作。（1）簡單給水方式室外管網水壓任何時候都滿足建筑內部用水要求。（2）單設水箱的給水方式室外管網大部分時間能滿足用水要求，僅高峰時期不能滿足。,15,圖2 簡單的給水方式,16,圖3 單設水箱的給水方式,17,2.設貯水池、水泵和水箱的給水方式,當建筑內部給水系統(tǒng)用水量大，室外給水管網水質和水量能滿足要求，而水壓不滿足要求時采用；或者室內消防設備要求儲備一定容積的水量時采用。室外管網－－貯水池－－水泵－－水箱－－出

9、水管－－供水。,18,圖4 設有水池、水泵和水箱的給水方式,19,3.分區(qū)給水方式,建筑物層數(shù)較多或高度較大時，若室外管網的水壓只能滿足較低樓層的用水要求，而不能滿足較高樓層用水要求時采用。下區(qū)——直接供水；上區(qū)——貯水池、水泵、水箱聯(lián)合供水方式。兩區(qū)之間設連通管和閘閥。,20,,圖5 分區(qū)給水方式,21,4.氣壓給水方式,利用密閉壓力罐內的壓縮空氣，將罐中的水送到用水點的一種增壓供水方式。密閉壓力罐是一種增壓裝置，相當于屋頂

10、水箱或水塔，可以調節(jié)和貯存水量并保持所需水壓。,22,,1-水泵；2-止回閥；3-氣壓水罐；4-壓力信號器；5-液位信號器；6-控制器；7-補氣裝置；8-排氣閥；9-安全閥；10-閥門圖6 氣壓給水方式,23,24,,,25,,,26,,,27,,,28,,,29,5.變頻調速恒壓給水方式,系統(tǒng)由貯水池、變頻器、控制器、調速泵等組成。用電機變頻調速，通過恒壓控制器接收給水系統(tǒng)內壓力信號，經分析運算后，輸出信號控制水泵轉速，達到恒壓

11、變流量的目的。,30,圖7 變頻調速恒壓給水方式,31,生活給水設備的兩種基本型式：,非匹配式匹配式,32,非匹配式供水設備的特點：,需配置蓄水設備(如水塔、高位水箱等)，以便將多余的水或全部的水暫時蓄存起來。當蓄存的水，達到高水位時，水泵停止運轉，這時，由蓄水器向用水系統(tǒng)供水。當蓄水器中的水被用到低水位時，水泵再次起動向蓄水設備供水。,水泵的供水量 〉 系統(tǒng)的用水量,33,非匹配式供水方式 ——高位

12、水箱供水,并列供水方式減壓水箱供水方式減壓閥供水方式,高位水箱供水方式有：,34,,35,高位水箱供水原理說明：,供水系統(tǒng)將城市管網的供水先送入地下蓄水池，通過水泵把水注入高位水箱，再通過管網的高位水箱靠其自然壓力（重力）將水送至各用水點。為保證供水的連續(xù)性，高位水箱中必須一定數(shù)量的水，同時在供水過程中還要防止高位水箱水滿溢出，因此要將水位控制在一個特定的范圍內。,36,高位水箱供水的自動控制環(huán)節(jié)要完成以下任務：,（1）當高位水

13、箱的水位低于下限水位時，啟動水泵向水箱儲水。當水位達到或超過上限水位時，水泵停機。 高位水箱給水泵的啟停通過水箱內的上下限水位傳感器來獲得啟停信號。（2）對給水泵的常規(guī)監(jiān)控的內容有： 水泵的工作模式、運行狀態(tài)、故障報警等。（3）地下蓄水池水位監(jiān)控： 主要監(jiān)控高水位報警，防溢出。,37,水泵的供水量隨著用水量的變化而變化，沒有多余的水量。,匹配式供水設備的特點是,不設置高位水箱等蓄水設備。,38,1

14、、早期的水泵直供式給水系統(tǒng),就是一種原始的匹配式供水設備，但由于水泵的速度不能調節(jié)，水壓隨用水量的變化而急劇變化。當用水量很小時，水壓很高，供水效率很低，既不節(jié)能，又使系統(tǒng)的水壓不穩(wěn)定。為了解決節(jié)能的問題目前出現(xiàn)了恒壓變頻供水系統(tǒng)。,39,2、恒壓變頻供水系統(tǒng),以供水主管上的壓力或管網某結點的壓力作為目標值，由智能控制器經過高級計算來控制變頻器的頻率增減及水泵的投入或退出數(shù)量，從而實現(xiàn)閉環(huán)控制。,40,恒壓變頻供水系統(tǒng),對于智能型建筑的

15、恒壓供水系統(tǒng)，大多采用了變頻調速環(huán)節(jié)來降低供水的電能消耗并提高系統(tǒng)的自動化程度。,41,恒壓變頻供水系統(tǒng),最初的恒壓供水系統(tǒng)依靠接觸繼電器控制電路，由人工操作和利用調節(jié)泵出口閥的開啟度來實現(xiàn)恒壓供水，再往后，使用了微機及PLC的控制系統(tǒng)。最初的系統(tǒng)中使用的是不調速電機拖動水泵運行，水流量還是由控制調節(jié)給水泵出口閥開啟度來控制。對拖動電機實施變頻調速可大幅度節(jié)能，于是節(jié)能型的由PLC和變頻器組成的變頻調速恒壓供水系統(tǒng)較大范圍地進入了應

16、用。,42,由壓力傳感器、變頻器、給水泵群組和可編程控制器構成的恒壓供水系統(tǒng)：,,原理框圖,43,閉環(huán)的壓力負反饋控制方式,壓力傳感器將供水管網中的水壓轉換成電信號，經放大后，形成一個反饋電壓信號，與系統(tǒng)的給定輸入電壓信號進行比較，二者的差值送給Fuzzy—PID環(huán)節(jié)進行運算，再去控制變頻器的輸出頻率，由PLC控制并聯(lián)的若干臺水泵在工頻電源和變頻電源之間切換運行，實現(xiàn)供水管網壓力的自動調節(jié)。,44,45,其他,還有氣壓水箱供水的系統(tǒng)，此

17、類系統(tǒng)的整體性能要差一些。,46,高位水箱供水與恒壓供水方式的特性比較,1、高位水箱供水是一種傳統(tǒng)的有效供水方式，對于大、中、小建筑均能有效的提供供水，但水箱內的儲水水質容易受到二次污染。,47,高位水箱供水與恒壓供水方式的特性比較,2、變頻調速恒壓供水方式節(jié)能效果好，自動化程度高、效率高，但要求水泵群組長時間不停運行，即使在夜間用水量很少時也要消耗動力。,48,高位水箱供水與恒壓供水方式的特性比較,3、由變頻器、PLC等環(huán)節(jié)構成

18、的恒壓供水系統(tǒng)整體設備投資較大。,49,高位水箱供水與恒壓供水方式的特性比較,采用哪種方式為樓宇供水，應該做準確的技術經濟分析比較之后再行決定。,50,恒壓供水系統(tǒng)通常采取以下四種方案,①變頻主泵 +工頻輔泵； ②變頻主泵+工頻輔泵+氣壓罐； ③變頻主泵+氣壓罐； ④變頻主泵+變頻輔泵。,51,建筑內部給水系統(tǒng)的監(jiān)控,高位水箱供水系統(tǒng)監(jiān)控 水泵給水系統(tǒng)監(jiān)控,52,高位水箱供水系統(tǒng)監(jiān)控,

19、高位水箱運行監(jiān)控 系統(tǒng)與設備運行狀態(tài)及參量監(jiān)控,53,1、高位水箱運行監(jiān)控,高位水箱中設置了：溢流水位停泵水位啟泵水位低限報警水位四個液位開關。,高位水箱供水系統(tǒng)監(jiān)控,54,1、高位水箱運行監(jiān)控,當高位水箱中的儲水水位在不同位置時，相應的液位開關送出信號給DDC。如水箱儲水水位高于啟泵水位但達到停泵水位時，DDC接收到相關信號，經過處理后，再由DDC給出控制信號控制配電箱內水泵的控制線路主觸點，使生活水泵停機。當高位水箱

20、儲水水位達到溢流報警水位時，控制器發(fā)出報警，提示值班人員干預處理。工作泵和備用泵的工作切換也由DDC控制環(huán)節(jié)自動完成。在工作泵故障時，將備用泵投入運行，并將工作泵從工作線路中切離出來。,高位水箱供水系統(tǒng)監(jiān)控,55,1、高位水箱運行監(jiān)控,一般的，高位水箱有多臺泵構成工作泵組，一臺泵故障，其他備用泵根據(jù)需要投入運行。除此之外，系統(tǒng)還對泵組中各臺泵的當前運行累計時間自動存儲記錄，在整個高位水箱工作運行過程中，對泵組中各個水泵進行均衡運行控制

21、。啟動時，首先啟動當前運行累計時間最少的水泵。,高位水箱供水系統(tǒng)監(jiān)控,56,2、系統(tǒng)與設備運行狀態(tài)及參量監(jiān)控,從水泵控制配電箱（柜）接觸器輔助觸點處采集給水泵啟停狀態(tài)信號； 從給水泵控制配電箱（柜）熱繼電器觸點處采集給水泵故障報警信號； 從給水泵控制配電箱（柜）轉換開關處，采集給水泵平均自動轉換狀態(tài)的當前信息； 從水流開關狀態(tài)輸出點采集給水泵工作狀態(tài)的信號； 從液位開關采集高位水箱儲水的水位數(shù)據(jù)，并因此來

22、進行水泵的啟/?？刂?。,高位水箱供水系統(tǒng)監(jiān)控,57,2、系統(tǒng)與設備運行狀態(tài)及參量監(jiān)控,通過DDC的數(shù)字輸出口，控制給水泵配電箱（柜）的控制線路的投入或切離。,高位水箱供水系統(tǒng)監(jiān)控,58,2、系統(tǒng)與設備運行狀態(tài)及參量監(jiān)控,水箱給水系統(tǒng)由水箱蓄水池和水泵組成?？刂葡到y(tǒng)現(xiàn)場設備為DDC、液位傳感器組成。水箱設置三個監(jiān)控水位：溢流液位、啟泵液位、和停泵液位。當液位低于溢流液位時，由控制器給出水泵的啟動信號。當水位高于停泵液位時，控制器給出停止

23、信號。當液位高于溢流液位時，控制系統(tǒng)發(fā)出警報。水池的三個監(jiān)控水位與水箱基本相同，控制過程基本相同。水泵控制和監(jiān)測內容有：運行狀態(tài)、故障狀態(tài)監(jiān)控；手/自動狀態(tài)反饋及啟?？刂?。,高位水箱供水系統(tǒng)監(jiān)控,59,水泵給水系統(tǒng)監(jiān)控,系統(tǒng)工作運行參量監(jiān)控,60,1、系統(tǒng)工作,系統(tǒng)中使用水管式壓力傳感器檢測管網壓力，DDC根據(jù)該測量值與給定值比較后產生的偏差控制變頻器輸出頻率，控制水泵轉速，使管網供水壓力維持在一個合理控制范圍。,水泵給水系統(tǒng)監(jiān)控

24、,61,1、系統(tǒng)工作,當供水管網供水量增加或供水不足時，管網壓力減小，DDC控制變頻器輸出頻率增加，水泵轉速增加和供水量增加；用戶用水量減小，管網壓力增加，DDC控制變頻器輸出頻率變小，水泵轉速下降，供水量減少，實現(xiàn)節(jié)能運行控制。系統(tǒng)工作時，調速水泵首先工作，當調速工作已不能滿足供水要求時，啟動不調速泵工作，通過合理配置調速泵和不調速泵的臺數(shù)和功率，達到較好的節(jié)能效果。,水泵給水系統(tǒng)監(jiān)控,62,1、系統(tǒng)工作,系統(tǒng)中有多臺水泵協(xié)同工作，

25、各為備用時，系統(tǒng)可以進行故障泵的自動切離和備用泵的啟動投入，還可進行均衡運行和遠程的啟?？刂啤?水泵給水系統(tǒng)監(jiān)控,63,2、運行參量監(jiān)控,水泵給水系統(tǒng)監(jiān)控,使用安裝在供水干管上的管式液壓傳感器采集供水壓力。從不調速水泵配電柜（箱）接觸器輔助觸點處采集水泵的啟停狀態(tài)信息。從不調速水泵配電柜（箱）的熱繼器觸點處采集水泵發(fā)生故障的信息。從不調速水泵的配電柜（箱）轉換開關處采集手/自動轉換狀態(tài)信息。 從DDC數(shù)字輸出口輸出到不調速水泵

26、配電柜（箱）接觸器控制回路，控制水泵的啟停。,64,2、運行參量監(jiān)控,從調速水泵配電柜（箱）接觸器的輔助觸點采集調速水泵啟停狀態(tài)信息。 從DDC數(shù)字輸出口輸出到調速水泵配電柜（箱）接觸器控制回路對調速水泵進行啟?？刂?。 從DDC模擬輸出口輸出到調速水泵驅動電機變頻器控制口對調速水泵進行轉速控制。 從水流開關狀態(tài)輸出點采集水流開關狀態(tài)信息。,水泵給水系統(tǒng)監(jiān)控,65,2、運行參量監(jiān)控,由于在高層建筑中，水泵直接給水系

27、統(tǒng)采用單一給水壓力供水，則建筑低層的給水壓力就很大，導致供水效果變差?？刹扇》謪^(qū)配置不同揚程的水泵向不同分區(qū)供水的方式或使用同一揚程的水泵但進行減壓后向不同的分區(qū)供水的方法。,水泵給水系統(tǒng)監(jiān)控,66,建筑排水系統(tǒng),包括：中水和污水兩個部分。,67,建筑排水系統(tǒng),中水指生活廢水及普通下水，如洗手盆的下水和其他下水。中水和污水各走自己的排水管道，二者是分開的，這樣污水的難聞氣味不會進入到中水系統(tǒng)，即中水系統(tǒng)是不會被污水系統(tǒng)污染的。污水通

28、過污水管道排入城市污水管網。中水的回收利用潛力較大，如中水的二次利用，如景觀工程用水等。,68,排水系統(tǒng)的自動控制,在現(xiàn)代建筑的排水系統(tǒng)中，靠污水的重力沿排水管道排入污水井進入城市排水管網，這是地面上部分（建筑物）的污水排水方式。而建筑的地面下部分污水排放，則首先要將污水集中于污水池，再用排污水泵將其排放到地面上的排水系統(tǒng)。,69,排水系統(tǒng)的自動控制,在污水集水池中設置液位開關，監(jiān)測以下不同的水位：停泵的水位、啟泵水位和溢流報警水位、

29、低限報警水位等。DDC根據(jù)液位開關采集到不同的狀態(tài)信號來控制排水泵的啟停。當集水池水位達到啟泵水位時，DDC自動控制污水泵啟動，排放集水池內污水。,70,排水系統(tǒng)的自動控制,當集水池內水位下降到停泵水位時，DDC自動控制污水泵停止運行。當集水池水位達到溢流水位，系統(tǒng)報警。當集水池水位已經達到至啟泵水位或水位已經低于停水泵位而水泵仍然處于開啟運行狀態(tài)時，系統(tǒng)發(fā)出警報。,71,排水系統(tǒng)的自動控制,排水系統(tǒng)中有多臺排污泵時，多臺泵互為

30、備用，若一臺泵發(fā)生故障，監(jiān)控系統(tǒng)自動將其從主線路中切離，并隨后啟動備用泵投入運行?？刂葡到y(tǒng)保存有系統(tǒng)中設備的運行時間自動記錄，可根據(jù)這些自動記錄對設備進行均衡運行控制（這些設備主要是水泵）。控制系統(tǒng)還可對現(xiàn)場設備進行遠程開關控制。,72,排水系統(tǒng)運行狀態(tài)及運行參量監(jiān)控,通過水流開關輸出點對水流狀態(tài)進行監(jiān)控；通過對排水配電箱接觸器輔助觸點的開/閉信號采集，對排水泵啟停狀態(tài)進行監(jiān)控；取自安裝在集水坑的液位開關給出的信號對集水坑水位進

31、行監(jiān)測；通過對排水泵配電箱熱繼電器觸點開啟/閉合狀態(tài)的信號采集，可對排水泵故障發(fā)出報警；自DDC的DO口輸出到排水泵配電箱接觸器控制回路，對排水泵進行啟?？刂?。,73,水網管路設計為：在排水池中利用兩個排水泵將供出的水排回供水箱，形成一個給排水系統(tǒng)，并利用變頻器、可編程控制器進行恒壓供水控制。,實驗系統(tǒng)——建筑物內的給排水系統(tǒng),方案——變頻主泵 +工頻輔泵,74,,水路管網,75,雙泵恒壓供水系統(tǒng)的主電路,,76,變頻調速控制原理

32、與思路,本實驗系統(tǒng)主要通過變頻器所具有的PID控制，并通過可編程控制器，水壓傳感器，組成單閉環(huán)PID調節(jié)系統(tǒng)，使水壓穩(wěn)定于恒定狀態(tài)。變頻泵在整個實驗過程持續(xù)運行。,77,,供水系統(tǒng)控制部分接線圖,78,當系統(tǒng)用水量增大時，變頻泵頻率升高，當頻率高于工頻50HZ時，變頻器發(fā)出高頻信號給PLC，PLC延時2min，給出信號使工頻泵運轉。當用水量慢慢減小，頻率低于變頻器下限頻率，變頻器發(fā)出低頻信號給PLC，PLC延時3min，給出信號關斷工頻