CN101781899A - 生活供水节能改造方法及应用该方法的系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种供水节能的改造方法及实现该方法的系统，尤其是一种生活供水节能改造方法及应用该方法的系统。生活供水节能改造方法包括步骤：建立市政管网供水与水池供水的自动切换机制，当市政管网供水流量大于或等于用户管网用水需求时，通过市政管网向用户管网供水；当市政管网供水压力小于用户管网用水压力需求时，切换至由水池向用户管网供水，同时市政管网向水池供水。本发明的生活供水节能改造方法及应用该方法的系统通过建立市政管网供水与水池供水的自动切换机制。使用后既能利用自来水管道的原有压力，又能利用足够的存储水量缓解高峰用水，并不会对自来水管道产生负压。如只有一个区供水，当转为水池供水时如水泵配置合理不节能，如配置不合理，水泵优化后也有一定的节能效果；多个区供水时不影响中低区的节能。

Description

生活供水节能改造方法及应用该方法的系统

技术领域

本发明涉及一种供水节能的改造方法及实现该方法的系统，尤其是一种生活供水节能改造方法及应用该方法的系统。

背景技术

目前，普遍采用的生活变频恒压供水，不论用户是否用水，水泵不会停机，因为停机时，如有用水水泵加速需要一定的时间，会引起供水压力不稳定，所以都没有设停泵功能，虽然运行电流不大，但全年不间断的运行的耗电量是非常可观。所以在此供水系统中存在较大的能量浪费，即市政管网的水压进入地下水池后降为0，此能量白白浪费。如果将水泵直接与市政管网连接，在小区用水量大于市政管网供水量时，水泵的吸程会对市政管网产生负压，造成部分利用市政管网直接供水的小区水压下降，无法正常供水。

二次加压供水设备广泛应用在自来水管网压力不足的场合。按水泵与管道连接方式不同，供水方式可分为两种：1、水箱水泵加压供水；2、管道泵加压供水。

供水方式1由于水箱能有效地进行水量的吞吐，即在非用水高峰时储存水量，此时自来水管道所能提供的流量Q_自大于用户所需要的水量Q_用，(即Q_自＞Q_用)，而在用水高峰期Q_自＜Q_用时释放所存储的水量，因此能有效地保护用户用水的可靠性，同时由于自来水管是通过水箱与水泵相接的，故水泵始终不会对自来水管网产生负压，但自来水管网中的原有压力无法被水泵利用，势必造成能量的浪费。

供水方式2虽然在Q_自＞Q_用时能利用管网原有的压力，但因没有蓄水装置而不能满足高峰期用水量，故无法确保用户用水的可靠性，并且在用水高峰时对自来水管网产生吸力(负压)，因而无法被广泛应用。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种既能利用自来水管道的原有压力，又能利用足够的存储水量缓解高峰用水，并不会对自来水管网产生负压的生活供水节能改造方法和系统。

为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案，包括如下步骤：

建立市政管网供水与水池供水的自动切换机制，当市政管网供水流量大于或等于用户管网用水流量需求时，通过市政管网向用户管网供水；当市政管网供水流量小于用户管网用水需求时，切换至由水池向用户管网供水，同时市政管网向水池供水。

优选地，还包括步骤：若用户管网同时存在低区用户管路、中区用户管路和/或高区用户管路，则将低区用户管路、中区用户管路和/或高区用户管路相并接，通过一套水泵系统进行供水。

优选地，所述水泵系统根据高区用户管路供水压力需求进行供水，所述低区用户管路及中区用户管路上进行减压供水。

本发明还提供一应用上述方法的节能供水系统，该系统与市政管网连接，包括用户管网、水泵系统及水池，所述用户管网通过水泵系统2分别与水池和市政管网相连接，水泵系统中包括切换控制单元，所述切换控制单元控制水池供水和市政管网供水的切换及水泵之间的切换。

优选地，所述水泵系统包括至少一水泵及控制该水泵运行的变频控制柜，所述切换控制单元为设于变频控制柜中的一进行切换控制的PLC。

优选地，所述市政管网与水泵之间设有一储能罐，所述储能罐上设有负压消除器及液位控制器，储能罐与水泵之间设有一电动阀，所述负压消除器用于消除水泵对市政管网所产生的负压，所述液位控制器检测储能罐中的液位并将检测结果发送至切换控制单元，切换控制单元根据接收的检测结果控制电动阀的开关实现水池供水与市政管网供水的转换。

优选地，所述用户管网至少包括低区用户管路。

优选地，所述用户管网包括低区用户管路、中区用户管路和/或高区用户管路。

优选地，所述低区用户管路及中区用户管路上设有减压阀。

本发明的生活供水节能改造方法及应用该方法的系统通过建立市政管网供水与水池供水的自动切换机制。使用后既能利用自来水管道的原有压力，又能利用足够的存储水量缓解高峰用水，并不会对自来水管网产生负压。如只有一个区供水，当转为水池供水时如原水泵配置合理不节能，如配置不合理，水泵优化后也有一定的节能效果；多个区供水时停用中、低区水泵，节能效果显著，节能率一般在60％以上。

附图说明

图1是现有的水箱水泵加压供水结构示意图；

图2是现有的管道泵加压供水示意图；

图3是本发明第一实施例的工作流程示意图；

图4是本发明第一实施例的并网流程示意图；

图5是本发明第一实施例的减压流程示意图；

图6是本发明第二实施例的单区供水结构示意图

图7是本发明第二实施例的多区供水结构示意图。

本发明目的、功能及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

如图3所示，本发明的第一实施例包括步骤：

100、建立供水切换机制，具体是指建立市政管网供水与水池供水的自动切换机制

110、判断供水流量，具体是指判断当前市政管网供水流量是否满足用户管网用水流量需求；

120、当市政管网供水流量大于或等于用户管网用水需求时，即为图中的“是”条件时，通过市政管网向用户管网供水；

130当市政管网供水流量小于用户管网用水需求时，即为图中的“否”条件时，切换至由水池向用户管网供水(同时市政管网向水池供水)。

使用上述方法后，既能利用自来水管道的原有压力，又能利用足够的存储水量缓解高峰用水，并不会对自来水管道产生负压。如只有一个区供水，当转为水池供水时如水泵配置合理不节能，如配置不合理，水泵优化后也有一定的节能效果；多个区供水时不影响中低区的节能。

但是现有的高层住宅的用户管网一般包括低区用户管路、中区用户管路和/或高区用户管路，所述低区用户管路、中区用户管路和/或高区用户管路分别通过一套水泵系统进行供水，水泵系统中最少3台水泵同时运行，所以泵对电量的消耗非常大，而且控制泵工作的变频控制柜的负载也较大，不利用长期稳定的工作，为了解决上述问题，如图4所示，本发明的第一实施例进一步包括如下步骤：

200、检查用户管网是否存在中区用户管路和/或高区用户管路；

210、若用户管网同时存在低区用户管路、中区用户管路和/或高区用户管路，即为图中的“是”条件时，则将低区用户管路、中区用户管路和/或高区用户管路相并接，通过一套水泵系统进行供水至少1台水泵运行。

220、若只存在低区用户管路，即为图中的“否”条件时，则保留原有管路，不进行改造，即水泵出水管路不改造，进水管路跟多个区供水改造方式一样。

完成上述步骤后，用户管网的低区用户管路、中区用户管路和/或高区用户管路通过一套水泵系统进行供水，减少了水泵的使用数量，节省了大量的电能消耗，并且变频控制柜的负载也大幅度降低，保证了变频控制柜的长期稳定的工作，延长了使用寿命。

在进行上述步骤210的改造后，水泵系统如果按照低区用户管路或中区用户管路的供水压力需求进行供水，则高区用户管路的水压不能够保证正常供水，如果按照高区用户管路的水压需求进行供水，则水泵系统对低区用户管路和中区用户管路的供水压力很大，为了是低区用户管路和中区用户管路维持正常的供水压力，如图5所示，在进行上述步骤210后，进一步进行步骤211、所述水泵系统根据高区用户管路供水压力需求进行供水，所述低区用户管路及中区用户管路上进行减压供水。

本发明的第二实施例提供了一种实现第一实施例所述方法的生活供水节能系统，该系统与市政管网连接，如图6和图7所示，包括用户管网1、水泵系统2及水池3，所述用户管网1通过水泵系统2分别与水池3和市政管网相连接，水泵系统2中包括切换控制单元21，所述切换控制单元21控制水池3供水和市政管网供水的切换。

所述水泵系统包括至少一水泵22及控制该水泵运行的变频控制柜23，所述切换控制单元21为设于变频控制柜23中的一进行切换控制的PLC。PLC为可编程控制器，水泵运行方式由该可编程控制器内的程序控制，水池与市政的转换是由电动阀控制的，电动阀关闭时自动转为水池供水。

现在的基本配置为1套供水设备包括2台或3台大泵再加1台小泵。另一种配置为2台或3台大泵无小泵，没有小泵的配置在用水低峰期时，大泵的无功损耗非常大。有大小泵配置的供水设备，90％以上的小泵配置太小，设为自动转换时因小泵流量太小无法满足供水要求，大小泵转换非常频繁，不但不能节能反而会造成水压波动太大，给用户造成太多不便，如洗澡时水压变化，热水器出水温度变化会烫伤人等，所以此系统中的小泵几乎全部被锁定，不让小泵运行。改造时会根据用水量配置合适的水泵，而且限定小泵的运行时间，如洗澡时间不转小泵、大泵转换时间放在深夜，用水高峰期供水压力会非常稳定。

所述市政管网与水泵22之间设有一储能罐4，所述储能罐4上设有负压消除器41及液位控制器42，储能罐4与水泵22之间设有一电动阀5，所述负压消除器41用于消除水泵22对市政管网所产生的负压，所述液位控制器41检测储能罐4中的液位并将检测结果发送至切换控制单元21，切换控制单元21根据接收的检测结果控制电动阀5的开关。

所述用户管网至少包括低区用户管路。即在低层小区中，只有一个区供水，也可以改造，利用市政压力一样可以节能。

所述用户管网包括低区用户管路、中区用户管路和/或高区用户管路。

所述低区用户管路及中区用户管路上设有减压阀。

使用时，当Q_自＞Q_用时，此时水箱蓄水，至设计水位则浮球阀关闭，在自来水压力的作用下止回阀(在水池与水泵进水管上加装止回阀)关闭，由此便构成了管道泵供水状态，此时水泵能有效地借用自来水管道原有的压力。

当Q_自＜Q_用时，由于水泵的进水口直接与自来水管道相连接，若止回阀未打开，则水泵的进水口处便会产生负压。由于止回阀的底部压力小而上部压力大，此时由于电动阀自动关闭，水泵的吸力会作用在止回阀上故止回阀打开时水箱里的水在重力的作用下流向水泵入水口，此时O点的压力为P₀＝ρg(H-Hr)，式中H表示水箱水面到止回阀上部的高度，Hr表示止回阀在额定流量下的局部阻力水头，ρ表示水的体积质量，g表示重力加速度。

由于止回阀的正向阻力水头一般小于5kPa，因此只要H＞5kPa就能使O点的最小压力始终为正值，也就保证了自来水管道在水泵对接处始终不会出现负压。

当Q_自＝Q_用时，此为暂时的平衡点，它保持着提供的原有状态。

设水泵吸水口的自来水管网压力为P_自，供水设定压力为P_设，则水泵的出口实际压力将降低至P_实＝P_设-P_自(不计因水泵阻力造成的压头损失)，水泵的实际工作转速是以水泵出口的压力值为主参数，即实际出口的压力值始终恒定在P_设上而不会造成压力水头的损失。其工作过程是：首先微机检测压力传感器的实际压力值，若P_实＜P_设，则危机控制变频器带动水泵增速运行，于是P_实升高，直到P_自+P_实＝P_设为止。P_设-P_自的差值越大，变频器带动水泵的转速就越高；反之，P_设-P_自的差值越小，变频器带动水泵的转速就越低。当P_设-P_自＝0(即自来水管网的压力达到需要的设定值)时水泵自动停机。由此可见，经节能改造后，能充分利用自来水管道的压力，是水泵以最合适的转速运转，对用户不产生多余的水头流失，达到了显著的节能效果。

经改造后的供水系统包含两种状态：a、管道泵供水状态；b、水箱水泵供水状态。无论处于哪种状态，该设备对自来水管道对接处的压力始终不会产生负值。

上述两种工作状态的转换是由自来水管道所能提供的水量Q_自与用户所需要的水量Q_用的相对关系来确定的。当Q_自≥Q_用时供水设备处于管道泵供水状态；当Q_自＜Q_用时，供水设备处于水箱-水泵供水状态，整个过程的转换时自动完成的。

在所述的管道泵供水状态下，用变频器带动的水泵能适时根据自来水管道压力的变化及供水管网的压力变化恒定供水管网压力，以最佳转速工作，达到了显著的节能效果。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种生活供水节能改造方法，其特征在于：包括如下步骤：

建立市政管网供水与水池供水的自动切换机制，当市政管网供水流量大于或等于用户管网用水需求时，通过市政管网向用户管网供水；当市政管网供水流量小于用户管网用水需求时，切换至水池向用户管网供水，同时供市管网向水池供水。

2.如权利要求1所述的生活供水节能改造方法，其特征在于，还包括步骤：若用户管网同时存在低区用户管路、中区用户管路和/或高区用户管路，则将低区用户管路、中区用户管路和/或高区用户管路相并接，通过一套水泵系统进行供水，停用中、低区水泵。

3.如权利要求1所述的生活供水节能改造方法，其特征在于：所述水泵系统根据高区用户管路供水压力需求进行供水，所述低区用户管路及中区用户管路上进行减压供水。

4.一种应用如权利要求1所述的方法的节能供水系统，该系统与市政管网连接，其特征在于：包括用户管网、水泵系统及水池，所述用户管网通过水泵系统2分别与水池和市政管网相连接，水泵系统中包括切换控制单元，所述切换控制单元控制水池供水和市政管网供水的切换。

5.如权利要求4所述的节能供水系统，其特征在于：所述水泵系统包括至少一水泵及控制该水泵运行的变频控制柜，所述切换控制单元为设于变频控制柜中的一进行切换控制的PLC(可编程控制器)。

6.如权利要求5所述的节能供水系统，其特征在于：所述市政管网与水泵之间设有一储能罐，所述储能罐上设有负压消除器及液位控制器，储能罐与水泵之间设有一电动阀，所述负压消除器用于消除水泵对市政管网所产生的负压，所述液位控制器检测储能罐中的液位并将检测结果发送至切换控制单元，切换控制单元根据接收的检测结果控制电动阀的开关实现水池与市政管网间的自动转换。

7.如权利要求6所述的节能供水系统，其特征在于：所述用户管网至少包括低区用户管路。

8.如权利要求6所述的节能供水系统，其特征在于：所述用户管网包括低区用户管路、中区用户管路和/或高区用户管路。

9.如权利要求8所述的节能供水系统，其特征在于：所述低区用户管路及中区用户管路上设有减压阀。

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