JP2010275688A - Boost water supply system for high-rise building - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、可変電圧・可変周波数電源にて制御される電動機で駆動する可変速ポンプの複数台以上を並列に運転させ、その圧力を吐出圧力一定制御または推定末端圧力一定制御方式によって制御されている高層建物用増圧給水システムに関するものである。本発明は、前記吐出圧力一定制御または推定末端圧力―定制御によって制御される増圧給水ユニツトを、高圧力増圧ユニット(H系統用)と低圧力増圧ユニット(L系統用)の複合増圧ユニツトに構成し、前記複合増圧ユニツトを複数ユニット直列に接続して、中高層建物の全階層床に対しても、必要な圧力で必要な水量を給水出来るように構成した高層建物用増圧給水システムに関するものである。 In the present invention, a plurality of variable speed pumps driven by an electric motor controlled by a variable voltage / variable frequency power source are operated in parallel, and the pressure is controlled by a constant discharge pressure control or an estimated terminal pressure constant control method. It relates to the increased pressure water supply system for high-rise buildings. According to the present invention, the pressure increasing water supply unit controlled by the constant discharge pressure control or the estimated terminal pressure-constant control is combined with a high pressure increasing unit (for H system) and a low pressure increasing unit (for L system). High-rise building pressure booster configured to supply the required amount of water at the required pressure to all floors of medium- and high-rise buildings by connecting multiple units of the above-mentioned complex pressure boosting units in series. It relates to the water supply system.
従来の高層建物用増圧給水システムは、増圧給水ユニツトを直列にしたものとして、たとえば、特開2008−223269号公報(特許文献1)、特開2008−240276号公報(特許文献2)がある。しかし、前記高層建物用増圧給水システムは、一組で構成されており、給水系統も1系統で構成されている。このために、前記特許文献1および特許文献2の高層建物用増圧給水システムは、低階層床の給水栓に減圧弁が必要であった。
As for the conventional pressurized water supply system for high-rise buildings, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-223269 (Patent Document 1) and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-240276 (Patent Document 2) assume that the pressurized water supply units are arranged in series. is there. However, the high-pressure building water supply system for high-rise buildings is configured as one set, and the water supply system is also configured as one system. For this reason, the pressure-increasing water supply system for high-rise buildings in
また、高層建物用増圧給水システムは、6 階建ビルの場合と9階建ビルの場合、ゾーニング方法によって、複数の増圧給水ユニツトを直列にして解決している。しかし、前記高層建物用増圧給水システムは、一組であり、給水系統も1系統で構成している。 In addition, in the case of 6-story buildings and 9-story buildings, the increased-pressure water supply system for high-rise buildings solves multiple pressure-increasing water supply units in series by the zoning method. However, the pressure-increasing water supply system for high-rise buildings is one set, and the water supply system is also composed of one system.
本発明は、増圧給水ユニツトを高圧力給水ユニット(H系統用)と、低圧力給水ユニット(L系統用)の複合増圧ユニットとして構成することにより、低階床水栓に低圧力給水ユニットから給水することにより減圧弁を省略している。また、本発明は、低圧力給水ユニットの設定圧力、あるいは推定末端圧力一定制御の目標曲線圧力を、従来のl給水系統の場合よりも、低く設定できるため、省エネルギー効果を大きくすることができる。 The present invention provides a low-pressure water supply unit for a low-floor floor faucet by configuring the pressure-increasing water supply unit as a combined pressure increase unit of a high-pressure water supply unit (for H system) and a low-pressure water supply unit (for L system). The pressure reducing valve is omitted by supplying water. Further, according to the present invention, the set pressure of the low-pressure water supply unit or the target curve pressure of the estimated terminal pressure constant control can be set lower than in the case of the conventional l water supply system, so that the energy saving effect can be increased.
本発明は、増圧ポンプユニットを高圧力給水ユニツトと、低圧力給水ユニツトの複合増圧ユニットで構成し、低階層ゾーン複合増圧ユニット、中間階層ゾーン増圧ユニット、上階層ゾーン複合増圧ユニツトを直列に接続することにより、低階床の減圧弁を省略し、省エネルギー効果を高める高層建物用増圧給水システムを提供することを目的とする。 In the present invention, the booster pump unit is composed of a high pressure water supply unit and a low pressure water supply unit composite pressure increase unit, and a low hierarchy zone composite pressure increase unit, an intermediate hierarchy zone pressure increase unit, and an upper hierarchy zone composite pressure increase unit. An object of the present invention is to provide a pressure-increasing water supply system for a high-rise building that eliminates the pressure reducing valve on the lower floor and improves the energy saving effect.
本発明の高層建物用増圧給水システムは、たとえば、8階建ビルに給水する場合を考える。この場合、給水系統は、1〜4階用の低圧力系統と、5〜8階用の高圧力系統に分割される。本発明は、5〜8階用の高圧力系統用給水ユニツトと1〜4階用に低圧力系統給水ユニツトを対応させ、合計2組の給水ユニツトによって構成される複合増圧ユニツトを適用する。このような設計にすることにより、1〜4階の給水系統も減圧弁が不要となる。 The case where the pressurized water supply system for high-rise buildings of this invention supplies water to an eight-story building is considered, for example. In this case, the water supply system is divided into a low pressure system for 1-4 floors and a high pressure system for 5-8 floors. The present invention applies a composite pressure increasing unit constituted by a total of two sets of water supply units, corresponding to the 5-8th floor high pressure system water supply units and the 1st-4th floor low pressure system water supply units. With such a design, the water supply system on the 1st to 4th floors does not require a pressure reducing valve.
また、1〜4階用の低圧力系統用給水ユニツトは、5〜8階給水用の高圧力系統給水ユニットよりも低い圧力設定のもとで運転ができるから、従来方式のように、1〜8階までを一つの給水ユニツトで高い圧力設定のもとで運転する場合に比べて省エネルギー効果が大きい。 In addition, the low-pressure system water supply unit for the first to fourth floors can be operated under a lower pressure setting than the high-pressure system water supply unit for the fifth to eighth floor water supply, The energy saving effect is greater than when operating up to the 8th floor with a single water supply unit under a high pressure setting.
本発明によれば、現行の日本水道協会の規格で、最高圧力として規定されている0.75Mpa の増圧ポンプユニットを複合増圧ユニットの高圧力系統用に採用し、この高圧力系統用増圧ユニツトを直列に接続することにより、高層建物用給水システムを構築することができる。 According to the present invention, the pressure boosting pump unit of 0.75 Mpa, which is defined as the maximum pressure in the standards of the current Japan Water Works Association, is adopted for the high pressure system of the composite pressure increasing unit, and the increase for this high pressure system is adopted. A water supply system for a high-rise building can be constructed by connecting pressure units in series.
本発明によれば、複合増圧ユニツトの低圧力系統用を各階層床の低階床用給水に採用することができるので減圧弁を必要としない。 According to the present invention, since the low pressure system of the combined pressure increasing unit can be adopted for the low-floor water supply of each floor, no pressure reducing valve is required.
本発明によれば、高圧力系統、低圧力系統と2系統に分割しているために、低圧力系統の設定圧力を高圧力系統の設定圧力よりも小さく設定できるので、省エネルギー効果が大きく、設備容量も小さくなる。 According to the present invention, since the high pressure system and the low pressure system are divided into two systems, the set pressure of the low pressure system can be set to be smaller than the set pressure of the high pressure system. The capacity is also reduced.
以下、本発明の実施例について図面を用いて詳細に説明する。図1は本発明の高層建物用複合増圧給水ユニット直列方式の構成を示した全体構成図である。本発明の高層建物用増圧給水システムにおける複合増圧ユニツトは、低階層ゾーン用(200 〜1)、中間階層ゾーン用(200 〜2)、上階層ゾーン用(200 〜3)の3組が図示のように直列に構成されている。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is an overall configuration diagram showing a configuration of a combined pressure increasing water supply unit series system for a high-rise building according to the present invention. The composite pressure increasing unit in the pressure increasing water supply system for a high-rise building of the present invention includes three sets of a low-level zone (200-1), a middle-level zone (200-2), and an upper-level zone (200-3). It is configured in series as shown.
前記複合増圧ユニット(200 〜1)、(200 〜2)、(200 〜3)は、それぞれ高圧力系統用(H系統)、低圧力系統用(L系統)の給水ユニツトで構成されており、各階層の5〜8階の給水栓と1〜4階の給水栓に別々に接続される。たとえば、低階層ゾーンでの5〜8階の高圧力系統に接続される給水栓は、20〜5、20〜6、20〜7、20〜8である。同じく1〜4階の低圧力系統に接続される給水栓は、20〜1、20〜2、20〜3、20〜4である。 The combined pressure increasing units (200-1), (200-2), (200-3) are composed of water supply units for high pressure system (H system) and low pressure system (L system), respectively. The water taps on the 5th to 8th floors and the water taps on the 1st to 4th floors of each floor are connected separately. For example, the water taps connected to the high pressure system of 5 to 8 floors in the low zone are 20 to 5, 20 to 6, 20 to 7, and 20 to 8. Similarly, the water taps connected to the low pressure system on the 1st to 4th floors are 20-1, 20-2, 20-3, and 20-4.
同様に、中間階層ゾーン、上階層ゾーンの高圧力系統に接続される給水栓は、2l〜5 、21〜6 、21〜7 、21〜8 と、22〜5 、22〜6 、22〜7 、22〜8 であり、低圧力系統に接続される給水栓は、21〜1 、21〜2 、21〜3 、21〜4 と、22〜1、22〜2 、22〜3 、22〜4 となっている。このように構成することにより、各階層ゾーンの4階〜1階までの給水系統に減圧弁を必要としないように設計できる。本発明の方法では、既に、提案されている給水系統を1系統の増圧給水ユニツトの直列方式よりも、給水系統が2系統必要になる短所を有するが、この短所は、後述のように、本発明の方式では、従来方式に比べ、省エネルギー効果が大きいことで相殺される。むしろ、本発明の長所になっている。 Similarly, the water taps connected to the high pressure system of the middle hierarchy zone and the upper hierarchy zone are 2l-5, 21-6, 21-7, 21-8, 22-5, 22-6, 22-7 , 22-8, and the water taps connected to the low pressure system are 21-1, 21-2, 21-3, 21-4, 22-1, 22-2, 22-3, 22-4 It has become. By comprising in this way, it can design so that a pressure-reduction valve is not required for the water supply system from the 4th floor to the 1st floor of each hierarchical zone. In the method of the present invention, the proposed water supply system has the disadvantage that two water supply systems are required rather than the series system of one pressure-increasing water supply unit. In the system of the present invention, the energy saving effect is greater than that of the conventional system, which is offset. Rather, it is an advantage of the present invention.
最初に、本発明の複合増圧ユニットから説明する。図2は、本発明の複合増圧ユニット200 〜1が詳細に示されている。高圧力系統、低圧力系統給水ユニツトは、それぞれ、ポンプ2台の並列・交互運転方式の増圧給水ユニツトで構成されている。最初に高圧力系統について説明する。ポンプ(P1、P2) 11 〜1、11〜2は、インバータ11〜17、11〜18によって可変電圧・可変周波数制御される誘導電動機11〜15、11〜16によって駆動される。逆止弁11〜3、l1〜5、および締切り弁11〜4、11〜6は、それぞれポンプ吐出側に設けられている。
First, the composite pressure increasing unit of the present invention will be described. FIG. 2 shows the details of the combined pressure increasing unit 200-1 of the present invention. Each of the high-pressure system and the low-pressure system water supply unit is composed of a pressure-increasing water supply unit of a parallel / alternate operation system with two pumps. First, the high pressure system will be described. The pumps (P1, P2) 11-1 and 11-2 are driven by induction motors 11-15 and 11-16, which are variable voltage / variable frequency controlled by inverters 11-17, 11-18. The
逆流防止用逆止弁 11 〜7 は、ポンプ側から水道本管への逆流を防止する、たとえば、2連式を示している。締切り弁 11 〜8 、11〜9 は、ポンプ吸込み側に、フロースイツチ11〜10は、給水流量が低流量に、たとえば、10〜20l/min 以下になったことを検出する。圧力センサ11〜11は、ポンプの吐出圧力を検出する。また、圧力センサ11〜12は、水道本管圧力を検出する、たとえば、本管圧力が揚程で10m以上になった時、給水ポンプP1、P2が運転できるようにインターロックする。圧力タンク11〜13は、ポンプ停止時の圧力保持用である。
The
また、給水栓20〜5 から20〜8 は、高圧力系統を示している。圧力制御器31は、インバータ1l〜17、l1〜18によって、ポンプP1、P2を駆動する誘導電動機11〜15、1l〜16を可変電圧・ 可変周波数制御することによって、ポンプ吐出圧力を一定に、あるいは、推定末端圧力を一定に制御する。実施例の高圧力系統用圧力制御器の詳細を図3に示している。
Moreover, the water taps 20-5 to 20-8 show the high pressure system. The
次に、低圧力系統の給水ユニツトの構成を説明する。ポンプ(P8、P4) 12 〜1 、12〜2 は、インバータ12〜17、12〜18によって可変電圧・可変周波数制御される誘導電動機12〜15、12〜16によって駆動される。逆止弁 12 〜3 、12〜5 は、それぞれのポンプ吐出側に、締切り弁12〜4 、12〜6 は、吐出側にある。逆流防止用逆止弁12〜7 は、ポンプ側から水道本管への逆流を防止する、たとえば、2連式を示している。締切り弁12〜8 、12〜9 は、ポンプ吸込み側に、フロースイツチ12〜10は、給水流量が低流量に、たとえば、10〜20l/min 以下になったことを検出する。
Next, the structure of the low pressure system water supply unit will be described. The pumps (P8, P4) 12-1 and 12-2 are driven by induction motors 12-15 and 12-16, which are variable voltage and variable frequency controlled by inverters 12-17, 12-18. The
圧力センサ12〜11は、ポンプの吐出圧力を検出する。また、圧力センサ12〜12は、水道本管圧力を検出する、たとえば、本管圧力が揚程で10m以上になった時、給水ポンプP3、P4が運転できるようにインターロツクする。圧力保持用圧力タンク12〜13は、ポンプ停止時の圧力を保持するものである。また、給水栓20〜1から20〜4は、低圧力系統のものを示している。
The
圧力制御器 32 は、インバータ12〜17、12〜18によって、ポンプP3、P4を駆動する誘導電動機12〜15、12〜16を可変電圧・ 可変周波数制御することによつて、ポンプ吐出圧力を一定に、あるいは、推定末端圧力を一定に制御するものである。低圧力系統用圧力制御器32の詳細は、高圧力系統用圧力制御器に準じたものである。推定末端圧力一定制御は幾つかの方法が発表されている。
The
図3において、本発明に適用した推定末端圧力一定制御の制御動作を説明する。圧力制御を行うPIまたはPID コントローラ31〜1は、圧力センサ11〜1lで検出したポンプの吐出圧力h1(p.u.)と圧力制御器31の内部で設定された圧力設定値hs(p.u.)を比較し、その偏差が入力として与えられている。
In FIG. 3, the control operation of the estimated terminal pressure constant control applied to the present invention will be described. The PI or
前記偏差は、PIまたはPID コントローラ31〜1 で増幅され、出力がインバータ周波数指令fs*(p.u.)となる。前記周波数指令fs*は、D/A変換器31〜2 、31〜3を通して、インバータ11〜17、11〜18に周波数指令f1s 、f2s を与える。シーケンス制御ブロック31〜7 (SEQ )からインバータに与えられているRUN1 、RUN2 の信号は、インバータを起動、停止するON、OFF信号であり、インバータ起動時に“1"を、停止時に“0"を与える。したがって、RUN1 、RUN2 信号が“1"であれば、圧力設定値hsを基準値として、hIをフィードバック値として、その偏差が小さくなる向きに、インバータ11〜17、11〜l8によって、図2の誘導電動機ll〜15、11〜16の速度を、したがって、ポンプ11〜1 、11〜2
の速度を調整し、圧力制御を遂行する。
The deviation is amplified by the PI or
Adjust the speed and perform pressure control.
ここで、圧力設定値hsは、圧力制御器31の内部で設定される最小圧力設定値ho(p.u) と、摩擦揚程演算器31〜6(HEAD)の出力△h (p.u) の和によって与えられる。つまり、
hs=ho+△h (p.u.) ・・・(1)
摩擦揚程演算器31〜6(HEAD)は、流量演算器31〜5(FLOW)の出力である流量推定値q *(p.u.)を受け取り、次の演算によつて、摩擦損失揚程△h(p.u.)を演算する。
△h=Kq・q*2(p.u.) ・・・(2)
ここに、Kqは、摩擦損失揚程係数である。たとえば、ho=0 .7 (p.u.)に設定されている場合とする。
Here, the pressure set value hs is given by the sum of the minimum pressure set value ho (pu) set inside the
hs = ho + △ h (pu) (1)
The
△ h = Kq · q * 2 (pu) (2)
Here, Kq is a friction loss lift coefficient. For example, ho = 0. 7 When set to (pu).
ポンプ1台運転の場合には、K q = l.0 −ho=1 .0 −0 .7 =0 .3 に設定する。したがって、(2) 式と(1) 式によって、hs=0 .7 +0.3×q*2 を演算することができる。同様に、ポンプ2台が並列運転している場合は、
Kq=(1 .0 −ho)/4 =(1 .0 −0 .7 )/4 =0 .075 に設定する。このようにして、推定末端圧力一定制御の目標曲線を得ることができる。
For single pump operation, K q = l. 0 −ho = 1. 0 −0. 7 = 0. Set to 3. Therefore, hs = 0. 7 + 0.3 × q * 2 can be calculated. Similarly, when two pumps are operating in parallel,
Kq = (1.0−ho) / 4 = (1.0−0.7.7) / 4 = 0. Set to 075. In this way, a target curve for the estimated terminal pressure constant control can be obtained.
次に、流量演算器31〜5 (FLOW)によつて、流量q *(p.u.)を演算することを説明する。ポンプの揚程近似式は、以下の(3) 式で与えることができる。
hP=a・n2 ―b ・q2 ・・・(3)
ここに、 hP=ポンプ揚程(p.u.)=ポンプ揚程Hp(m) /ポンプ定格揚程HN(m)
n=ポンプ速度(p.u.)=ポンプ速度N(rpm) /ポンプ定格速度Nn(rpm)
q=ポンプ流量(p.u.)=ポンプ流量Q( m3/min)/ポンプ定格流量Qn(m3/min)a 、 b =ポンプ定数
Next, calculation of the flow rate q * (pu) by the
hP = a ・ n 2 −b ・ q 2 (3)
Where hP = pump head (pu) = pump head Hp (m) / pump rated head HN (m)
n = Pump speed (pu) = Pump speed N (rpm) / Pump rated speed Nn (rpm)
q = Pump flow rate (pu) = Pump flow rate Q (m 3 / min) / Pump rated flow rate Qn (m 3 / min) a, b = Pump constant
給水ユニツトの吐出揚程h1(p.u.)は、 h1=吐出揚程H(m) /ポンプ定格揚程Hn(m) であり (4) 式で与えられる。
hI =hP十hs−hsUo−hsul ・・・(4)
ここに、 hsu =ポンプ吸込み側の押込み揚程(p.u.)=ポンプ吸込み側の押込み揚程Hsu(m)/ポンプ定格揚程Hn(m)、hsuo=ポンプ吸込み側の逆流防止用逆止弁の固定損失揚程(p.u.)=ポンプ吸込み側の逆流防止用逆止弁固定損失揚程Hsuo(m) /ポンプ定格揚程Hn(m)、hs・(p.u.)=ポンプ吸込み側の逆流防止用逆止弁の摩擦損失揚程(p.u.)=ポンプ吸込み側の逆流防止用摩擦損失揚程Hsul( m) /ポンプ定格揚程Hn(m) である。 ここで、 hs.(p.u.) は、(5)式で近似できる。
hsUL=hLo ・ q2 ・・・(5)
The discharge head h1 (pu) of the water supply unit is h1 = discharge head H (m) / pump rated head Hn (m) and is given by equation (4).
hI = hP + hs−hsUo−hsul (4)
Where hsu = pump lift on the pump suction side (pu) = push lift on the pump suction side Hsu (m) / pump rated lift Hn (m), hsuo = fixed loss lift of the check valve for backflow prevention on the pump suction side (pu) = Check valve fixed loss lift for backflow prevention on pump suction side Hsuo (m) / Pump rated lift Hn (m), hs · (pu) = Friction loss lift of check valve for backflow prevention on pump suction side (pu) = pump suction side friction loss lifting head Hsul (m) / pump rated head Hn (m). Here, hs. (Pu) can be approximated by equation (5).
hsUL = hLo ・ q 2・ ・ ・ (5)
ここに、huo は、逆流防止用逆止弁の摩擦損失揚程係数である。(5) 、(4) を式を(3) 式に代入して整理すれば、(6) 式が得られる。
q =((a ・n2―h1+hsu ―hSUO)/(b +hlo ))1/2 ・・・(6)
h1とhsu は、圧カセンサ11〜11と1l〜12にて検出可能であり、逆流防止用逆止弁の固定損失hsuoと同摩擦損失係数hlo は、逆流防止用逆止弁の圧力降下試験の結果から設定できる。
Here, huo is the friction loss lift coefficient of the check valve for backflow prevention. Substituting equations (5) and (4) into equation (3) and rearranging them gives equation (6).
q = ((a · n 2 -h1 + hsu -hSUO) / (b + hlo)) 1/2 ··· (6)
h1 and hsu can be detected by
よって、ポンプ速度nが推定できれば、(6) 式によって流量の推定が可能である。ここで、ポンプ速度nの推定方法を説明する。周波数指令fls 、f2s は、インバータ内部に備えられたソフトスタータの入力として与えられる。このソフトスタータは、ステップ状の周波数指令をソフトスクータに設定された傾斜のランプ状の周波数指令に変換する機能を有する。つまり、実際にインバータに与えられる周波数信号は、このランプ状の周波数指令になる。たとえば、f1s 、f2s として、ステップ状の定格周波数指令が与えられた場合、ソフトスタータに限定されている加速時間が1.0secであれば、定格周波数まで1.0secでランプ状に立ち上がる周波数指令に変換される。 Therefore, if the pump speed n can be estimated, the flow rate can be estimated by equation (6). Here, a method for estimating the pump speed n will be described. The frequency commands fls and f2s are given as inputs of a soft starter provided in the inverter. This soft starter has a function of converting a stepped frequency command into a ramp-shaped frequency command with an inclination set in a soft scooter. That is, the frequency signal actually supplied to the inverter becomes this ramp-shaped frequency command. For example, if stepped rated frequency commands are given as f1s and f2s, if the acceleration time limited to the soft starter is 1.0 sec, it is converted to a frequency command that ramps up to the rated frequency in 1.0 sec. The
PID またはPIコントローラ31〜1 の出力信号fs*信号は、実際のインパーク周波数指令と一致しない。よって、ここでは、流量演算器31〜5 (FLOW)の中に、インバータ内部のソフトスタートと同じ機能を有するソフトスタータを準備している。したがって、流量演算器31〜5 (FLOW)に準備したソフトスタータの設定をインバータ内部の設定と同一にすることによって、インバータ内部で実際に与えられる周波数指令を摸擬できる。
The output signal fs * signal of PID or
いま、前記ソフトスタータの出力を、fls *、f2s *とすれば、それぞれの、ポンプ途度は、周波数指令を入力とし、一次遅れ時定数によって、(7) 、(8) 式で推定できる。
n1 =(1 /(Tmls+1)・fls * (p.u.) ・・・ (7)
n2 =(1 /(Tm2s+1 )・f2s * (p.u.) ・・・ (8)
ここに、 n1=11〜l ポンプの速度(p.u.)
=11〜1 ポンプの速度恥m)/11〜l ポンプの定格速度(rpm)
n2 =11〜2 ポンプ速度(p.u.)
=1l〜2 ポンプの速度(rpm)/11〜2 ポンプの定格速度(rpm)
Tm1=1l〜15誘導電動機用インバータ周波数指令f1s *から速度n1までの遅れ時定数(sec)
Tm2 =11〜16誘導電動機用インバータ周波数指令f2s *から速度n2までの遅れ時定数(sec)
s=ラプラス演算子
Assuming that the output of the soft starter is fls * and f2s *, the frequency of the pump can be estimated by the equations (7) and (8) based on the first-order lag time constant using the frequency command as an input.
n1 = (1 / (Tmls + 1) · fls * (pu) ... (7)
n2 = (1 / (Tm2s + 1) · f2s * (pu) ... (8)
Where n1 = 11 ~ l Pump speed (pu)
= 11 ~ 1 Pump speed shame / 11 ~ l Rated speed of pump (rpm)
n2 = 11 to 2 Pump speed (pu)
= 1 to 2 Pump speed (rpm) / 11 to 2 Pump rated speed (rpm)
Tm1 = 1l ~ 15 Induction motor inverter frequency command f1s * Delay time constant from speed n1 (sec)
Tm2 = 11-16 Induction motor inverter frequency command f2s * to time n2 delay time constant (sec)
s = Laplace operator
ところで、ポンプ11〜1 とポンプ11〜2 は、通常、同―定格であり、誘導電動機1l〜15、11〜16も同一定格である。また、それぞれのインバータのソフトスタータも同一機能を有し、設定時間も同じに設定される。よって、f1s *=f2s *、Tm1 = Tm2と置くことができる。つまり、n1=n2となる。したがって、ポンプ速度をn、遅れ時定数をTm、ソフトスタータの出力をfns *とすれば、(9) 式が得られる。
n=(1 /(Tms+1 ))・fns * (p.u.) ・・・ (9)
By the way, the
n = (1 / Tms + 1)) fns * (pu) (9)
ここに、fns *は、PIまたはPID コントローラ31〜1 の出力から、前述のように、インバータ内部のソフトスタータと同一機能のソフトスタータを流量演算器31〜5 (FLOW)に準備し、その設定を等しくすることによって、その出力から検出することができる。したがって、(9) 式によって、ポンプ速度を検出し、その結果を(6) 式に代入することによって、時々刻々の流量を演算することができる。演算推定した時々刻々の流量をここでは、q *(p.u.)として表現している。このq*(p.u.)は、摩擦揚程演算器31〜6 (HEAD)の入力信号となり、前記(2) 式で、△hを演算する。
Here, fns * prepares the soft starter with the same function as the soft starter inside the inverter from the output of PI or
次に、シーケンス制御回路31〜7 (SEQ)の制御動作について説明する。この基本的制御動作は、ポンプ2台の並列・交互運転方式の直送式増圧ポンプユニツトとして公知のものである。つまり、前記シーケンス制御回路31〜7 (SEQ)は、直送式増圧ポンプユニットの運転、停止や並列投入、解列のためのシーケンス制御並びに保護、インターロツク等を遂行するシーケンス制御ブロックである。たとえば、給水量が低下したことを、フロースイツチ11〜10が検出し、その時間が所定時間継続すれば、絵水量が殆どゼロであると判断し、ポンプを保圧運転制御へと切替える。
Next, the control operation of the
保圧運転では、圧力設定が保圧圧力に切替えられ( ただし、図3では図示されていない。) 、この圧力でポンプを一定時間運転し、圧力タンク11〜13に圧力水を蓄積する。設定された保圧運転時間が経過すると、ポンプは、停止せしめられる。また、もし、ポンプ運転中に、ポンプの吸込み側圧力が規定圧力以下になれば、RUN1 、RUN2 を“0"にして、ポンプを停止し、ポンプをキャビテーションから保護する。 In the pressure holding operation, the pressure setting is switched to the pressure holding pressure (however, not shown in FIG. 3), and the pump is operated for a certain period of time at this pressure, and the pressure water is accumulated in the pressure tanks 11-13. When the set pressure holding operation time has elapsed, the pump is stopped. If the suction side pressure of the pump falls below the specified pressure during the pump operation, RUN1 and RUN2 are set to "0" to stop the pump and protect the pump from cavitation.
さらに、全てのポンプが停止している状態で、ポンプ吸込み側圧力が、再始動可能圧力以上に回復すると、ポンプ始動可能インターロツク回路を完成する。この条件が完成している場合、ポンプ吐出側圧力が、予め設定されて圧力以下になれば、自動交互運転制御によって、選択されたポンプ、たとえば、後発ポンプが自動起動する。このように、シーケンス制御回路31〜7 (SEQ)は、並列・自動交互運転方式に要求される、直送給水式増圧ポンプユニツトとして公知の制御シーケンスを実行する。
Further, when the pump suction side pressure recovers to a level higher than the restartable pressure with all the pumps stopped, the pump startable interlock circuit is completed. When this condition is completed, if the pump discharge side pressure is set in advance and becomes equal to or lower than the pressure, the selected pump, for example, the later pump is automatically started by the automatic alternate operation control. In this way, the
以上は、図2の200 〜1 、複合増圧ユニツトの圧力制御器31の高圧力系統について、圧力制御とシーケンス制御を説明したものである。圧力制御器32の低圧力系統の圧力制御とシーケンス制御は、高圧力系統の圧力制御とシーケンス制御に準じたものになる。つまり、圧力制御器32の詳細は、図4に示すように、引出し記号31〜XXを全て32〜XXに変更したものであり、その動作は、引出し記号3Iで説明したものと同じである。ただし、制御されるインバータ、電動機、ポンプは、図2に示すように、該当する機器に変更する。
The above is a description of the pressure control and the sequence control for the high pressure system of the
インバータは、符号12〜17、12〜18、誘導電動機は、符号12〜15、12〜16、ポンプは、P3ポンプ12〜1 、P4ポンプ12〜2 、吐出側圧力センサは、符号12〜l1、吸込み側圧力センサは、符号12〜12、低流量検出用フロースイッチは、符号12〜10になる。なお、本発明は、図4に示す圧力制御器32の最小圧力設定値ho(p.u.)は、後述のように、図3に示す圧力制御器31の最小圧力設定値ho(p.u.)より小さい。
Inverters are labeled 12-17, 12-18, induction motors are labeled 12-15, 12-16, pumps are P3 pumps 12-1, P4 pumps 12-2, discharge side pressure sensors are labeled 12-11 The suction side pressure sensor is indicated by
次に、本発明のように、複合増圧給水ユニットによれば、従来方式より省エネ効果が大きくなる理由を図5のq−h特性で説明する。図5は、8階建ビル用給水システムで、1〜4階系統に低圧力系統を、5〜8階系統に高圧力系統の給水ユニツトを適用した場合の給水ユニツトの動作点を説明したものである。 Next, the reason why the energy saving effect is greater than that of the conventional method according to the combined pressure increasing water supply unit as in the present invention will be described with reference to the qh characteristic of FIG. FIG. 5 is a water supply system for an 8-story building, explaining the operating point of the water supply unit when a low pressure system is applied to the 1st to 4th floor systems and a high pressure system water supply unit is applied to the 5th to 8th floor systems. It is.
本例では、高圧力系統用ポンプの定格揚程を40m、低圧力系統用ポンプの定格揚程を30m、ポンプ吸込み側の押込み揚程を20m、逆流防止用逆止弁の固定損失揚程を5m、摩擦損失楊程を2m/l00 %流量の場合である。給水負荷は、1〜4階の全給水流量を100 %、同ように、5〜8階の全給水流量を100 %として表している。 In this example, the rated head of the pump for the high pressure system is 40 m, the rated head of the pump for the low pressure system is 30 m, the pushing head on the pump suction side is 20 m, the fixed loss lifting head of the check valve for backflow prevention is 5 m, and the friction loss The stroke is 2m / l00% flow rate. The water supply load is expressed with the total water supply flow rate on the 1st to 4th floors being 100%, and the total water supply flow rate on the 5th to 8th floors is also 100%.
従来方式の増圧ポンプユニツトでは、全負荷時の給水流量は200 %になる。図5のhmは、高圧力系統用の推定末端圧力一定制御の目標曲線で、hL2がL系統用の推定末端圧力ー定制御の目標曲線を示している。給水流量が100 %からある流量に低下する場合、高圧力系統ではhL1の曲線に沿って、低圧力系統ではhL2曲線に沿って圧力制御が遂行される。今、流量が100 %であると仮定する。そうすると、給水ユニツトの動作点は、高圧力系統ではA点になり、低圧力系統ではA1 点になる。 In the conventional booster pump unit, the feed water flow rate at full load is 200%. Hm in FIG. 5 is a target curve for the estimated terminal pressure constant control for the high pressure system, and hL2 is a target curve for the estimated terminal pressure-constant control for the L system. When the feed water flow rate decreases from 100% to a certain flow rate, pressure control is performed along the hL1 curve in the high pressure system and along the hL2 curve in the low pressure system. Now assume that the flow rate is 100%. Then, the operating point of the water supply unit is point A in the high pressure system and point A1 in the low pressure system.
この場合、高圧力系統の揚程特性h1 は、高圧力系統のポンプの揚程+押込揚程−逆流防止用逆止弁の固定、並びに摩擦損失揚程から計算したものである。h2は、同様に、低圧力系統のポンプの揚程+押込揚程−逆流防止用逆止弁の固定、並びに摩擦損失揚程から計算したものである。ここで、図5のhsn1 は、本発明のように複合増圧ポンプユニットを採用した場合の正味押込み楊程、つまり、押込み正味揚程hsun=押込み揚程hsu −逆流防止用逆止弁の固定、並びに摩擦損失揚程(hsuo +hsL ) として計算したものである。 In this case, the head characteristic h1 of the high pressure system is calculated from the pump head of the high pressure system + pushing head-fixing of the check valve for backflow prevention and the friction loss head. Similarly, h2 is calculated from the pump head of the low pressure system + push head—fixing of the check valve for backflow prevention and the friction loss head. Here, hsn1 in FIG. 5 represents the net pushing stroke when the composite pressure increasing pump unit is employed as in the present invention, that is, pushing net lifting height hsun = pushing lifting height hsu—fixing of the check valve for backflow prevention, and friction. Calculated as the loss head (hsuo + hsL).
したがって、A点、A1 点で給水ユニツトが運転している時のポンプの水動力は、それぞれ四辺形ABCDと四辺形A1BCD1に比例したものになる。本発明の例題の水動力w12(p.u.)を計算して見ると、W12 =(1−0 .350)×1 .0 +(0.750 −0.350)×1 .0 =1.05(p.u.)になる。従来方式では、定格揚程を8階建物用として、上記高圧力系統と同じく40mとし、ただし、200 %流量で定格揚程になるよう、定格流量200 %のポンプが選定される。したがって、図5に示すように、hL8 が目標曲線になるように設計される。 Accordingly, the hydraulic power of the pump when the water supply unit is operating at points A and A1 is proportional to the quadrilateral ABCD and quadrilateral A1BCD1, respectively. When the water power w12 (p.u.) of the example of the present invention is calculated and viewed, W12 = (1−0.350) × 1. 0+ (0.750−0.350) × 1. 0 = 1.05 (p.u.). In the conventional system, the rated head is for the 8th floor building, 40 m as in the above high pressure system, but a pump with a rated flow rate of 200% is selected so that the rated lift is achieved at 200% flow rate. Therefore, as shown in FIG. 5, the hL8 is designed to be a target curve.
ポンプ吸込み側の押込み揚程を20m、逆流防止用逆止弁の固定損失揚程を5m、摩捺損失揚程を2m/200 %流量として、給水ユニツトの揚程特性を計算すると、h3 のようになる。したがって、本発明の条件と同じく、全負荷給水の場合、従来方式の給水ユニツトの動作点はAo点となる。この場合のポンプの水動力は、四辺形AOBOCDに比例したものになる。つまり、水動力Wo(p.u.)は、Wo=(1―0,350)x2.0 =1 .3o(p.u.)になる。すなわち、本発明の方法を採用すれば、1.30−l.05=0.25(p.u.)の水動力を節減できることになり、省エネルギー効果が高いと云える。 The pump head characteristics of the water supply unit are calculated as follows, assuming that the pump head on the pump suction side is 20m, the fixed loss lift of the check valve for backflow prevention is 5m, and the printing loss lift is 2m / 200% flow rate. Therefore, as with the conditions of the present invention, in the case of full load water supply, the operating point of the conventional water supply unit is the Ao point. The hydraulic power of the pump in this case is proportional to the quadrilateral AOBOCD. In other words, the water power Wo (p.u.) Is Wo = (1−0,350) × 2.0 = 1. It becomes 3o (p.u.). That is, if the method of the present invention is adopted, the water power of 1.30−l.05 = 0.25 (p.u.) can be saved, and it can be said that the energy saving effect is high.
次に、本発明の方式によると、設備容量が小さくなることを説明する。上記実施例の定格流量をQ( m3/min)とすると、本発明のポンプ用誘導電動機の容量
は、
高圧力系統用電動機容量 PH=0,163 × 40 ×Q /ηp (KW)
低圧力系統用電動機容量 PL=0,163 × 30 ×Q /ηp (KW)
となる。他方、従来方式のポンプ用誘導電動機の容量は
従来方式の電動機容量 Po=0.l63 ×40×2Q/ηp (KW)
となる。
Next, it will be described that the equipment capacity is reduced according to the method of the present invention. When the rated flow rate in the above embodiment is Q (m 3 / min), the capacity of the induction motor for pumps of the present invention is
Motor capacity for high pressure system PH = 0,163 x 40 x Q / ηp (KW)
Low pressure system motor capacity PL = 0,163 x 30 x Q / ηp (KW)
It becomes. On the other hand, the capacity of the conventional induction motor for pumps is the capacity of the conventional motor Po = 0.163 x 40 x 2Q / ηp (KW)
It becomes.
ここに、ηpは、ポンプ効率である。ここで、ポンプ効率が等しいと仮定すると本発明の合計電動域容量と従来方式の電動機容量の比は、
〔(0.163 ・Q/u)(40+30 )〕/〔〔(0.163 ・Q/u)・80〕=7/8
となる。つまり、電動機容量で見た設備容量は、本発明の場合、従来方式に比べ、87.5 %になる。以上に述べたように、本発明の複合増圧給水ユニツトを適用すれば、従来方式で必要になっていた低階床の減圧弁を省略できるのみならず、省エネルギー効果を大きくできる長所がある。
Here, ηp is the pump efficiency. Here, assuming that the pump efficiency is equal, the ratio of the total electric field capacity of the present invention and the conventional motor capacity is:
[(0.163 Q / u) (40 + 30)] / [[(0.163 Q / u) 80] = 7/8
It becomes. That is, the installed capacity in terms of the motor capacity is 87.5% in the case of the present invention compared to the conventional system. As described above, the application of the composite pressure-increasing water supply unit of the present invention has the advantage that not only the low-floor pressure reducing valve required in the conventional method can be omitted, but also the energy saving effect can be increased.
この複合増圧ユニツトの高圧力系統を、現行の日本水道協会の規格で最高圧力として規定されている0 .75Mpa の増圧ポンプで設計し、図1に示すように、直列に接続すれば、0 .75Mpa 以上の圧力が必要になる高層建物用増圧給水システムを安価に構築できることになる。ただし、図1では、中間階層ゾーンに用いる複合増圧ユニツトを200 〜2、上階層ゾーンに用いる複合増圧ユニツトを200 〜3として示している。 The high pressure system of this compound pressure boosting unit is defined as the highest pressure in the current Japan Water Works Association standard. If designed with a booster pump of 75 Mpa and connected in series as shown in FIG. It will be possible to construct a pressurized water supply system for high-rise buildings that requires a pressure of 75 MPa or more at a low cost. However, in FIG. 1, the compound pressure increasing unit used for the middle layer zone is shown as 200 to 2, and the compound pressure increasing unit used for the upper layer zone is shown as 200 to 3.
前記構成は、以上に説明した低階層ゾーン用の増圧ユニット200 〜1と同ようの機能を有するものである。ただし図示していないが、200 〜1、200 〜2、200 〜3、それぞれの高圧力系統圧力制御器31のシーケンス制御ブロックSEQ には、直列運転に伴うシーケンス制御機能が追加されている。これらの技術は、通常の技術である。たとえば、自己より上階層のポンプが自動始動した場合には、たとえ、分担する自己階層の給水要求がない場合においても、自動起動せしめられ、水道本管からの直列給水システムを完成する。
The said structure has a function similar to the pressure increase unit 200-1 for low hierarchy zones demonstrated above. Although not shown in the figure, a sequence control function accompanying serial operation is added to the sequence control block SEQ of each of the high pressure
また、直列運転中に、自己階層の給水量がゼロに減少した場合においても、上階層のポンプが運転中であれば、運転を継続するように制御される。このようなシーケンス制御機能によって、複合増圧ユニツトの直列構成によって、全階層床の給水運転が可能になるように構成されている。 Further, even when the water supply amount of the self-level is reduced to zero during the series operation, if the upper-level pump is operating, the operation is controlled to continue. By such a sequence control function, the water supply operation of all floors is enabled by the serial configuration of the complex pressure increasing units.
Claims (2)
低圧力系統および高圧力系統のポンプを有する第1複合増圧ユニットと、
前記第1複合増圧ユニットの前記低圧力系統のポンプから供給される第1低層階用給水部と、
前記第1複合増圧ユニットの高圧力系統のポンプから供給される前記低層階の上に位置する第2低層階用給水部と、
前記第1複合増圧ユニットの高圧力系統のポンプによって増圧するとともに、低圧力系統および高圧力系統のポンプを有する第2複合増圧ユニットと、
前記第2複合増圧ユニットの低圧力系統のポンプから供給される第1中層階用給水部と、
前記第2複合増圧ユニットの高圧力系統のポンプによって増圧するとともに、前記中層階の上に位置する第2中層階用給水部と、
前記第2複合増圧ユニットの高圧力系統のポンプによって増圧するとともに、低圧力系統および高圧力系統のポンプを有する第3複合増圧ユニットと、
前記第3複合増圧ユニットの低圧力系統のポンプから供給される第1高層階用給水部と、
前記第3複合増圧ユニットの高圧力系統のポンプによって増圧するとともに、前記高層階の上に位置する第2高層階用給水部と、
から少なくとも構成されている高層建物用増圧給水システム。 For high-rise buildings where multiple variable speed pumps driven by an electric motor controlled by a variable voltage / variable frequency power supply are operated in parallel, and the pressure is controlled by constant discharge pressure control or estimated terminal pressure constant control method In the pressurized water supply system,
A first combined pressure increasing unit having a low pressure system pump and a high pressure system pump;
A water supply section for a first lower floor supplied from a pump of the low pressure system of the first composite pressure increasing unit;
A water supply section for a second lower floor located on the lower floor supplied from the pump of the high pressure system of the first combined pressure increasing unit;
A second combined pressure increasing unit having a low pressure system and a high pressure system pump;
A first middle floor water supply unit supplied from a low pressure system pump of the second combined pressure increasing unit;
While increasing the pressure by the pump of the high pressure system of the second combined pressure increasing unit, the second middle floor water supply section located on the middle floor,
A third composite pressure increasing unit having a low pressure system and a high pressure system pump, wherein the pressure is increased by a high pressure system pump of the second composite pressure increasing unit;
A water supply section for a first higher floor supplied from a pump of a low pressure system of the third combined pressure increasing unit;
While increasing the pressure by the pump of the high pressure system of the third combined pressure increasing unit, the second high-rise floor water supply unit located on the high-rise floor,
A high-pressure water supply system for high-rise buildings that consists of
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