無負(fù)壓一體化智能給水設(shè)備小流量節(jié)能運(yùn)行功能檢測(cè)技術(shù)研究

一、檢測(cè)原理

小流量節(jié)能運(yùn)行功能的核心理念在于解決供水系統(tǒng)在低用水量時(shí)段，主泵仍頻繁啟?；蛱幱诘托н\(yùn)行區(qū)間所造成的電能浪費(fèi)問題。其檢測(cè)技術(shù)原理基于以下科學(xué)依據(jù)：

1. 流量-功率特性原理： 離心泵在恒定轉(zhuǎn)速下，其軸功率與流量近似呈三次方關(guān)系。當(dāng)系統(tǒng)需求流量遠(yuǎn)低于單臺(tái)主泵額定流量時(shí)，若仍由主泵運(yùn)行，其效率將急劇下降，單位供水能耗顯著升高。小流量功能通過啟用輔助小泵或變頻器驅(qū)動(dòng)的休眠功能，使系統(tǒng)在低流量區(qū)間切換至更率的運(yùn)行點(diǎn)。

2. 小工作壓力原理： 為確保管網(wǎng)不利點(diǎn)供水壓力，系統(tǒng)設(shè)定有低保護(hù)壓力值（即休眠喚醒壓力）。小流量運(yùn)行期間，設(shè)備通過高精度壓力傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)管網(wǎng)壓力，當(dāng)壓力高于休眠壓力時(shí)，主泵停止或降速，由小泵或穩(wěn)壓罐維持流量補(bǔ)償和壓力穩(wěn)定；當(dāng)壓力降至喚醒壓力時(shí)，主泵重新啟動(dòng)。檢測(cè)的關(guān)鍵在于驗(yàn)證此壓力控制邏輯的精確性與穩(wěn)定性。

3. 流體動(dòng)力學(xué)與系統(tǒng)揚(yáng)程特性： 設(shè)備需克服市政管網(wǎng)剩余壓力與用戶所需壓力之間的差值。小流量運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)揚(yáng)程特性發(fā)生變化，檢測(cè)需驗(yàn)證小泵或穩(wěn)壓裝置能否在滿足揚(yáng)程需求的同時(shí)，其輸入功率遠(yuǎn)低于主泵的空載或低效運(yùn)行功率。

4. 智能控制與預(yù)測(cè)算法原理： 先進(jìn)的設(shè)備集成學(xué)習(xí)算法，能夠根據(jù)歷史用水規(guī)律預(yù)測(cè)小流量持續(xù)時(shí)間，并優(yōu)化休眠/喚醒策略，避免因壓力波動(dòng)導(dǎo)致的頻繁啟停。檢測(cè)需評(píng)估控制邏輯的智能程度與自適應(yīng)能力。

二、檢測(cè)項(xiàng)目

小流量節(jié)能運(yùn)行功能的檢測(cè)需系統(tǒng)化、多維度進(jìn)行，主要項(xiàng)目分類如下：

1. 功能啟停閾值檢測(cè)：

   • 小流量切換流量點(diǎn)檢測(cè)： 測(cè)定系統(tǒng)從主泵運(yùn)行自動(dòng)切換至小泵運(yùn)行時(shí)的臨界流量值。

   • 休眠壓力與喚醒壓力檢測(cè)： 精確測(cè)量主泵進(jìn)入休眠狀態(tài)時(shí)的管網(wǎng)壓力設(shè)定值，以及由休眠狀態(tài)被喚醒重新投入運(yùn)行的壓力設(shè)定值。

   • 壓力控制精度檢測(cè)： 在小流量運(yùn)行期間，監(jiān)測(cè)管網(wǎng)壓力的波動(dòng)范圍，評(píng)估其穩(wěn)壓能力。

2. 能耗性能檢測(cè)：

   • 小流量運(yùn)行區(qū)間能耗檢測(cè)： 在設(shè)定的多個(gè)低流量點(diǎn)（如額定流量的0%、5%、10%、15%等），分別測(cè)量系統(tǒng)在小流量模式下的輸入功率、單位流量電耗（kWh/m³）。

   • 對(duì)比能耗檢測(cè)： 在相同低流量工況下，強(qiáng)制關(guān)閉小流量功能，測(cè)量僅由主泵運(yùn)行時(shí)的能耗，與小流量模式下的能耗進(jìn)行對(duì)比。

   • 休眠功耗檢測(cè)： 測(cè)量設(shè)備處于完全休眠狀態(tài)（僅控制器和傳感器帶電）時(shí)的系統(tǒng)靜態(tài)功耗。

3. 運(yùn)行穩(wěn)定性與可靠性檢測(cè)：

   • 泵組切換平滑性檢測(cè)： 監(jiān)測(cè)主泵與小泵之間切換過程中，管網(wǎng)壓力的超調(diào)量與恢復(fù)時(shí)間，評(píng)估切換過程對(duì)供水穩(wěn)定性的影響。

   • 頻繁啟停耐受性檢測(cè)： 模擬極端用水條件，測(cè)試設(shè)備在小流量切換、休眠/喚醒邊界處的動(dòng)作邏輯是否正確，是否會(huì)引發(fā)水泵的振蕩性啟停。

   • 設(shè)備保護(hù)功能聯(lián)動(dòng)檢測(cè)： 驗(yàn)證在小流量運(yùn)行期間，如出現(xiàn)缺水、超壓、過載等故障時(shí)，保護(hù)系統(tǒng)是否能正確響應(yīng)并執(zhí)行安全策略。

三、檢測(cè)范圍

該功能檢測(cè)覆蓋所有應(yīng)用無負(fù)壓一體化智能給水設(shè)備的領(lǐng)域，具體要求因場(chǎng)景而異：

1. 民用建筑：

   • 高層住宅： 關(guān)注夜間等長時(shí)間低流量工況下的節(jié)能效果與靜音運(yùn)行。

   • 商業(yè)綜合體/辦公樓： 檢測(cè)其應(yīng)對(duì)工作日與節(jié)假日、日間與夜間巨大流量差時(shí)的模式切換能力與綜合能效。

   • 酒店/醫(yī)院： 對(duì)供水壓力穩(wěn)定性要求極高，需嚴(yán)格檢測(cè)模式切換時(shí)的壓力擾動(dòng)。

2. 公共事業(yè)：

   • 學(xué)校： 檢測(cè)在課間、假期等特定時(shí)段的小流量運(yùn)行適應(yīng)性。

   • 體育館/機(jī)場(chǎng)： 檢測(cè)在大型活動(dòng)前后，從極低流量瞬間轉(zhuǎn)為高流量時(shí)的系統(tǒng)響應(yīng)與能耗過渡。

3. 工業(yè)領(lǐng)域：

   • 生產(chǎn)線供水： 根據(jù)生產(chǎn)工藝周期，檢測(cè)其在間歇性小流量補(bǔ)水期間的節(jié)能性能。

   • 消防穩(wěn)壓系統(tǒng)： 雖主功能不同，但其穩(wěn)壓泵的運(yùn)行與小流量節(jié)能原理相通，需檢測(cè)其穩(wěn)壓期間的能耗。

四、檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)

國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)對(duì)此功能的評(píng)價(jià)側(cè)有所不同。

1. 國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)：

   • GB/T 37892 《數(shù)字集成全變頻控制供水設(shè)備》：明確要求設(shè)備應(yīng)具備小流量休眠功能，并對(duì)休眠、喚醒壓力誤差范圍作出了規(guī)定。

   • CJ/T 468 《罐式無負(fù)壓供水設(shè)備》 / CJ/T 471 《箱式無負(fù)壓供水設(shè)備》：強(qiáng)調(diào)了設(shè)備的穩(wěn)壓罐或穩(wěn)流罐在小流量保壓中的作用，并對(duì)設(shè)備的節(jié)能評(píng)價(jià)提出了指導(dǎo)性要求。

   • GB 20052 《清水離心泵能效限定值及節(jié)能評(píng)價(jià)值》：雖針對(duì)水泵單機(jī)，但為系統(tǒng)能效評(píng)估提供了基礎(chǔ)。

   • 各地節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)或綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：通常對(duì)供水系統(tǒng)的運(yùn)行效率有強(qiáng)制性或推薦性指標(biāo)，小流量功能是實(shí)現(xiàn)這些指標(biāo)的關(guān)鍵技術(shù)路徑。

2. 及國外標(biāo)準(zhǔn)：

   • ISO 24512 《飲用水供應(yīng)和廢水排放用活動(dòng)服務(wù)》：側(cè)重于整個(gè)水務(wù)系統(tǒng)的能效與管理，引導(dǎo)對(duì)終端設(shè)備節(jié)能性能的關(guān)注。

   • Europump (歐洲泵制造商協(xié)會(huì)) 泵系統(tǒng)能效指令：倡導(dǎo)對(duì)整個(gè)泵系統(tǒng)而非單泵進(jìn)行能效評(píng)估，與小流量節(jié)能的系統(tǒng)性思想一致。

   • ASHRAE Standard 90.1 (美國)：對(duì)建筑中電機(jī)、泵、控制設(shè)備的能效有嚴(yán)格要求，驅(qū)動(dòng)了變頻與智能控制技術(shù)的應(yīng)用。

對(duì)比分析： 國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)更具體地規(guī)定了小流量功能的實(shí)現(xiàn)方式和性能參數(shù)，可操作性強(qiáng)；標(biāo)準(zhǔn)則更側(cè)重于從全生命周期和系統(tǒng)整體角度提出能效要求，理念更為宏觀。檢測(cè)時(shí)需兼顧國內(nèi)具體規(guī)范與趨勢(shì)。

五、檢測(cè)方法

1. 實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)法：

   • 方法： 在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)臺(tái)上，采用精密流量調(diào)節(jié)閥、標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)、功率分析儀、壓力變送器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等，構(gòu)建閉環(huán)檢測(cè)系統(tǒng)。通過精確控制出口閥門開度來模擬不同用水流量。

   • 操作要點(diǎn)： 環(huán)境溫度恒定；設(shè)備安裝符合要求；傳感器需在有效檢定期內(nèi)；待系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定后再采集數(shù)據(jù)；每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)需持續(xù)足夠時(shí)間以獲取平均值。

2. 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)法：

   • 方法： 在設(shè)備實(shí)際安裝地點(diǎn)，采用便攜式電能質(zhì)量分析儀、超聲波流量計(jì)、夾鉗式壓力傳感器等進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)。

   • 操作要點(diǎn)： 選擇具有代表性的檢測(cè)周期（如24小時(shí)或一周）；同步記錄流量、壓力、功率、時(shí)間等參數(shù)；需了解現(xiàn)場(chǎng)用水規(guī)律以輔助分析；注意設(shè)備安全與對(duì)正常供水的影響。

3. 數(shù)據(jù)分析法：

   • 方法： 提取設(shè)備控制器自身記錄的運(yùn)行數(shù)據(jù)（如運(yùn)行時(shí)間、啟停次數(shù)、頻率、壓力曲線等），結(jié)合檢測(cè)期間的能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

   • 操作要點(diǎn)： 確保數(shù)據(jù)記錄的完整性與準(zhǔn)確性；利用軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘，識(shí)別小流量運(yùn)行的統(tǒng)計(jì)特征與能效水平。

六、檢測(cè)儀器

1. 功率分析儀/電能質(zhì)量分析儀： 用于精確測(cè)量設(shè)備的輸入電壓、電流、功率、功率因數(shù)、諧波等。技術(shù)特點(diǎn)：高精度（通常0.1級(jí)及以上）、寬頻帶、多通道，能捕捉變頻器驅(qū)動(dòng)的非線性負(fù)載的瞬態(tài)功率變化。

2. 超聲波流量計(jì)： 用于測(cè)量管道內(nèi)的瞬時(shí)流量與累計(jì)流量。技術(shù)特點(diǎn)：非接觸式測(cè)量，不影響系統(tǒng)流場(chǎng)，安裝便捷，測(cè)量范圍寬，精度高。

3. 高精度壓力變送器/傳感器： 用于監(jiān)測(cè)管網(wǎng)關(guān)鍵點(diǎn)的壓力變化。技術(shù)特點(diǎn)：響應(yīng)速度快，精度高（0.1%FS或更高），長期穩(wěn)定性好，抗干擾能力強(qiáng)。

4. 數(shù)據(jù)采集器： 用于同步采集來自流量、壓力、功率等傳感器的信號(hào)。技術(shù)特點(diǎn)：多通道，高采樣率，具備信號(hào)調(diào)理功能，支持遠(yuǎn)程通信。

5. 便攜式檢測(cè)儀： 集成多種傳感器與數(shù)據(jù)記錄功能，適用于現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)。技術(shù)特點(diǎn)：一體化設(shè)計(jì)，便攜，內(nèi)置電池，操作界面友好。

七、結(jié)果分析

1. 能效評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)：

   • 單位流量電耗（SEC）： 計(jì)算小流量區(qū)間內(nèi)，供單位體積水所消耗的電能。與主泵運(yùn)行模式下的SEC進(jìn)行對(duì)比，節(jié)能率應(yīng)達(dá)到顯著水平（例如，行業(yè)通常期望在極低流量下節(jié)能50%以上）。

   • 綜合能效等級(jí)： 參照相關(guān)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算設(shè)備在典型日或典型工況下的總能耗與總供水量，評(píng)定其能效等級(jí)。

   • 節(jié)電量估算： 根據(jù)檢測(cè)到的小流量運(yùn)行時(shí)間與平均節(jié)電功率，估算年度節(jié)電量。

2. 功能穩(wěn)定性評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)：

   • 壓力控制精度： 小流量運(yùn)行期間，管網(wǎng)壓力波動(dòng)應(yīng)小于設(shè)定值的±5%或符合設(shè)備宣稱的技術(shù)指標(biāo)。

   • 模式切換成功率： 在主泵與小泵、休眠與喚醒模式之間切換時(shí)，不應(yīng)出現(xiàn)壓力劇烈震蕩（超調(diào)量過大）或邏輯錯(cuò)誤（如切換失敗、頻繁振蕩）。

   • 設(shè)備無故障運(yùn)行時(shí)間： 在檢測(cè)周期內(nèi)，小流量功能相關(guān)組件（如小泵、控制閥、傳感器）不應(yīng)發(fā)生故障。

3. 綜合性能分析：

   • 繪制“流量-功率”、“流量-效率”曲線，直觀展示小流量功能帶來的能效提升。

   • 分析運(yùn)行數(shù)據(jù)，評(píng)估控制策略的合理性，如休眠/喚醒壓力設(shè)定值是否優(yōu)，是否存在不必要的能耗點(diǎn)。

   • 結(jié)合應(yīng)用場(chǎng)景的用水特性，給出該設(shè)備小流量節(jié)能功能的適用性結(jié)論與優(yōu)化建議。