定圧給水システム: VFD 制御、サイジングおよび選択ガイド

午前7時12分、12階建ての住宅ビルで、3階の洗濯機が入口バルブを開けるたびに、10階のシャワーが4秒間冷水になる。固定速度のポンプが出力を調整する代わりにオンとオフを繰り返しているため、吐出量ゲージは排出ピーク間で 0.15 MPa を超えて変動します。定圧給水システムは、圧力を狭い設定値範囲内に維持することで故障モードを終了し、絞りポンプや循環ポンプによって浪費されるエネルギーを削減します。

エンジニアや開発者にとって、この用語はマーケティング ラベルではなく、特定のエンジニアリング パッケージを指します。 Jiangsu Mingxing Water Supply Equipment Co., Ltd. は、IoT 制御とマルチポンプ シーケンスを備えたこれらのシステムを設計および構築しています。重要な問題は、圧力の精度、エネルギー データ、タンクの決定、および規制への準拠です。この記事では、仕様の段階で適用される数値を使用してこれらの質問に答えます。

定圧給水システムが実現しなければならないもの: 数字による定義

圧力安定性は製品であり、吐出ヘッダーでの限界は/-2%です。圧力スイッチ付きの固定速度ポンプは、0.08 ～ 0.12 MPa のヒステリシス帯域内で動作します。この帯域は、コールド バーストやライザー ウォーター ハンマーを引き起こすスイングです。住宅用タワーは設計流量の 25 ～ 35% で稼働するため、固定速度のポンプは 1 時間に数十回サイクルし、リレーは 2 年未満で消耗します。

システムが動作するかどうかを定義する 3 つの出力: 過渡負荷時の圧力帯域、部分流量でのエネルギー消費、および時間当たりの起動です。正しく設計されたシステムは、/-2% を維持し、スロットル固定速度セットよりも消費電力が 30 ～ 50% 少なく、低要求でスリープすることにより起動する回数は 1 時間あたり 10 回未満です。

制御ループの仕組み: トランスデューサー、VFD、ポンプ、圧力を平らに保つフィードバック

システムは、10 ～ 20 ミリ秒ごとに吐出ヘッダーを読み取り、設定値と比較し、VFD 内の PID ループを通じてポンプ速度を調整することで圧力を維持します。シーケンスには 5 つのステップがあります。

1. トランスデューサーはヘッダーを 50 ～ 100 Hz でサンプリングし、4 ～ 20 mA 信号をコントローラーに送信します。
2. PID ブロックはそれを設定値と比較し、25 ～ 50 Hz の範囲の周波数目標を出力します。
3. VFD は速度を調整します。流量は速度に比例し、電力は速度の 3 乗に比例します。
4. 1 つのポンプ容量を超えると、コントローラーは 2 番目のポンプを段階的に調整し、両方を一緒に調整します。
5. 需要が低い場合、システムはスリープ状態になり、圧力が低下するまで小さなダイヤフラム タンクが負荷を支えます。

Jiangsu Mingxing は、マルチ ポンプ シーケンス、PID プレチューニング、および低流量スリープを備えた VFD 制御の定圧ブースター システムにこのロジックを組み込んでいます。チューニングのガイダンスについては、次の記事で説明されています。 VFD が定圧倍力システムの動作安定性をどのように改善するか .

マルチポンプシーケンスを備えた VFD 制御定圧ブースターシステム このパッケージ化されたブースター システムには、複数のポンプ、VFD 制御、PID 事前調整、および低流量スリープが統合されています。これは記事の高層ビル向けの選択ロジックに適合し、設計検証のための試運転ガイダンスとともに定圧給水を提供します。 製品を見る→

定圧給水システムの選択基準：流量、揚程、需要曲線

選択はポンプ曲線ではなく需要曲線から始まります。まず、ハンター曲線または GB 50015 メソッドを使用して、治具ユニットから設計フローを計算します。 120 戸のアパートメントを備えた 12 階建ての建物の土地は 8 ～ 12 L/s です。次に、静揚力と摩擦と 0.10 ～ 0.15 MPa の残留タップ圧力を加えて全揚程を計算します。静揚力が 48 m、摩擦力が 12 m の場合、設計揚程は約 75 m であるため、垂直多段遠心ポンプが適切な選択です。

3 番目に、夜間の最小流量をマップします。建物が深夜から午前 5 時までに設計流量の 3 ～ 5% を引き出すと、ポンプ セットが破壊され、スリープできなくなったり、ジョッキー ポンプを実行できなくなったりします。トポロジの決定は、需要曲線の前ではなく、需要曲線の後に行われます。

測定されたパフォーマンス: 部分負荷時のエネルギー消費と年間コスト

VFD 駆動の定圧給水システムは部分流量で定格電力の 28 ～ 50% を消費しますが、絞り付き固定速度ポンプは同じ流量で 90% 以上を消費します。以下のグラフは、固定吐出量設定値を使用した住宅用ブースター設置からの一般的な測定値をプロットしています。

流量が 40% の場合、絞り付きポンプは定格出力の 92% を必要とし、VFD システムは約 30% を必要とします。 70% の流量では、数値は 94% と 50% になります。どちらもフルフローで 100% に達します。ほとんどの稼働時間で流量が 70% 未満の建物では、加重節約はその範囲内に収まります。年間 5,000 時間稼働する 22 kW ブースターの場合、40% の節約は 44,000 kWh、つまり 1 kWh あたり 0.12 米ドルで約 5,300 米ドルになります。

定圧給水システムの性能を低下させる仕様ミス

パフォーマンスの悪い定圧システムのほとんどは、トランスデューサーの配置が間違っていたり、低流量戦略が欠如していたり、ポンプに供給できない吸引源が原因で故障します。試運転に関する苦情のほぼすべては 4 つの間違いで占められています。

• トランスデューサの配置: 最も高い固定具ではなく、排出ヘッダーに取り付けます。遠くからタップすると、PID ループ ハントが行われます。
• 最小流量処理: 夜間の使用流量の 5% 未満で、ポンプは 1 時間あたり数十回サイクルします。スリープモード、ジョッキーポンプ、またはダイヤフラムタンクを追加します。
• 膨張と逆流: 熱膨張タンクと逆流防止装置が圧力スパイクと汚染を防ぎます。
• 水の停滞: 破壊タンクは 72 時間を超えるとバイオフィルムを生成します。循環または水質モニタリングを指定します。

水の停滞はいくつかの州で法規の問題になりつつある。江蘇明興は、定圧パッケージに時間循環と残留監視を加えた水質改善機能を備えた可変周波数給水装置でこの問題に対処しています。

水質改善型可変周波数給水装置 この可変周波数給水ユニットは、水の停滞に対処するために、時間指定の循環と残量監視を追加します。その浄化タンクは、細孔フィルター、活性炭、UV 滅菌を使用して不純物やバクテリアを低減し、規制に基づく水質要件に適しています。 製品を見る→

試運転は設計を証明します。規律ある引き継ぎには 4 つのステップが必要です。

1. 7 日間の吐出圧力を 1 秒間隔で記録し、実際の需要曲線をマッピングします。
2. モーターの換気が維持されるように、VFD の最小周波数を 25 Hz より高く設定します。
3. 50% および 100% の流量でのステップ応答テストで PID ゲインを調整し、ハンチングを防ぐために値を半分にします。
4. 24 時間検証を実行し、圧力バンドが /-2% 以内に留まっていることを確認します。

3 つの定圧システム トポロジとそれぞれが正しい選択である場合

ポンプ セットではなく、水源に応じてトポロジを選択します。自治体の信頼性、入口圧力、および直接ポンピングに関する規定の制限によって、タンクレスブースター、ブレーキタンクシステム、または負圧なしシステムが正しいかどうかが決まります。

負圧のないシステムには、補償タンクと、吸引圧力を下限値 (通常は 0.10 MPa) 以上に保つ制御ループが追加されています。 Jiangsu Mingxing のデジタルフル周波数変換電圧安定化タンク型負圧なしは、補償器、ポンプ、VFD、コントローラを 1 つのユニットとしてパッケージ化しています。

デジタルフル周波数変換タンク式非負圧圧力安定装置 この統合ユニットには、定流量の食品グレードのステンレス鋼タンク、ブースター ポンプ、VFD、真空サプレッサー、およびコントローラーがパッケージされています。 CAN バス独立ポンプ制御により都市ネットワークの負圧を排除し、吸引圧力の絞りと信頼性の低い供給に対するブレークタンクのフォールバックをサポートします。 製品を見る→

ブレークタンク トポロジは、自治体の供給があまりにも信頼できない場合のフォールバックです。設計流量の少なくとも 15 分間に対応するタンクのサイズを設定し、タンクが空になる前にブースターを開始します。

ブースター圧力制御とエネルギー改修に関するよくある質問