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1、1,智能建筑的给排水系统,2,我国建筑给排水自1949年建国以来，经历了三个发展阶段：,一、房屋卫生技术设备阶段即初创阶段。自1949年至1964年室内给水排水和热水供应设计规范开始试行时为止；二、室内给排水阶段即反思阶段。自1964年至1986年建筑给水排水设计规范被审批通过时为止；三、建筑给排水阶段即发展阶段。自1986年至今。,3,1、房屋卫生技术设备阶段（初创阶段）,自1949年至1964室内给水排水和热水供应设计规范开始试行时为止。其主要标志是我国开始设置给水排水专业，房屋卫生技术设备被确定为一门独立的专业课程，第一代通过专业培养的建筑给排水专业技术人员走上工作岗位，开始形成自己的专
2、业队伍。,4,2、室内给排水阶段（反思阶段）,自1964年至1986年建筑给水排水设计规范被审批通过时为止。其主要标志是通过工程实践，对以往机械搬用国外经验并造成失误进行了认真总结和反思，进而形成和确立有我国特色的建筑给排水技术体系。,5,3、建筑给排水阶段（发展阶段）,自1986年至今1986年以来，建筑给排水专业迅速发展，已成为建筑中不可缺少而又独具特色的组成部分。在发展阶段，专业队伍上已具备积累了一定经验，经过专业培训的设计、施工、安装、管理人员，技术上积累了以前的实践经验，借鉴了国外的新技术，专业技术有了明显的突破和发展。组织上成立了全国建筑给排水工程标准技术委员会和中国土木学会给排水
3、学会建筑给水排水委员会。,6,现代建筑物中的给排水系统包括,生活给水系统生活排水系统消防系统,7,建筑内部给水系统的分类与组成,建筑内部给水系统：通过引入管，将室外给水管网或建筑小区给水管网的水输送到建筑内部的各种卫生器具、生产机组和消防设备等各用水点，并能满足用户对水质、水量和水压要求的给水系统。,8,建筑内部给水系统组成,1.引入管，也称进户管：连接建筑内部给水系统与城市给水管网或小区给水管网的联络管段。2.水表节点：引入管上装设的水表及其前后设置的阀门、泄水装置的总称。3.管道系统：水平干管、立管、支管等组成的供水管网系统。,9,4.用水设备：各种用水器具、用水设备、消防设备等。5.给水
4、管道附件：设置在管路上的各种阀门。6.增压和贮水设备：水泵、气压装置；水箱、水池等。,建筑内部给水系统组成,10,1-阀门井；2-引入管；3-闸阀；4-水表；5-水泵；6-止回阀；7-干管；8-支管；9-浴盆；10-立管；11-水龙头；12-淋浴器；13-洗脸盆；14-大便器；15-洗涤盆；16-水箱；17-进水管；18-出水管；19-消火栓；A-进入贮水池；B-来自贮水池图1 生活给水系统,11,关于建筑给水装置,1、增压设施2、储水装置,12,1、增压设施,在我国城市供水中，某些城市的供水能力不足，城市水厂发展速度滞后于住宅和公共建筑发展速度，加之管道的老化、承压能力下降，不少城市不但高层
5、建筑需升压供水，一般多层建筑也不能满足上层水压的要求，使我国两次加压设备广泛使用。增压设施已成为建筑给水中比重最大、发展最快的一种装置。我国常用的增压设施是水泵、气压给水设备和变频调速给水设备。,13,2、储水装置,设于屋顶的调节贮水水箱是常用的储水装置。但由于其存在二次污染严重等缺点，现在水箱从材料和加工上己有很大改进，向多元化发展。新式水箱从材质上说有镀锌、搪瓷、复合钢板、涂塑、玻璃钢和不锈钢的水箱。其和水接触的内表面不易锈蚀，对水质无污染。水箱外形变化，用呼吸阀替代浮球阀解决了因停球阀关闭不严造成的漏水问题。,14,建筑内部给水系统给水方式,1.直接给水方式给水系统直接在室外管网压力下工
6、作。（1）简单给水方式室外管网水压任何时候都满足建筑内部用水要求。（2）单设水箱的给水方式室外管网大部分时间能满足用水要求，仅高峰时期不能满足。,15,图2 简单的给水方式,16,图3 单设水箱的给水方式,17,2.设贮水池、水泵和水箱的给水方式,当建筑内部给水系统用水量大，室外给水管网水质和水量能满足要求，而水压不满足要求时采用；或者室内消防设备要求储备一定容积的水量时采用。室外管网贮水池水泵水箱出水管供水。,18,图4 设有水池、水泵和水箱的给水方式,19,3.分区给水方式,建筑物层数较多或高度较大时，若室外管网的水压只能满足较低楼层的用水要求，而不能满足较高楼层用水要求时采用。下区直接供
7、水；上区贮水池、水泵、水箱联合供水方式。两区之间设连通管和闸阀。,20,图5 分区给水方式,21,4.气压给水方式,利用密闭压力罐内的压缩空气，将罐中的水送到用水点的一种增压供水方式。密闭压力罐是一种增压装置，相当于屋顶水箱或水塔，可以调节和贮存水量并保持所需水压。,22,1-水泵；2-止回阀；3-气压水罐；4-压力信号器；5-液位信号器；6-控制器；7-补气装置；8-排气阀；9-安全阀；10-阀门图6 气压给水方式,23,24,25,26,27,28,29,5.变频调速恒压给水方式,系统由贮水池、变频器、控制器、调速泵等组成。用电机变频调速，通过恒压控制器接收给水系统内压力信号，经分析运算后
8、，输出信号控制水泵转速，达到恒压变流量的目的。,30,图7 变频调速恒压给水方式,31,生活给水设备的两种基本型式：,非匹配式匹配式,32,非匹配式供水设备的特点：,需配置蓄水设备(如水塔、高位水箱等)，以便将多余的水或全部的水暂时蓄存起来。当蓄存的水，达到高水位时，水泵停止运转，这时，由蓄水器向用水系统供水。当蓄水器中的水被用到低水位时，水泵再次起动向蓄水设备供水。,水泵的供水量 系统的用水量,33,非匹配式供水方式 高位水箱供水,并列供水方式减压水箱供水方式减压阀供水方式,高位水箱供水方式有：,34,35,高位水箱供水原理说明：,供水系统将城市管网的供水先送入地下蓄水池，通过水泵把水注入高
9、位水箱，再通过管网的高位水箱靠其自然压力（重力）将水送至各用水点。为保证供水的连续性，高位水箱中必须一定数量的水，同时在供水过程中还要防止高位水箱水满溢出，因此要将水位控制在一个特定的范围内。,36,高位水箱供水的自动控制环节要完成以下任务：,（1）当高位水箱的水位低于下限水位时，启动水泵向水箱储水。当水位达到或超过上限水位时，水泵停机。高位水箱给水泵的启停通过水箱内的上下限水位传感器来获得启停信号。（2）对给水泵的常规监控的内容有：水泵的工作模式、运行状态、故障报警等。（3）地下蓄水池水位监控：主要监控高水位报警，防溢出。,37,水泵的供水量随着用水量的变化而变化，没有多余的水量。,匹配式供
10、水设备的特点是,不设置高位水箱等蓄水设备。,38,1、早期的水泵直供式给水系统,就是一种原始的匹配式供水设备，但由于水泵的速度不能调节，水压随用水量的变化而急剧变化。当用水量很小时，水压很高，供水效率很低，既不节能，又使系统的水压不稳定。为了解决节能的问题目前出现了恒压变频供水系统。,39,2、恒压变频供水系统,以供水主管上的压力或管网某结点的压力作为目标值，由智能控制器经过高级计算来控制变频器的频率增减及水泵的投入或退出数量，从而实现闭环控制。,40,恒压变频供水系统,对于智能型建筑的恒压供水系统，大多采用了变频调速环节来降低供水的电能消耗并提高系统的自动化程度。,41,恒压变频供水系统,最
11、初的恒压供水系统依靠接触继电器控制电路，由人工操作和利用调节泵出口阀的开启度来实现恒压供水，再往后，使用了微机及PLC的控制系统。最初的系统中使用的是不调速电机拖动水泵运行，水流量还是由控制调节给水泵出口阀开启度来控制。对拖动电机实施变频调速可大幅度节能，于是节能型的由PLC和变频器组成的变频调速恒压供水系统较大范围地进入了应用。,42,由压力传感器、变频器、给水泵群组和可编程控制器构成的恒压供水系统：,原理框图,43,闭环的压力负反馈控制方式,压力传感器将供水管网中的水压转换成电信号，经放大后，形成一个反馈电压信号，与系统的给定输入电压信号进行比较，二者的差值送给FuzzyPID环节进行运算
12、，再去控制变频器的输出频率，由PLC控制并联的若干台水泵在工频电源和变频电源之间切换运行，实现供水管网压力的自动调节。,44,45,其他,还有气压水箱供水的系统，此类系统的整体性能要差一些。,46,高位水箱供水与恒压供水方式的特性比较,1、高位水箱供水是一种传统的有效供水方式，对于大、中、小建筑均能有效的提供供水，但水箱内的储水水质容易受到二次污染。,47,高位水箱供水与恒压供水方式的特性比较,2、变频调速恒压供水方式节能效果好，自动化程度高、效率高，但要求水泵群组长时间不停运行，即使在夜间用水量很少时也要消耗动力。,48,高位水箱供水与恒压供水方式的特性比较,3、由变频器、PLC等环节构成的
13、恒压供水系统整体设备投资较大。,49,高位水箱供水与恒压供水方式的特性比较,采用哪种方式为楼宇供水，应该做准确的技术经济分析比较之后再行决定。,50,恒压供水系统通常采取以下四种方案,变频主泵+工频辅泵；变频主泵+工频辅泵+气压罐；变频主泵+气压罐；变频主泵+变频辅泵。,51,建筑内部给水系统的监控,高位水箱供水系统监控 水泵给水系统监控,52,高位水箱供水系统监控,高位水箱运行监控 系统与设备运行状态及参量监控,53,1、高位水箱运行监控,高位水箱中设置了：溢流水位停泵水位启泵水位低限报警水位四个液位开关。,高位水箱供水系统监控,54,1、高位水箱运行监控,当高位水箱中的储水水位在不同位置时
14、，相应的液位开关送出信号给DDC。如水箱储水水位高于启泵水位但达到停泵水位时，DDC接收到相关信号，经过处理后，再由DDC给出控制信号控制配电箱内水泵的控制线路主触点，使生活水泵停机。当高位水箱储水水位达到溢流报警水位时，控制器发出报警，提示值班人员干预处理。工作泵和备用泵的工作切换也由DDC控制环节自动完成。在工作泵故障时，将备用泵投入运行，并将工作泵从工作线路中切离出来。,高位水箱供水系统监控,55,1、高位水箱运行监控,一般的，高位水箱有多台泵构成工作泵组，一台泵故障，其他备用泵根据需要投入运行。除此之外，系统还对泵组中各台泵的当前运行累计时间自动存储记录，在整个高位水箱工作运行过程中，
15、对泵组中各个水泵进行均衡运行控制。启动时，首先启动当前运行累计时间最少的水泵。,高位水箱供水系统监控,56,2、系统与设备运行状态及参量监控,从水泵控制配电箱（柜）接触器辅助触点处采集给水泵启停状态信号；从给水泵控制配电箱（柜）热继电器触点处采集给水泵故障报警信号；从给水泵控制配电箱（柜）转换开关处，采集给水泵平均自动转换状态的当前信息；从水流开关状态输出点采集给水泵工作状态的信号；从液位开关采集高位水箱储水的水位数据，并因此来进行水泵的启/停控制。,高位水箱供水系统监控,57,2、系统与设备运行状态及参量监控,通过DDC的数字输出口，控制给水泵配电箱（柜）的控制线路的投入或切离。,高位水箱供
16、水系统监控,58,2、系统与设备运行状态及参量监控,水箱给水系统由水箱蓄水池和水泵组成。控制系统现场设备为DDC、液位传感器组成。水箱设置三个监控水位：溢流液位、启泵液位、和停泵液位。当液位低于溢流液位时，由控制器给出水泵的启动信号。当水位高于停泵液位时，控制器给出停止信号。当液位高于溢流液位时，控制系统发出警报。水池的三个监控水位与水箱基本相同，控制过程基本相同。水泵控制和监测内容有：运行状态、故障状态监控；手/自动状态反馈及启停控制。,高位水箱供水系统监控,59,水泵给水系统监控,系统工作运行参量监控,60,1、系统工作,系统中使用水管式压力传感器检测管网压力，DDC根据该测量值与给定值比
17、较后产生的偏差控制变频器输出频率，控制水泵转速，使管网供水压力维持在一个合理控制范围。,水泵给水系统监控,61,1、系统工作,当供水管网供水量增加或供水不足时，管网压力减小，DDC控制变频器输出频率增加，水泵转速增加和供水量增加；用户用水量减小，管网压力增加，DDC控制变频器输出频率变小，水泵转速下降，供水量减少，实现节能运行控制。系统工作时，调速水泵首先工作，当调速工作已不能满足供水要求时，启动不调速泵工作，通过合理配置调速泵和不调速泵的台数和功率，达到较好的节能效果。,水泵给水系统监控,62,1、系统工作,系统中有多台水泵协同工作，各为备用时，系统可以进行故障泵的自动切离和备用泵的启动投入
18、，还可进行均衡运行和远程的启停控制。,水泵给水系统监控,63,2、运行参量监控,水泵给水系统监控,使用安装在供水干管上的管式液压传感器采集供水压力。从不调速水泵配电柜（箱）接触器辅助触点处采集水泵的启停状态信息。从不调速水泵配电柜（箱）的热继器触点处采集水泵发生故障的信息。从不调速水泵的配电柜（箱）转换开关处采集手/自动转换状态信息。从DDC数字输出口输出到不调速水泵配电柜（箱）接触器控制回路，控制水泵的启停。,64,2、运行参量监控,从调速水泵配电柜（箱）接触器的辅助触点采集调速水泵启停状态信息。从DDC数字输出口输出到调速水泵配电柜（箱）接触器控制回路对调速水泵进行启停控制。从DDC模拟输
19、出口输出到调速水泵驱动电机变频器控制口对调速水泵进行转速控制。从水流开关状态输出点采集水流开关状态信息。,水泵给水系统监控,65,2、运行参量监控,由于在高层建筑中，水泵直接给水系统采用单一给水压力供水，则建筑低层的给水压力就很大，导致供水效果变差。可采取分区配置不同扬程的水泵向不同分区供水的方式或使用同一扬程的水泵但进行减压后向不同的分区供水的方法。,水泵给水系统监控,66,建筑排水系统,包括：中水和污水两个部分。,67,建筑排水系统,中水指生活废水及普通下水，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，二者是分开的，这样污水的难闻气味不会进入到中水系统，即中水系统是不会被污水系
20、统污染的。污水通过污水管道排入城市污水管网。中水的回收利用潜力较大，如中水的二次利用，如景观工程用水等。,68,排水系统的自动控制,在现代建筑的排水系统中，靠污水的重力沿排水管道排入污水井进入城市排水管网，这是地面上部分（建筑物）的污水排水方式。而建筑的地面下部分污水排放，则首先要将污水集中于污水池，再用排污水泵将其排放到地面上的排水系统。,69,排水系统的自动控制,在污水集水池中设置液位开关，监测以下不同的水位：停泵的水位、启泵水位和溢流报警水位、低限报警水位等。DDC根据液位开关采集到不同的状态信号来控制排水泵的启停。当集水池水位达到启泵水位时，DDC自动控制污水泵启动，排放集水池内污水。
21、,70,排水系统的自动控制,当集水池内水位下降到停泵水位时，DDC自动控制污水泵停止运行。当集水池水位达到溢流水位，系统报警。当集水池水位已经达到至启泵水位或水位已经低于停水泵位而水泵仍然处于开启运行状态时，系统发出警报。,71,排水系统的自动控制,排水系统中有多台排污泵时，多台泵互为备用，若一台泵发生故障，监控系统自动将其从主线路中切离，并随后启动备用泵投入运行。控制系统保存有系统中设备的运行时间自动记录，可根据这些自动记录对设备进行均衡运行控制（这些设备主要是水泵）。控制系统还可对现场设备进行远程开关控制。,72,排水系统运行状态及运行参量监控,通过水流开关输出点对水流状态进行监控；通过对
22、排水配电箱接触器辅助触点的开/闭信号采集，对排水泵启停状态进行监控；取自安装在集水坑的液位开关给出的信号对集水坑水位进行监测；通过对排水泵配电箱热继电器触点开启/闭合状态的信号采集，可对排水泵故障发出报警；自DDC的DO口输出到排水泵配电箱接触器控制回路，对排水泵进行启停控制。,73,水网管路设计为：在排水池中利用两个排水泵将供出的水排回供水箱，形成一个给排水系统，并利用变频器、可编程控制器进行恒压供水控制。,实验系统建筑物内的给排水系统,方案变频主泵+工频辅泵,74,水路管网,75,双泵恒压供水系统的主电路,76,变频调速控制原理与思路,本实验系统主要通过变频器所具有的PID控制，并通过可编程控制器，水压传感器，组成单闭环PID调节系统，使水压稳定于恒定状态。变频泵在整个实验过程持续运行。,77,供水系统控制部分接线图,78,当系统用水量增大时，变频泵频率升高，当频率高于工频50HZ时，变频器发出高频信号给PLC，PLC延时2min，给出信号使工频泵运转。当用水量慢慢减小，频率低于变频器下限频率，变频器发出低频信号给PLC，PLC延时3min，给出信号关断工频泵的运转。,变频柜采用控制模块化,79,供水装置控制流程,80,
