摘要：目前，大量高层建筑的分区加压给水方式已经非常广泛地采用变频恒压供水设备（以下简称“变频设备”）和生活调节水箱共同完成。普遍认为，变频设备可以避免之前采用的低位贮水箱、提升泵以及屋顶生活水箱联合供水方式带来的水质二次污染隐患，而且还能经由变频控制来调整水泵转速从而达到节能的目的，即以恒压变流量来随时满足用户的不同用水需要。但就此笔者有些疑问，现进行简要探讨。
关键词：关阀启泵 恒压变流量 浇花皮管 高能量 低能量 扬程 无级变速
Abstract: at present, a large number of high-rise building water supply has been very way division pressure widely using frequency constant pressure water supply equipment (hereinafter referred to as “frequency conversion device”) and life adjust to complete the water tank. Generally think that the variable frequency equipment can avoid the low before the water tank, improve pump and roof life water tank on the quality of the water supply way joint bring second pollution hidden trouble, but also through frequency conversion control to adjust the water pump rotation speed so as to achieve the purpose of saving energy, namel
y to constant pressure and variable flow at any time to meet your different water needs. And for that the author had some questions, we discussed briefly.
Keywords: closing valves and the constant pressure and variable flow pump water the flowers PiGuan high-energy low energy head stepless speed
本人和很多设计者一样，一直在加压给水设计中采用变频设备，但对其恒压变流量的实际运行状态却存在疑问。咨询过厂家，也和同事交流过，却一直没能得到确凿的答案。经几番考证，本人对此类设备恒压变流量一说存在疑问，认为其中有不严谨、不合乎科学实际之处。在此本人想从水力学角度，和诸位同行进行交流，希望能接近其中的真相吧。
1、水泵的关阀启动：
简单说，离心水泵就是利用电能通过电机转子的旋转带动叶轮加速转动，将一定的动能以离心力的方式传递给水，使水产生流动或流动的趋势。在离心泵达到额定转速之前，流量和扬程随转速的增加同步增加，直到额定转速时达到额定值。
变频器恒压供水而水泵性能曲线，通常是以关阀启泵的方式来记录所需的技术参数。先关闭水泵出水管上的阀门，启泵输水使该阀门之前的管路至满水状态，水泵达到额定转速后逐渐开启该阀门，并记录流量、压力、功率等数据的变化。
上述关阀启泵的过程，类似于供水管路在满水承压状态下随用水点逐渐增加（即泄水口的增加），在管路中的流量产生、变化以及扬程的变化。即供水管路从零流量最高扬程开始，随用水点的增加，“扬程”逐渐呈下降趋势——这里的“扬程”二字已经不是“水流经水泵增加的能量”的传统定义所指，而是指水在密闭管路里因用水点的变化而造成的不同压力值。但因为设计者日常口语的不严谨，也就按“扬程”的说法一直说下来了。
2、密闭管路中流量与压力的变化：
一般来说，密闭管路满水状态下供水，用水点越少，即泄水口越小，管路承压越大，造成泄水处的流速加快。
这里的管路承压变大的道理，可以借用浇花时用的皮管来解释。浇花时皮管呈满水状态，此时踩踏一下皮管的中部会发现：踩踏处后端来水段的皮管很快鼓胀起来且变得很硬，踩
得越狠就越鼓胀坚硬，同时踩踏处前端出水段出水口的流量随踩踏力度的加大而减小。这个现象说明在踩踏皮管这个行为发生时，部分水流因遭遇踩踏阻力而被阻止在了后端来水段，未能及时从出水口出流，导致出口流量减少；而这些遭遇阻力的水流并没有凭空消失，它们被束缚在后端来水段必然会对管壁施加压力，也就是致使后端来水段的管路承压变大。
而给水管路在满水状态下开始供水，用水点很少的话，就如同上面浇花皮管被踩踏的状态。也就是说管道断面要大于出水断面，出水口处的断面与管道相比突然变小，就像皮管被踩踏了一样，所以必然也是管路承压加大。而很小的泄水口（用水点少），水泵仍在工频运转，意味着供水能量集中作用在很小的泄水断面上，必然会导致该断面处压力的集中，表现出来的就是流速加快。但即使流速加快，流量仍然是有减少的，因为阻力的存在必然导致能量的损失。
但随着用水点的增加，泄水口变大，原来那部分遭遇突缩阻力的水流从束缚状态中被释放出来而重新参与出流，故对管壁施压变小，则管路承压降低。同时水泵供水的出流断面增大，压力分散了，因而泄水口流速变慢。
3、低能量的水和高能量的水：
回到本文开头要探讨的变频设备的问题上。若把上述供水变化放在变频泵上，就会发现当供水管网处于低峰用水状态时，即用水点少时，此时管网承压变大，原理与3中所述是一样的。此时再通过压力传感器探测到压力变化到达上限值时，由微机自动控制变频器的输出功率从而降低水泵电机的转速，使管网压力逐渐恢复至额定状态。
但转速降低，意味着叶轮提供的离心力变小了，则水泵为输水提供的初始能量变小了，这会导致扬程和流量同步降低。转速变小导致的输水能量变小，则水的流速变小，扬程降低；同时叶轮与水的接触面没有变化，但因流速变小导致流量也降低。此时变频泵的出水是低流量低扬程的水（简称为低能量的水）；而另外工频运行的水泵提供的是更高流量更高扬程的水（简称为高能量的水）。那么在同一管路中，低能量的水如何能和高能量的水同时供出？
你站在河边就可以看到，若主河道里是湍急的流水，而周边与主河道相通的较小分支里的水如果是缓缓流淌过来的，那么分支里的水会很难汇入到主河道中，多半会在分支里停留或打转，最多也就是对主河道的湍急水流冲击一下使之产生一些变形而已。
又比如屋面雨水重力流，悬吊管末端接入的雨水立管顶端若设置雨水斗，就会阻碍悬吊管上各雨水斗的泄流排放。因为雨水立管顶端雨水斗的泄流冲击力要高于悬吊管一端的排水能力，状态和上面河道里的情形是类似的。
还有就是现行《建筑给水排水设计规范》3.8.1条文说明里提到的，Q-H曲线具有上升段的水泵若并联，先启动的泵可正常工作，但后启动的水泵会出现有压无流的空转现象。就是因为这类水泵在启动初期是扬程继续随流量的增大而逐渐增大的，因此同一时刻内，后启动水泵的流量、扬程总会低于先启动水泵的流量、扬程，那么如前所述，低能量水遭遇高能量水的阻碍，就使泵出现“无流”的空转现象。
和上面相似的例子还有很多。结论就是：低能量的水遭遇高能量的水时，会像遇到阻力一样难以汇入其中，多半会止步不前的。
4、恒压变流量
在单泵运行时，变频恒压变流量是可以在一定程度上实现的。在低峰用水时段，因用水点很少，单泵工频运行时管网承压较大。当压力超过上限值时，通过变频控制调低水泵转速，
使得流量和“扬程”（指管网压力）同步下降，直到额定值；当“扬程”降至额定值以下时，说明用水点在增多，此时再通过变频控制调高转速，提高流量和扬程，满足用户用水要求。上述过程中恒压是相对的，并非一条直线；而变流量是可以被实现的，但是经变频调整的流量幅度究竟有多大？节能效果具体有多显著？要由实际运行结果来评定。
但在多台水泵并联的状况下，在变频刚开始发生的短暂时段里，也许就是瞬时，因变频泵开始调低转速而使得管网原来较大的承压开始变小，而此时管网里变小的承压若是和同一时刻内变频泵开始降低转速后的“变扬程”相近，即能量相当，则这个时段内变频泵泵出的变流量是可以输送出去的——重申一下，这个时段是极短暂的。
之后变频泵继续调低转速，那么变频出来的低能量的水遭遇其他工频泵高能量的水时，就会受阻而难以供出水来。因此在水泵并联的状态下，恒压也同样是相对而言的，存在一定的起伏；而变流量则是很难如同无级变速一般完美地被实现的，被广泛宣扬的变流量说法是个不严谨的、并不合乎科学的结论——再强调一下，是在水泵并联的前提下。
况且在并联时，变频泵的低能量出水，因遭遇工频泵的高能量出水而无法汇入输水管，那变频泵就如同在空转。如此就不是在节能，相反是在耗能——因为此刻变频泵的变流量并
没有被用户使用到，而是在输水管入口处徘徊或者打转而已。
综上所述，本人甚至认为，多台水泵并联下的变频机组的节能作为，恐怕只是在不同的用水时段，调整水泵的开启台数而已。即高峰用水时段水泵开启台数多，低峰用水时段水泵开启台数少。而变频导致的所谓变流量效果，若用行驶中的汽车来举例的话，是换挡的果效，即加开或停用一台泵的变化幅度，而非无级变速一般的完美果效。
参考文献：
1、《建筑给水排水设计规范》GB 50015-2003
2、林哲华.变频供水设备的应用与控制措施[J].民营科技.2008(6)
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