高层住宅管网直供、储能削峰、智能变频供水系统及使用方法技术领域
本发明涉及供水控制系统，具体涉及一种高层住宅管网直供、储能削峰、智能变频供水系统及使用方法。
背景技术
在城市高层建筑加压供水系统中，一般根据楼层高度计层数分区加压供水（部分城市高压区采用楼顶水箱供水）。
在一般的恒压供水系统中，存在这样的供水数学模型
其中：
：水泵机组供水压力
：用户用水压力
△H：送水过程中水头损失
K：管网阻力系数
Q：供水端瞬时出口流量
Qm：供水端最大出口流量
：用户时平均用水量
:时变化系数，一般设1.6~1.8
无论低、中、高任何压力区供水，存在这样的供水数学模型在同一区供水系统中，K值是恒定的，值是预选的，也是恒定的，在水泵机组供水压力恒定时，其变频调速的水泵调速范围及开停机，受N个用户单位时间内用水户数的多少和用水量的大小而确定。同时又因为这样的加压供水方式是：水泵机组→管网→用户用水的是直供方式，在单位时间内，N个用户用水开关的开启等于直接从管网中泄压，同时又受楼层高度及层数影响，直接影响供水的服务质量和安全。分区变频性质、加压供水系统存在以下几个问题。
1、住宅小区1—3层，要求服务供水压在国家建设中规定0.16兆帕，并且在无负压供水设备压力保护装置0.1—0.12兆帕范围内传统变频性质直供水，把1—3层列入分区加压范围，浪费了供水管网压力，消耗了不必要电能，忽略了1—3层用水压力在服务压力必须存在的指标范围内，供水管网来水压力完全能满足1—3层用户用水压力的需求（如不能满足则无负压机组也不能工作）。
2、传统高压加压供水方案中，无论高、中、低区加压，在选择水泵机组流量Q时，只考虑到，而。即在用户24小时平均用水量的基础上，乘1.6-1.8时变化系数基础上确定水泵机组最大出水量，忽略了居民小区在非高峰用水期所需流量大幅减少用水的特点，使大功率主泵长期运转，虽有变频调速和保压装置来调节流量，但大部分时超出了变频调速不超过5％的范围。空载运行情况严重，这也是高层住宅小区加压水浪费增高，业主与物业因加压水电费过高，纠纷不断的主要因素之一。
3、传统高层加压供水，大都是变频恒压供水，主要由两种模式：
①管网水→加压泵→管线→用户水闸门；
②管网水→加压泵→管线→高位水箱→用户水阀门。
第一种模式：
从该工艺流程中可看出，在正常加压供水过程中，加压泵从供水管网直接水，通过管网直接到用户水闸门，粗看很简单，但细分析不难看出，由数N个用户水闸门组成的用水体系，其用户水闸门及各种水洁具，除自身功能外还有一种功能不可忽视，那就是变化系数值不断在变化，形成一种不定时的、不定量的、不定压的、不定位置的不断从供水管网各个用户接点处进行泄压，造成以下几个问题：
①用户间供水压差△H较大。
可以10层为一加压区去进行计算，为满足第10层用户层压力要求，底层用户水设施要承受0.35Mpa的供水压力，其对用户管网危害极大，虽然有小区在楼层间装置减压阀来消除压差△H，但同样供水机组要用部分功率克服因减压阀设置，其减压值所带来的阻力。浪费了电能及设备损耗
②当值最大值时（高峰用水时）
此时加压机组从供水管网内采水量过大，容易造成供水管网形成供水低压区或无负压加压机组自身保护，以免造成供水主管网负压。一是影响供水管网供水服务压力和损坏管网，二是较高层用户吃水困难。
4、加压机组长时间在低效率区运转
一是损坏设备，浪费电能，传统水泵加压供水其供水系统在用户不用水时是一个封闭系统，其压力保持一般有保压泵或压力气罐进行保压。但是一个小区千家万户，因各种情况24小时不断有用户在用水即使有一个用户用极少量水，也要从供水系统泄压，一是一旦其泄水量超出保压水量又低于供水气泵变频调速范围，供水主泵不得已就要在低效率区运行。二是由于用户用水量多少△Q不可控制，使变频供水系统机组不断进行调节。同样也是造成供水服务管网损坏及用户加压水电费过高的原因
5、供水设备功率选型大，投资高，浪费电能
因目前设备运行，必须满足，所以要乘以时变化系数，必然供水主泵功率与流量大于平均供水量所需功率的1.6-1.8倍，一是投资大，二是当≤1时，水泵机组在低效率工作且空载负荷很大，浪费电能。
第二种模式，缺点是最高功率把水提到顶层向下送水，①浪费能量，②易污染。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种高层住宅管网直供、储能削峰、智能变频供水系统及使用方法，用于解决现有技术中上述的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明的一个方面是提供一种高层住宅管网直供、储能削峰、智能变频供水系统，包括：低压区管网供水系统、中高压区储能削峰供水系统、远程传输报警系统；
所述低压区管网供水系统的进水口与进水管路相连接，出水口与低压区用水管路相连接；
所述中高压区储能削峰供水系统的进水口与进水管路相连接，出水口与中高压区用水管路相连接；
所述远程传输报警系统包括GPRS传输模块和服务器；
所述GPRS传输模块可用于接收所述中高压区储能削峰供水系统的数据信号，并将该信号传输至所述服务器，所述GPRS传输模块还可用于接收所述服务器的数据信号，并将该信号传输至所述中高压区储能削峰供水系统；
所述服务器包括数据分析模块、接收器和发射器；用于接收GPRS传输模块的数据信号并进行分析处理后再将处理后的信号通过所述GPRS传输模块传送到所述中高压区储能削峰供水系统。
优选的，所述低压区管网供水系统包括：水泵机组、补水池、连接管路和控制柜；
所述水泵机组由若干水泵支路并联而成，每个水泵支路由水泵、蝶阀、消声止回阀依次串联而成，水泵机组的进水口与补水池相连接，出水口用于通过主管路与各低压区用户支路相连接；
所述水泵机组的进水管路上设置电动蝶阀A，所述电动蝶阀通过控制线与所述控制柜连接；在主管路上、所述水泵机组的出水口与主管路连接点的前方设置电动蝶阀B；
所述水泵机组的出水口上设置压力变送器，所述压力变送器通过控制线路与所述控制柜连接；所述控制柜通过控制线路与所述水泵机组连接。
进一步优选的，所述低压区用户支路上设置阀门。
优选的，所述中高压区储能削峰供水系统包括：水泵机组、控制柜、第一压力区供水支路、第二压力区供水支路、……第N压力区供水支路；其中N为正整数；
所述水泵机组的进水口与进水管路相连接，出水口用于通过主管路与所述各压力区供水支路相连接；
所述第一压力区供水支路、第二压力区供水支路、……第N压力区供水支路相互并联，分别与主管路相连接；
所述水泵机组的出水管路上设置压力变送器，所述压力变送器通过控制线路与所述控制柜连接；
所述控制柜包括；变频器、PLC、发射器和接收器；控制柜通过所述发射器向所述GPRS传输系统输出信号，通过所述接收器接收GPRS传输报警系统的输入信号；通过控制线路与所述水泵机组相连接；
所述各压力区供水支路分别包括：第一单元供水支路、第二单元供水支路、……第M单元供水支路，其中M为正整数；各单元供水支路相互并联。
进一步优选的，所述水泵机组主要由若干加压主泵支路和若干加压辅泵支路并联而成；
每个加压主泵支路由手动蝶阀、加压主泵、手动蝶阀和消声止回阀依次串联而成；
每个加压辅泵支路由手动蝶阀、加压辅泵、手动蝶阀和消声止回阀依次串联而成；
所述水泵机组的进水端通过电动蝶阀与无负压储能装置相连接，所述电动蝶阀通过控制线路与所述中高压区储能削峰供水系统的所述控制柜相连接。
进一步优选的，所述各单元供水支路均包括储能消峰一体装置，所述储能消峰一体装置的输入端与压力区供水支路的进水管路相连接，输出端与单元用户的进水管路连接。
更进一步优选的，所述储能消峰一体装置包括：囊式储能罐、单元控制终端、进水阀门、电动蝶阀、止回阀和压力变送器；所述囊式储能罐的输入端依次通过所述止回阀、电动蝶阀、进水阀门与单元供水支路的进水管路相连接；所述电动蝶阀通过控制线路与所述单元控制终端相连接；所述压力变送器设置在所述囊式储能罐上，用于测量上下限压力值H9、H10；所述压力变送器通过控制线路与所述单元控制终端相连接。其中，
H9为下限压力指用户单元的储能消峰一体装置中需补压补水的下限压力。
H10为上限压力，指用户单元的储能消峰一体装置中，停止补压补水后，所达到的上限压力。
本发明的另一个方面是提供一种高层住宅管网直供、储能削峰、智能变频供水系统及使用方法，包括以下几个方面：
一．低压区管网供水系统的工作模式：包括两种工作模式：
1．低压区管网供水系统供水：
当满足H1＞H8＞H7条件时，电动蝶阀A关闭，电动蝶阀B打开，由管网直接向低压区
供水；
2.水池供水
当不能满足H1＞H8＞H7条件时，电动蝶阀A打开，电动蝶阀B关闭，补水池通过水泵机组向低压区供水；
其中，H1为指主管路进水压力；
H7为指无负压泵工作时，为避免直接在管网取水，设定的压力保护值；
H8为国家规定的城市供水管网最低压力值，0.16-0.18Mpa。
二．中高压区储能削峰供水系统的工作模式
1.加压机组供水
加压初始阶段，启用加压泵组向各压力区供水支路供水，当第一压力区供水支路、第二压力区供水支路、……第N压力区供水支路的消峰一体装置的囊式储能罐的水容量分别达到设定最大值Q1、Q2、……QN时，水泵机组停止运转，进入保压状态；
2.加压主泵支路与加压辅泵支路供水切换
当大功率主泵在加压过程中H2≥H3,但水泵变频调速范围h调≤h额定时，即按水泵性能曲线，其时，则自动切换小功率辅泵运行；
当H3达到恒定值时，水泵机组则停止运转，进入保压状态；其中，
H2为加压机组出口压力；
H3为达到系统最不利点时最佳经济流量的末梢压力值；
h调为水泵机组的变频调速范围；
h额定为水泵机组的额定变频调速范围；
当第一压力区供水支路、第二压力区供水支路、……第N压力区供水支路的储能消峰一体装置的囊式储能罐的水容量分别达到最低设定Q1低、Q2低……QN低时，水泵机组将优先自动启动小功率辅泵来进行储能削峰，若水量不够，则自动切换大功率主泵，直到第一压力区供水支路、第二压力区供水支路、……第N压力区供水支路的储能消峰一体装置的囊式储能罐的水容量分别达到最大设定值Q1低、Q2低……QN低时，机组保压；以此类推；供水机组永远在水泵最优效率区工作，并优先选择主泵或辅泵供水。
如上所述，本发明的高层住宅管网直供、储能削峰、智能变频供水系统及使用方法，采用分压力区送水的方式，可大幅度降低能耗；除此之外本发明还具有投资少的特点。
附图说明
图1为本发明的高层住宅管网直供、储能削峰、智能变频供水系统的结构示意图；
图2为低压区管网供水系统结构示意图；
图3为中高压区储能削峰供水系统结构示意图；
图4为储能消峰一体装置结构示意图；
图5为低压区管网供水系统的水泵机组的结构示意图；
图中：1GPRS传输模块、2中高压区储能削峰供水系统、3低压区管网供水系统、4服务器、301控制柜、302电动蝶阀、303水泵、304蝶阀、305消声止回阀、306压力变送器、307补水池、308低压区用户支路、309电动蝶阀A、310电动蝶阀B、201水泵机组、202控制柜、203储能消峰一体装置、204第一压力区供水支路、205第N压力区供水支路、206压力变送器、207无负压储能装置、208电动蝶阀、209手动蝶阀、210加压主泵、211手动蝶阀、212消声止回阀、213加压辅泵、214单元供水支路、2031囊式储能罐、2032单元控制终端、2033进水阀门、2034电动蝶阀、2035止回阀、2036压力变送器。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
请参阅图1至图5，本发明的一个方面提供一种高层住宅管网直供、储能削峰、智能变频供水系统，包括：低压区管网供水系统3、中高压区储能削峰供水系统2、远程传输报警系统；
低压区管网供水系统3的进水口与进水管路相连接，出水口与低压区用水管路相连接；
中高压区储能削峰供水系统2的进水口与进水管路相连接，出水口与中高压区用水管路相连接；
远程传输报警系统包括GPRS传输模块1和服务器4；
GPRS传输模块1可用于接收中高压区储能削峰供水系统2的数据信号，并将该信号传输至服务器4，GPRS传输模块1还可用于接收服务器4的数据信号，并将该信号传输至中高压区储能削峰供水系统2；
服务器4包括：数据分析模块、接收器和发射器；用于接收GPRS传输模块1的数据信号并进行分析处理后再将处理后的信号通过GPRS传输模块1传送到所述中高压区储能削峰供水系统2。
低压区管网供水系统3包括：水泵机组、补水池307、连接管路和控制柜301；
所述水泵机组由若干水泵支路并联而成，每个水泵支路由水泵303、蝶阀304、消声止回阀305依次串联而成，水泵机组的进水口与补水池307相连接，出水口用于通过主管路与各低压区用户支路308相连接；
水泵机组的进水管路上设置电动蝶阀A309，电动蝶阀A309通过控制线与控制柜301连接；在主管路上、水泵机组的出水口与主管路连接点的前方设置电动蝶阀B310；
所述水泵机组的出水口上设置压力变送器306，压力变送器306通过控制线路与控制柜301连接；控制柜301通过控制线路与所述水泵机组连接；每个低压区用户支路308上设置阀门；
中高压区储能削峰供水系统2包括：水泵机组201、控制柜202、第一压力区供水支路204、第二压力区供水支路、……第N压力区供水支路205；其中N为正整数；
水泵机组201的进水口与进水管路相连接，出水口用于通过主管路与所述各压力区供水支路相连接；
所述第一压力区供水支路204、第二压力区供水支路、……第N压力区供水支路205相互并联，分别与主管路相连接；
水泵机组201的出水管路上设置压力变送器206，压力变送器206通过控制线路与控制柜202连接；
控制柜202包括；变频器、PLC、发射器和接收器；控制柜通过所述发射器向所述GPRS传输系统输出信号，通过所述接收器接收GPRS传输报警系统的输入信号；通过控制线路与所述水泵机组相连接；
所述各压力区供水支路分别包括：第一单元供水支路、第二单元供水支路、……第M单元供水支路，其中M为正整数；各单元供水支路311相互并联。
水泵机组201主要由若干加压主泵支路和若干加压辅泵支路并联而成；
每个加压主泵支路由手动蝶阀209、加压主泵210、手动蝶阀211和消声止回阀212依次串联而成；
每个加压辅泵支路由手动蝶阀、加压辅泵213、手动蝶阀和消声止回阀依次串联而成；
水泵机组201的进水端通过电动蝶阀208与无负压储能装置207相连接，电动蝶阀208通过控制线路与中高压区储能削峰供水系统的控制柜202相连接。
各单元供水支路均包括储能消峰一体装置203，储能消峰一体装置203的输入端与压力区供水支路的出水管路相连接，输出端与单元供水支路214的进水管路连接。
储能消峰一体装置203包括：囊式储能罐2031、单元控制终端2032、进水阀门2033、电动蝶阀2034、止回阀2035和压力变送器2036；囊式储能罐2031的输入端依次通过止回阀2035、电动蝶阀2034、进水阀门2033与单元供水支路214的进水管路相连接；所述电动蝶阀2034通过控制线路与所述单元控制终端2032相连接；压力变送器2036设置在囊式储能罐上2031，用于测量上下限压力值H9、H10；压力变送器2031通过控制线路与单元控制终端2032相连接。其中，
H9为下限压力指用户单元的储能消峰一体装置中需补压补水的下限压力；
H10为上限压力，指用户单元的储能消峰一体装置中，停止补压补水后，所达到的上限压力。
本发明的另一个方面是提供一种高层住宅管网直供、储能削峰、智能变频供水系统及使用方法，包括以下几个方面：
一．低压区管网供水系统的工作模式：包括两种工作模式：
1．低压区管网供水系统供水：
当满足H1＞H8＞H7条件时，电动蝶阀A309关闭，电动蝶阀B310打开，由管网直接向低压供水；
2.水池供水
当不能满足H1＞H8＞H7条件时，电动蝶阀A309打开，电动蝶阀B310关闭，补水池307通过水泵机组向低压区供水；
其中，H1为指主管路进水压力；
H7为指无辅压泵工作时，为避免直接在管网取水，设定的压力保护值；
H8为国家规定的城市供水管网最低压力值，0.16-0.18Mpa。
二．中高压区储能削峰供水系统的工作模式
1.加压机组供水
加压初始阶段，启用加压泵组向各压力区供水支路供水，当第一压力区供水支路、第二压力区供水支路、……第N压力区供水支路的储能消峰一体装置203的囊式储能罐2031的水容量分别达到设定最大值Q1、Q2、……QN时，水泵机组停止运转，进入保压状态；
2.加压主泵支路与加压辅泵支路供水切换
当大功率主泵在加压过程中H2≥H3,但水泵变频调速范围h调≤h额定时，即按水泵性能曲线，其时，则自动切换小功率辅泵运行；
当H3达到恒定值时，水泵机组则停止运转，进入保压状态；
H2为加压机组出口压力；
H3为达到系统最不利点时最佳经济流量的末梢压力值；
h调为水泵机组的变频调速范围；
h额定为水泵机组的额定变频调速范围；
当第一压力区供水支路204、第二压力区供水支路、……第N压力区供水支路205的消峰一体装置203的囊式储能罐2031的水容量分别达到最低设定Q1低、Q2低……QN低时，水泵机组将优先自动启动小功率辅泵来进行储能削峰，若水量不够，则自动切换大功率主泵，直到第一压力区供水支路、第二压力区供水支路、……第N压力区供水支路的储能消峰一体装置203的囊式储能罐2031的水容量分别达到最大设定值Q1低、Q2低……QN低时，机组保压；以此类推；供水机组永远在水泵最优效率区工作，并优先选择主泵或辅泵供水。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。