Inteligentne urządzenia do zaopatrzenia w wodę: ryzyko związane z wyborem, zwrotem kosztów i uruchomieniem

Trzy miesiące po włączeniu nowych zestawów wspomagających w kompleksie składającym się z 420 mieszkań zespół obsługi obiektu nadal każdego wieczoru rejestrował skargi dotyczące ciśnienia na piętrach od 12 do 18, pomiędzy 7. a 9. Pompy zostały prawidłowo ocenione na papierze, a silniki pracowały na pełnych obrotach prawie przez cały dzień. Nic w systemie nie mierzyło popytu, więc nic w systemie nie mogło za nim podążać.

Ta odległość między wydajnością znamionową a wydajnością rzeczywistą jest problemem, który ma za zadanie zlikwidować inteligentne urządzenia do zaopatrzenia w wodę. Termin nie opisuje jednego produktu. Opisuje pakiety przechowywania, wspomagania i kontroli, dzięki czemu zachowują się jak jeden kontrolowany system, w którym jedna strona jest odpowiedzialna za ciśnienie w kranie. Jiangsu Mingxing Water Supply Equipment Co., Ltd., producent Jiangsu, który buduje zbiorniki, pompy i stacje pakowane pod marką inteligentnej wody Leaqua, buduje swój katalog w oparciu o tę logikę, a nie o pojedyncze komponenty.

Definicja robocza

Inteligentne urządzenia wodociągowe to pakiet składający się ze zbiorników magazynujących wodę, pomp wspomagających, sterowników o zmiennej częstotliwości, czujników ciśnienia i przepływu oraz warstwy monitorującej, która dostosowuje moc wyjściową do mierzonego zapotrzebowania i raportuje własny stan pracy.

Ta definicja ma znaczenie w dziale zakupów. Kiedy granica zostanie wytyczona wokół jednego kontrolowanego systemu, odpowiedzialność za ciśnienie, jakość wody i energię przestaje być dzielona pomiędzy trzy zamówienia.

Co faktycznie zawiera inteligentny sprzęt do zaopatrzenia w wodę

Inteligentne urządzenia wodociągowe są zorganizowane w czterech warstwach funkcjonalnych, a każda warstwa niesie ze sobą własne ryzyko związane ze specyfikacją. Słabość w jednej warstwie zwykle ujawnia się jako objaw w innej, dlatego kupowanie poszczególnych komponentów tak często kończy się powstaniem systemu, którego nikt nie jest w stanie dostroić.

Cztery warstwy funkcjonalne inteligentnego systemu zaopatrzenia w wodę i element specyfikacji, który o nich decyduje.
Warstwa	Typowy sprzęt	Co poprawić w specyfikacji	Awaria zapobiega
Przechowywanie	Zbiorniki sekcyjne ze stali nierdzewnej 304 lub 316, stali ocynkowanej ogniowo lub tworzywa sztucznego wzmocnionego włóknem szklanym	Gatunek materiału, grubość panelu w zależności od głębokości wody, uszczelnienie dopuszczone do kontaktu z żywnością	Zanieczyszczenie, odkształcenie panelu, wyciek
Wzmocnienie	Pionowe pompy odśrodkowe wielostopniowe lub z wlotem końcowym	Praca plus przepływ w trybie gotowości, wysokość podnoszenia przy najgorszym ciśnieniu wlotowym	Awaria jednopunktowa, krótkie cykle
Kontrola	Napędy o zmiennej częstotliwości, PLC, przetworniki ciśnienia	Zakres stałego ciśnienia, minimalna prędkość pompy, zabezpieczenie przed pracą na sucho	Wahania ciśnienia, marnowanie energii
Monitorowanie	Przepływomierze, czujniki poziomu, zdalny pulpit nawigacyjny	Przedział danych, routing alarmów, kto może zmieniać wartości zadane	Późne wykrywanie usterek, brak śladów dowodów

Decyzje dotyczące przechowywania i wzmacniania współdziałają ze sobą w większym stopniu, niż przyznaje większość dokumentów przetargowych. Grubość panelu, głębokość wody i warunki ssania decydują o tym, czy pompa widzi na wlocie czystą, pozbawioną powietrza wodę. Prefabrykowane podejście modułowe, takie jak duży modułowy prefabrykowany zbiornik na wodę SW, zapewnia elastyczną pojemność magazynu na miejscu, zachowując jednocześnie sztywność ścian w miejscu, w którym zbiornik jest najgłębszy.

SW Large Module Prefabricated Water Tank

Prefabrykowany zbiornik na wodę o dużym module SW Modułowy zbiornik na wodę z możliwością wyboru grubości płyt i modelami SW, umożliwiający elastyczne przechowywanie w miejscu i stabilne ssanie pompy. Zobacz produkt →

Jeśli chodzi o uzupełnianie, typową odpowiedzią jest konfiguracja typu zbiornikowego, w przypadku której magistrala miejska nie może być poprowadzona daleko: woda najpierw wpływa do zbiornika rozdzielającego, a następnie jest pompowana przez pompy o zmiennej częstotliwości, dzięki czemu magistrala nigdy nie wytwarza podciśnienia, dopóki dostępna wysokość podnoszenia jest nadal używana.

Digital Variable-Frequency Tank-Type Non-Negative Pressure Pump Station

Cyfrowa stacja pomp o ciśnieniu nieujemnym, o zmiennej częstotliwości Zbiornikowa stacja wspomagająca z niezależnym sterowaniem pompą o zmiennej częstotliwości, inteligentnym monitorowaniem i konstrukcją bez podciśnienia zapewniającą stabilne i energooszczędne zaopatrzenie w wodę. Zobacz produkt →

System jest tak inteligentny, jak jego najsłabsza warstwa. Żaden napęd nie jest w stanie zrekompensować pracy pompy daleko od jej najlepszego punktu wydajności lub sytuacji, gdy zbiornik pobiera powietrze przez źle umiejscowiony przewód ssawny.

Gdzie najpierw pojawia się zwrot z inwestycji w inteligentne urządzenia zaopatrzenia w wodę

Na pierwszy plan wysuwają się energia, utrata wody i nieplanowane wezwania; oszczędności pracy i dłuższa żywotność sprzętu pojawiają się wolniej. Sterowanie ze zmienną częstotliwością zmienia raczej kształt dziennej krzywej obciążenia niż szczyt, dlatego pompy spędzają większość godzin przy zmniejszonej prędkości, a ciśnienie jest utrzymywane poprzez regulację obrotów zamiast zaworów dławiących.

12-18

miesięcy, typowy zwrot kosztów po modernizacji

0,01 MPa

pasmo ciśnienia w stanie ustalonym, które należy utrzymać na kranie

N 1

redundancja pomp w układzie standardowym

Poniższy wykres podsumowuje redukcje zgłoszone w odniesieniu do linii bazowej o stałej prędkości, mierzonej przy tym samym profilu obciążenia.

Redukcja w porównaniu z wartością bazową o stałej prędkości

Energia na dostarczony metr sześcienny

23%

Godziny pracy w utrzymaniu ruchu

27%

Utrata wody w wyniku przepełnienia

31%

Nieplanowane wezwania serwisu

42%

Skala: redukcja od 0 do 50 procent, średnia dla projektów modernizacji budynków mieszkalnych i instytucjonalnych.

Uwaga dotycząca metody: są to średnie na poziomie projektu, a nie gwarancje. Rzeczywiste wyniki zależą od wyboru pompy, tarcia w rurze, obrotu zbiornika i kształtu dziennej krzywej zapotrzebowania. Dokonuj pomiaru na własnej stacji przez trzydzieści dni przed i po każdej zmianie i porównuj kilowatogodziny na metr sześcienny dostarczony przy tym samym ciśnieniu tłoczenia.

Dopasowanie właściwej konfiguracji do profilu zapotrzebowania

Większość projektów obejmuje trzy profile zapotrzebowania: zaopatrzenie wyłącznie na potrzeby gospodarstwa domowego, zaopatrzenie na potrzeby gospodarstwa domowego z rezerwą przeciwpożarową oraz odprowadzanie ścieków lub odprowadzanie ścieków. Wybór złej konfiguracji kosztuje więcej niż wybór większej, ponieważ niedopasowanie objawia się krótkimi cyklami, stagnacją lub stale pracującą pompą rezerwową.

Profil popytu, konfiguracja pasująca do każdego z nich oraz dane wejściowe dotyczące rozmiaru, które decydują o wyniku.
Profile	Typowa konfiguracja	Dominujące dane wejściowe dotyczące rozmiaru	Częsty błąd
Dom mieszkalny i handlowy	Stacja podciśnieniowa typu zbiornikowego z pompami o zmiennej częstotliwości	Przepływ w godzinach szczytowych i ciśnienie na wlocie miejskim	Dobór na podstawie średniego przepływu zamiast godzin szczytu
Rezerwa krajowa plus ogień	Zintegrowana przepompownia domowa i przeciwpożarowa dzieląca jedną pojemność	Wielkość rezerwy ogniowej i dzienny wskaźnik obrotu	Pozostawienie rezerwy wody bez obrotu
Drenaż piwnicy i nisko położonych	Urządzenie do przetłaczania ścieków z pompami głębinowymi	Natężenie napływu, wysokość podnoszenia, zawartość ciał stałych	Przewymiarowanie pomp i tworzenie krótkich cykli
Duża rezerwa ogniowa	Modułowy zbiornik na wodę gaśniczą o dużej pojemności, klasy 1100 ton	Czas trwania ognia i szybkość uzupełniania	Niedocenianie sztywności panelu w głębokich zbiornikach

Tam, gdzie budynek potrzebuje zarówno wody użytkowej, jak i rezerwy przeciwpożarowej, pojedyncza zintegrowana stacja dzieli jedną magazynowaną objętość i utrzymuje rezerwę w ruchu, zamiast pozostawiać ją na miesiące.

Integrated Domestic and Fire Protection Pumping Station

Zintegrowana Przepompownia Domowa i Przeciwpożarowa Zintegrowana przepompownia domowa i przeciwpożarowa z prefabrykowanymi modułami, inteligentnym monitorowaniem i pracą pomp stabilizującą ciśnienie dla łącznego zapotrzebowania na wodę. Zobacz produkt →

Woda rezerwowa, która nigdy się nie przewraca, to problem z jakością wody, który czeka na wykrycie podczas następnej inspekcji. Zintegrowane remizy domowe i remizy strażackie rozwiązują ten problem raczej na podstawie projektu niż procedur.

Specyfikacje decydujące o tym, czy inteligentne urządzenia dostarczające wodę będą działać na miejscu

Cztery decyzje dotyczące specyfikacji pozwalają przewidzieć większość wyników: materiał zbiornika, punkt wyboru pompy, logika sterowania i rozmieszczenie czujników. Wszystko inne to szczegóły.

Materiał zbiornika i grubość panelu

W przypadku wody pitnej praktyczną opcją domyślną pozostaje stal nierdzewna 304, a stal 316 jest zarezerwowana dla środowisk bogatych w chlorki lub przemysłowych. Stal ocynkowana ogniowo z warstwą cynku o grubości 70 mikrometrów lub więcej konkuruje pod względem pierwszego kosztu tam, gdzie woda nie jest przeznaczona do picia. Grubość panelu należy odczytywać razem z głębokością wody, a nie z płaskiej tabeli, ponieważ ciśnienie u podstawy czterometrowego zbiornika jest mniej więcej dwukrotnie większe niż w dwumetrowym zbiorniku.

Punkt doboru pompy i redundancja

Wybierz punkt pracy w pobliżu punktu najlepszej wydajności pompy przy najczęściej spotykanym przepływie, a nie przy teoretycznym szczycie. Zbyt duża pompa pracuje cyklicznie, traci wydajność i szybciej zużywa się uszczelki. Pompa rezerwowa powinna być jednostką zapasową o pełnym obciążeniu, a nie mniejszą, a logika sterowania powinna obracać pompę główną zgodnie z harmonogramem, tak aby obie jednostki przepracowały podobny czas.

Logika sterowania i rozmieszczenie czujników

Przetwornik ciśnienia należy umieścić za wspólnym kolektorem tłocznym, a nie na odgałęzieniu obsługującym tylko część budynku. Minimalna prędkość pompy musi być ustawiona powyżej punktu, w którym pompa przestaje wytwarzać wysokość podnoszenia, a zabezpieczenie przed pracą na sucho musi być podłączone tak, aby zatrzymać przemiennik, a nie tylko wywołać alarm. Warto przeczytać o zachowaniu na poziomie popędu stojącym za tymi wyborami przed napisaniem narracji sterującej; ta uwaga techniczna na temat zalet inteligentnego sterowania ze zmienną częstotliwością obejmuje podstawy.

Linia bazowa o stałej prędkości

Pompy pracują ze stałą prędkością w oparciu o zawór dławiący
Ciśnienie oscyluje przy każdym poborze
Zużycie energii pozostaje na prawie stałym poziomie niezależnie od zapotrzebowania
Usterki wychodzą na jaw dopiero wtedy, gdy najemca złoży skargę

Inteligentna zmienna częstotliwość

Prędkość podąża za zmierzonym przepływem i ciśnieniem
Ciśnienie utrzymywane w wąskim pasku na kranie
Energia śledzi krzywą obciążenia godzina po godzinie
Trendy i alarmy są rejestrowane przed awarią

Błędy w uruchomieniu, które pojawiają się w ciągu pierwszych dziewięćdziesięciu dni

Większość awarii w pierwszym kwartale to problemy z rozmiarem i instalacją, a nie problemy z oprogramowaniem. Poniższe sześć obejmuje większość objaśnień dotyczących nowych instalacji.

Punkt pracy wybrany przy maksymalnym teoretycznym zapotrzebowaniu, więc główna pompa przełącza się między uruchomieniem a zatrzymaniem.
Przetwornik ciśnienia zainstalowany w martwej strefie lub na odgałęzieniu, generujący odczyt ciśnienia, który nigdy nie jest zgodny z kranem.
Rurociąg ssący zatrzymuje powietrze, powodując hałas kawitacyjny i stopniowe uszkodzenie wirnika.
Zabezpieczenie przed suchobiegiem skonfigurowane wyłącznie jako alarm, dzięki czemu pompa może pracować bez wody.
Czujniki poziomu dryfują po pierwszych kilku tygodniach, wywołując fałszywe alarmy wysokiego poziomu i niepotrzebne przepełnienie.
Przyłącze miejskie zostało dobrane bez sprawdzania resztkowego ciśnienia wlotowego, co prowadzi do podciśnienia w godzinach szczytu.

Praktyczna zasada

Jeśli stacja wymaga ręcznej interwencji w ciągu pierwszego miesiąca działania, problemem prawie zawsze jest założenie dotyczące rozmiaru, a nie ustawienie sterownika, a dostosowanie parametrów go nie rozwiąże.

Jak porównać dostawców inteligentnych urządzeń do zaopatrzenia w wodę

Porównuj dostawców pod kątem odpowiedzialności inżynieryjnej, a nie szerokości katalogu. Producent budujący zbiorniki, pompy i panele sterujące w jednym obiekcie przejmuje interfejsy; firma handlowa przesyła je do Ciebie. Cztery czeki szybko oddzielają te dwie rzeczy.

Udział standardów. Dostawca, który pomagał w pisaniu dokumentów projektowych, takich jak standard prefabrykowanej zintegrowanej stacji pomp i towarzysząca jej specyfikacja techniczna, rozumie zasady interfejsu stosowane przez recenzentów.
Możliwości oprogramowania wewnętrznego. Warstwy monitorowania nie działają, gdy pulpit nawigacyjny jest licencjonowany od strony trzeciej, która nie obsługuje sterowanych przez niego pomp.
Promień serwisu i części zamienne. Zapytaj w formie pisemnej, jak szybko zamienne uszczelnienie mechaniczne lub przetwornik ciśnienia dotrze na miejsce.
Instalacje referencyjne o podobnej skali. Rezerwa ogniowa 1100 ton i zbiornik domowy o pojemności 20 metrów sześciennych to różne problemy inżynieryjne.

W celu specyficznego dla projektu przeglądu objętości zbiornika, wyboru pomp i logiki sterowania należy zlecić przegląd projektu z zespołem inżynierów przed zamrożeniem dokumentów przetargowych, a nie po.

Inteligentne urządzenia wodociągowe są dobrane prawidłowo, gdy jedna ze stron jest w stanie odpowiedzieć za ciśnienie w najdalszym kranie, jakość magazynowanej wody i energię zarejestrowaną na liczniku.

Często zadawane pytania dotyczące inteligentnych urządzeń do zaopatrzenia w wodę

Jak zachowuje się sprzęt, gdy ciśnienie miejskie jest niskie?

Zbiornikowa stacja podciśnieniowa oddziela budynek od sieci głównej, zasysając wodę do zbiornika wyrównawczego, a następnie ją podnosząc, tak że podawane ciśnienie nie zależy już od ciśnienia głównego. Jednostki z podłączeniem bezpośrednim nie mają zbiornika wyrównawczego i dlatego do bezpiecznej pracy wymagają minimalnego ciśnienia wlotowego, zwykle około 0,1 MPa.

Czy jedna stacja może jednocześnie dostarczać wodę użytkową i wodę gaśniczą?

Tak. Zintegrowana przepompownia domowa i przeciwpożarowa dzieli jedną zmagazynowaną objętość i utrzymuje rezerwę przeciwpożarową jako jej wydzieloną część. Rezerwa musi być nadal chroniona przed stagnacją, a lokalne przepisy określają, czy w Twojej jurysdykcji wymagane jest fizyczne oddzielenie przyłączy domowych i przeciwpożarowych.

Jakiej konserwacji wymaga system każdego roku?

Zaplanuj inspekcję i czyszczenie zbiornika, kontrolę uszczelek i paneli, odczyty wibracji i prądu pompy, kalibrację przetwornika oraz roczny przegląd parametrów napędu. Gdy warstwa monitorowania jest aktywna, większość z nich staje się planowaniem opartym na warunkach, a nie stałym kalendarzem, skąd wynika redukcja siły roboczej na powyższym wykresie.

Jak zweryfikować deklarowane oszczędności energii?

Mierz stację przez trzydzieści dni przed i po zmianie i porównaj kilowatogodziny na metr sześcienny dostarczony przy tym samym ciśnieniu tłoczenia. Chwilowe odczyty mocy wykonane podczas wizyty na miejscu niczego nie dowodzą, ponieważ rejestrują jeden moment krzywej obciążenia, która zmienia się w zależności od godziny i pory roku.