高层建筑二次供水系统的压力控制技术研究

高层建筑二次供水系统的压力控制技术研究

李静

东平县公用设施保障服务中心  271500

摘要：在现代化城市中，高层建筑的二次供水系统是确保居民日常生活和商业运营正常进行的关键设施之一。然而，如何有效地控制供水系统的压力，以保证水压稳定、避免水锤效应、节能降耗，成为了建筑水利工程师们面临的挑战。本文旨在深入探讨高层建筑二次供水系统的压力控制技术，包括基于物联网的智能控制系统、变频调速技术的应用、以及压力罐与水泵的优化匹配等，旨在为提升供水系统的效率与可靠性提供新的思路和解决方案。

关键词：高层建筑；二次供水系统；压力控制；技术

一、引言

在现代城市高楼林立的背景下，高层建筑的二次供水系统已经成为城市基础设施不可或缺的一部分。它不仅满足了居民的日常生活需求，更是商业运营和公共设施运行的命脉。然而，随着城市化进程的加速，供水需求的剧增和对水质安全的更高要求，使得传统的二次供水方式及其压力控制技术面临着严峻的挑战。例如，使用水箱进行储存和加压的方式，不仅容易因水箱清洁维护不足导致水质污染，还占用了宝贵的城市空间，且能耗高，维护成本高昂。此外，对于超高层建筑而言，多级接力的恒压供水方式成为必需，但如何提高其效率，减少能源损耗，实现更精确的控制，成为当前研究的热点。

二、二次供水系统与压力控制技术

在现代高层建筑中，二次供水系统是确保水资源稳定、高效分配的关键组成部分。这个系统不仅关乎到居民的日常生活，也影响到商业运营和公共设施的正常运行。本文将深入探讨二次供水系统的构成及其工作原理，同时分析压力控制技术在系统中的核心作用及其实现方式。

二次供水系统主要由四部分构成：水源、增压设备、储水设施和输配水管网。水源通常来自城市主供水网络，通过设置在建筑内部的增压设备（如水泵）提升水压，使水能到达高层建筑的各层。储水设施如水箱或水塔用于存储供应高峰时的多余水量，以备低峰期使用，同时可以平衡供水系统的压力波动。输配水管网则负责将处理过的水分配到各个用户单元。

压力控制技术在二次供水系统中起着至关重要的角色，它确保了用户在任何楼层都能获得稳定、足够的水压。传统的压力控制方法多采用水箱+水泵的配置，通过水位调节水泵的工作状态，维持供水压力。然而，这种方式存在明显的缺陷：如水箱清洁维护困难，可能导致水质污染；机械式水位控制器反应速度慢，不能及时响应压力变化；且能源消耗大，维护成本高。

为了解决这些问题，现代二次供水系统引入了更先进的压力控制技术。其中，变频恒压供水系统尤为引人注目。这种系统采用变频器与水泵配合，通过调节电机转速来控制水压，从而达到恒压供水的目的。变频器可以根据实际用水需求实时调整供水泵的转速，有效防止了水压过高或过低，减少了能源浪费。然而，传统的PID（比例积分微分）控制算法在面对复杂的供水需求波动时，其控制精度和响应速度仍有待提高。

针对PID控制的局限性，研究人员提出了模糊PID控制策略。这种控制方式结合了模糊逻辑和PID算法，能够自适应地调整控制参数，更好地应对供水系统中可能出现的各种变化。通过在线学习和优化，模糊PID控制能够在不同工况下保持较高的控制精度，进一步提升了二次供水系统的运行效率。

基于PLC（可编程逻辑控制器）的智能控制系统也逐渐在二次供水系统中得到应用。例如，使用西门子S7-1200系列PLC和MCGS触摸屏的系统，不仅能够实时监控供水压力、水质和杂物，还能实现对泵电机的群控，通过集中的软件界面进行操作和维护。这样不但简化了管理，降低了维护成本，也提高了系统的稳定性和灵活性。

三、压力控制技术的优化与应用

随着城市化进程的加速和对水资源管理要求的提高，高层建筑二次供水系统的压力控制技术正经历着从传统到现代的转变。本节将深入探讨不同压力控制策略的比较，研究优化方法，并通过实际应用案例分析，展现这些技术在高层建筑中的具体应用和影响。

我们回顾变频恒压供水系统的优势。这种系统通过变频器精确控制电机转速，实现实时水压调节，避免了传统的水箱+水泵配置中因水位变化而产生的水压波动。然而，传统的PID控制算法在面对复杂供水需求时，其控制精度仍有待提高。为解决这一问题，模糊PID控制策略应运而生。模糊PID控制通过模糊逻辑理论，实现了在线参数自适应调整，使得控制器能够更好地适应供水系统中的各种工况，显著提升了控制精度和响应速度。

以某高层住宅区为例，该区在升级供水系统时采用了模糊PID控制技术。在实际运行中，模糊PID控制器能够对用户的用水习惯和外部环境变化做出快速反应，减少了水压波动，提高了供水质量。与此同时，由于能够更精确地调节泵电机转速，该系统与传统的PID控制相比，能有效降低约15%的能耗，实现了节能目标。

在另一方面，PLC集成的智能控制系统也备受青睐。例如，西门子S7-1200系列PLC与MCGS触摸屏的组合，为二次供水系统的实时监控和远程管理提供了强大的平台。通过实时监测水压、水质和杂物，管理人员可以立即发现问题并及时处理，大大降低了维护成本。同时，PLC的群控功能使得泵电机的调度更加灵活，进一步优化了系统的性能。在一座大型商业综合体中，采用该智能系统后，不仅降低了故障率，还通过自动化管理节省了大量的人力资源。

展望未来，压力控制技术将更多地结合物联网和大数据。通过传感器网络收集的实时数据，可以实现更精细化的远程监控，预测潜在的故障，提前进行维护，从而显著提升系统的稳定性和可靠性。此外，大数据分析能够帮助设计者优化供水模型，根据实际需求进行供水策略调整，实现更为智能的控制。

结束语

通过引入先进的控制技术与设备，优化高层建筑二次供水系统的压力管理，不仅可以保障用户的用水需求，还能够实现能源的高效利用，降低运营成本。随着科技的不断进步，我们有理由相信，未来的二次供水系统将更加智能、环保和经济。然而，这仍需要科研人员、工程师与政策制定者共同努力，推动相关技术的创新与应用，以适应日益增长的高层建筑用水需求，为构建可持续发展的城市基础设施贡献力量。

参考文献

[1]陈少林, 邹民虎, 刘赫南, 王恺. 超高层建筑二次供水系统水质安全保障措施分析[J]. 给水排水, 2023, 59 (S1): 344-348.

[2]王英竹. 二次供水系统水力模拟与节能降耗研究[D]. 西安建筑科技大学, 2021.

[3]张凯. 二次供水系统运行优化及能效水平提升研究[D]. 长安大学, 2020.

作者简介：姓名：李静，性别：女，1980年11月，籍贯：山东省泰安市东平县，学历：大学本科，职称：给排水助理工程师， 研究方向：给排水。