用于分区供水的供水系统和方法.pdf

本公开提供了一种用于分区供水的供水系统和供水方法。该供水系统至少包括：第一水泵组；第二水泵组，其与所述第一水泵组串联并利用所述第一水泵组的供水的第二富裕扬程来叠压供水；第一和第二出水流量传感器，其分别连接到所述第一和第二水泵组的出水端，用于分别检测所述第一和第二水泵组的供水的第一和第二出水流量；以及控制柜，分别与所述第一水泵组、所述第二水泵组、所述第一出水流量传感器和所述第二出水流量传感器相连，并基于所检测到的第一出水流量和/或第二出水流量，来控制所述第一水泵组和/或所述第二水泵组内不同水泵配置参数(Q、H)对应工作。

1.  一种用于分区供水的供水系统，至少包括：
第一水泵组，其连接到市政供水管网或水池水箱，并利用所述市 政供水管网的供水的第一富裕扬程来叠压供水；
第一出水流量传感器，其连接到所述第一水泵组的出水端，用于 检测所述第一水泵组的供水的第一出水流量；
第二水泵组，其与所述第一水泵组串联并利用所述第一水泵组的 供水的已有扬程和富裕流量来提供所需流量的叠压供水；
第二出水流量传感器，其连接到所述第二水泵组的出水端，用于 检测所述第二水泵组的供水的第二出水流量；以及
控制柜，分别与所述第一水泵组、所述第二水泵组、所述第一出 水流量传感器和所述第二出水流量传感器相连，并基于所检测到的第 一出水流量和/或第二出水流量，来控制所述第一水泵组和/或所述第 二水泵组内不同水泵配置参数，以在最佳工作效率上运行。

2.  根据权利要求1所述的供水系统，还包括：
第三水泵组，其与所述第二水泵组串联并利用所述第二水泵组的 供水的已有扬程和富裕流量来提供所需流量的叠压供水；
第三出水流量传感器，其连接到所述第三水泵组的出水端，用于 检测所述第三水泵组的供水的第三出水流量，
其中，所述控制柜还分别与所述第三水泵组和所述第三出水流量 传感器相连，并基于所检测到的第一出水流量、第二出水量和/或第三 出水流量，来控制所述第一水泵组、所述第二水泵组和/或所述第三水 泵组内不同水泵配置参数，以在最佳工作效率上运行。

3.  根据权利要求1或2所述的供水系统，其中，所有水泵组均位于 同一设备间。

4.  根据权利要求1或2所述的供水系统，其中，所述控制柜根据以 下公式来控制各个水泵组：
W＝W_min+ΔW₁+ΔW₂
其中，W表示水泵组的单位电耗值，W_min表示水泵组的最小单位 电耗值，ΔW₁表示由于水泵组实际运行效率偏离最高效率而导致的额 外单位电耗值，ΔW₂表示由于水泵组实际运行存在富裕扬程而导致的 额外单位电耗值，
其中，所述控制柜控制各水泵组以最小化ΔW₁+ΔW₂。

5.  根据权利要求4所述的供水系统，其中，


ΔW 2 = { ΔH ( Q , t ) 367 × η max ( Q , H ) } ]]>
其中，Q表示水泵组的总流量，t表示时间，H(Q，t)表示所述供水 系统在工况(Q，t)下实际提供的总扬程，η(Q，H)表示水泵组在工况 (Q，H)下的整体运行效率，H_总(Q，t)表示所述供水系统在工况(Q，t) 下的期望总扬程，η_max(Q，H)表示水泵组在工况(Q，H)下的最高效 率，Δη(Q，H)表示η(Q，H)同η_max(Q，H)之间的效率偏差，ΔH(Q，t)表示 H(Q，t)与H_总(Q，t)之间的差值。

6.  根据权利要求1所述的供水系统，其中，每个水泵组由一个或 多个SUS304不锈钢泵、与每个SUS304不锈钢泵相对应的一个或多个 截止阀和一个或多个蝶阀组成。

7.  根据权利要求1所述的供水系统，还包括：
第一温度传感器，其连接到所述第一水泵组和所述控制柜，用于 检测所述第一水泵组的水温；以及
第一超温排水电磁阀，其连接到所述第一水泵组和所述控制柜， 用于在所述第一温度传感器检测到水温超过预定阈值的情况下进行排 水，以避免所述第一水泵组因发烫而降低使用寿命。

8.  根据权利要求7所述的供水系统，还包括：
第二温度传感器，其连接到所述第二水泵组和所述控制柜，用于 检测所述第二水泵组的水温；以及
第二超温排水电磁阀，其连接到所述第二水泵组和所述控制柜， 用于在所述第二温度传感器检测到水温超过预定阈值的情况下进行排 水，以避免所述第二水泵组因发烫而降低使用寿命。

9.  根据权利要求1所述的供水系统，还包括：
第一压力传感器，其连接到所述第一水泵组的出水端，以测量所 述第一水泵组的第一出水压力；以及
第二压力传感器，其连接到所述第二水泵组的出水端，以测量所 述第二水泵组的第二出水压力，
其中，所述控制柜还根据所述第一出水压力和/或所述第二出水压 力来控制各水泵组的工作功率。

10.  一种用于控制水泵组进行叠压供水的方法，包括：
控制连接到市政供水管网或水池水箱的第一水泵组，以利用所述 市政供水管网的第一富裕扬程来叠压供水；
使用连接到所述第一水泵组的出水端的第一出水流量传感器来检 测所述第一水泵组的供水的第一出水流量；
控制与所述第一水泵组串联的第二水泵组以利用所述第一水泵组 的供水的第二富裕扬程来叠压供水；
使用连接到所述第二水泵组的出水端的第二出水流量传感器来检 测所述第二水泵组的供水的第二出水流量；以及
基于检测到的第一水泵组的第一出水流量和/或第二水泵组的第 二出水流量，来控制所述第一水泵组和/或所述第二水泵组内水泵的工 作功率。

用于分区供水的供水系统和方法
技术领域
本公开总体上涉及城市建筑供水领域，更具体地涉及一种用于分 区供水的供水系统和方法。
背景技术
在人们的日常生产、生活中，不可避免地需要用到各种水资源。 因此，城市供水系统就成为了日常生产、生活中的重要组成部分。在 目前的城市供水系统中，特别是中、高层建筑的供水系统中，主要采 取了立式多级泵水库式供水设备和/或无负压供水设备等方式来进行 供水。
在传统的立式多级泵水库式供水设备中，一般采用1台以上的立 式多级泵并联组合，实现水泵之间的互备关系，且各泵通过24小时水 库取水，为对应的区域供水。此类供水方式因没有利用市政供水管网 的余压，其能耗最高。如果针对高层建筑采用分区供水设计，则在项 目建设时各区都需要配置一套二次供水设备。因为各区供水独立，无 任何关联性，也就造成了各区在恒压供水过程中，为了保证出水压力 恒定，水泵存在长期恒压对应扬程工作，这就造成了大量基础能耗损 失。此外，由于高层建筑分区供水，各区水泵组互为独立，且系统还 需要配置水库等，因此占地面积最大。
此外，在传统的无负压供水设备中，一套无负压供水设备负责对 应区域的供水。系统一般由一台或多台水泵并联实现互备供水。水泵 进水端通过直接与市政供水管网的进水管对接叠加转压，此供水设备 的好处就是始终直接利用市政管网余压，其相对于上述库泵供水方式 可以节能25％左右。其缺点是此设备只能在市政主管网供水足够富裕 的中小城市使用，而不能在中心城市使用(设备使用有较大局限性)。
同样地，如果针对高层建筑采用分区供水设计，则在项目建设时 各区需要配置一套二次供水设备，其各区供水独立，无任何关联性。 也就造成了各区在恒压供水过程中，为了保证出水压力恒定，水泵存 在长期恒压对应扬程工作，造成基础能耗损失。此外，因高层建筑大 多采用分区供水，各区水泵组互为独立，故水泵组占地面积也很大。
发明内容
为了解决或至少减轻上述问题，提供了根据本公开实施例的用于 分区供水的供水系统和方法。
根据本公开的第一方面，提供了一种用于分区供水的供水系统。 该供水系统至少包括：第一水泵组，其连接到市政供水管网或水池水 箱，并利用所述市政供水管网的供水的第一富裕扬程来叠压供水；第 一出水流量传感器，其连接到所述第一水泵组的出水端，用于检测所 述第一水泵组的供水的第一出水流量；第二水泵组，其与所述第一水 泵组串联并利用所述第一水泵组的供水的已有扬程和富裕流量来提供 所需流量的叠压供水；第二出水流量传感器，其连接到所述第二水泵 组的出水端，用于检测所述第二水泵组的供水的第二出水流量；以及 控制柜，分别与所述第一水泵组、所述第二水泵组、所述第一出水流 量传感器和所述第二出水流量传感器相连，并基于所检测到的第一出 水流量和/或第二出水流量，来控制所述第一水泵组和/或所述第二水 泵组内不同水泵配置参数，以在最佳工作效率上运行。
在一些实施例中，所述供水系统还包括：第三水泵组，其与所述 第二水泵组串联并利用所述第二水泵组的供水的已有扬程和富裕流量 来提供所需流量的叠压供水；第三出水流量传感器，其连接到所述第 三水泵组的出水端，用于检测所述第三水泵组的供水的第三出水流量， 其中，所述控制柜还分别与所述第三水泵组和所述第三出水流量传感 器相连，并基于所检测到的第一出水流量、第二出水量和/或第三出水 流量，来控制所述第一水泵组、所述第二水泵组和/或所述第三水泵组 内不同水泵配置参数，以在最佳工作效率上运行。
在一些实施例中，所有水泵组均位于同一设备间。
在一些实施例中，所述控制柜根据以下公式来控制各个水泵组： W＝W_min+ΔW₁+ΔW₂，其中，W表示水泵组的单位电耗值，W_min表 示水泵组的最小单位电耗值，ΔW₁表示由于水泵组实际运行效率偏离 最高效率而导致的额外单位电耗值，ΔW₂表示由于水泵组实际运行存 在富裕扬程而导致的额外单位电耗值，其中，所述控制柜控制各水泵 组以最小化ΔW₁+ΔW₂。
在一些实施例中，其中，Q表示水泵组的总流量，t表示 时间，H(Q，t)表示所述供水系统在工况(Q，t)下实际提供的总扬程， η(Q，H)表示水泵组在工况(Q，H)下的整体运行效率，H_总(Q，t)表示 所述供水系统在工况(Q，t)下的期望总扬程，η_max(Q，H)表示水泵组 在工况(Q，H)下的最高效率，Δη(Q，H)表示η(Q，H)同η_max(Q，H)之间 的效率偏差，ΔH(Q，t)表示H(Q，t)与H_总(Q，t)之间的差值。
在一些实施例中，每个水泵组由一个或多个SUS304不锈钢泵、与 每个SUS304不锈钢泵相对应的一个或多个截止阀和一个或多个蝶阀 组成。
在一些实施例中，所述供水系统还包括：第一温度传感器，其连 接到所述第一水泵组和所述控制柜，用于检测所述第一水泵组的水温； 以及第一超温排水电磁阀，其连接到所述第一水泵组和所述控制柜， 用于在所述第一温度传感器检测到水温超过预定阈值的情况下进行排 水，以避免所述第一水泵组因发烫而降低使用寿命。
在一些实施例中，所述供水系统还包括：第二温度传感器，其连 接到所述第二水泵组和所述控制柜，用于检测所述第二水泵组的水温； 以及第二超温排水电磁阀，其连接到所述第二水泵组和所述控制柜， 用于在所述第二温度传感器检测到水温超过预定阈值的情况下进行排 水，以避免所述第二水泵组因发烫而降低使用寿命。
在一些实施例中，所述供水系统，还包括：第一压力传感器，其 连接到所述第一水泵组的出水端，以测量所述第一水泵组的第一出水 压力；以及第二压力传感器，其连接到所述第二水泵组的出水端，以 测量所述第二水泵组的第二出水压力，其中，所述控制柜还根据所述 第一出水压力和/或所述第二出水压力来控制各水泵组的工作功率。
根据本公开的第二方面，提供了一种用于分区供水的方法。该方 法包括：控制连接到市政供水管网或水池水箱的第一水泵组，以利用 所述市政供水管网的供水的第一富裕扬程来叠压供水；使用连接到所 述第一水泵组的出水端的第一出水流量传感器来检测所述第一水泵组 的供水的第一出水流量；控制与所述第一水泵组串联的第二水泵组， 以利用所述第一水泵组的供水的第二富裕扬程来叠压供水；使用连接 到所述第二水泵组的出水端的第二出水流量传感器来检测所述第二水 泵组的供水的第二出水流量；以及基于所检测到的第一出水流量和/ 或第二出水流量，来控制所述第一水泵组和/或所述第二水泵组内水泵 的工作功率。
在一些实施例中，所述方法还包括：控制与所述第二水泵组串联 的第三水泵组，以利用所述第二水泵组的供水的第三富裕扬程来叠压 供水；使用连接到所述第三水泵组的出水端的第三出水流量传感器来 检测所述第三水泵组的供水的第三出水流量；以及基于所检测到的第 一出水流量、第二出水量和/或第三出水流量，来控制所述第一水泵组、 所述第二水泵组和/或所述第三水泵组的工作功率。
在一些实施例中，所有水泵组均位于同一设备间。
在一些实施例中，根据以下公式来控制各个水泵组：W＝ W_min+ΔW₁+ΔW₂，其中，W表示水泵组的单位电耗值，W_min表示水 泵组的最小单位电耗值，ΔW₁表示由于水泵组实际运行效率偏离最高 效率而导致的额外单位电耗值，ΔW₂表示由于水泵组实际运行存在富 裕扬程而导致的额外单位电耗值，其中，各水泵组被控制为最小化 ΔW₁+ΔW₂。
在一些实施例中，其中，Q表示水泵组的总流量，t表示 时间，H(Q，t)表示所述供水系统在工况(Q，t)下实际提供的总扬程， η(Q，H)表示水泵组在工况(Q，H)下的整体运行效率，H_总(Q，t)表示 所述供水系统在工况(Q，t)下的期望总扬程，η_max(Q，H)表示水泵组 在工况(Q，H)下的最高效率，Δη(Q，H)表示η(Q，H)同η_max(Q，H)之间 的效率偏差，ΔH(Q，t)表示H(Q，t)与H_总(Q，t)之间的差值。
在一些实施例中，每个水泵组由一个或多个SUS304不锈钢泵、与 每个SUS304不锈钢泵相对应的一个或多个截止阀和一个或多个蝶阀 组成。
在一些实施例中，所述方法还包括：使用连接到所述第一水泵组 的第一温度传感器来检测所述第一水泵组的水温；以及控制连接到所 述第一水泵组的第一超温排水电磁阀，以在所述第一温度传感器检测 到水温超过预定阈值的情况下进行排水，以避免所述第一水泵组因发 烫而降低使用寿命。
在一些实施例中，所述方法还包括：使用连接到所述第二水泵组 的第二温度传感器来检测所述第二水泵组的水温；以及控制连接到所 述第二水泵组的第二超温排水电磁阀，以在所述第二温度传感器检测 到水温超过预定阈值的情况下进行排水，以避免所述第二水泵组因发 烫而降低使用寿命。
在一些实施例中，所述方法还包括：使用连接到所述第一水泵组 的出水端的第一压力传感器来测量所述第一水泵组的第一出水压力； 使用连接到所述第二水泵组的出水端的第二压力传感器来测量所述第 二水泵组的第二出水压力；以及还根据所述第一出水压力和/或所述第 二出水压力来控制各水泵组的工作功率。
通过使用本公开的供水系统及方法，可以解决目前传统库泵及无 负压二次供水成套设备高能耗问题，解决传统二次供水设备没有对水 泵过热保护问题，解决传统二次供水设备没有引入用水流量精确控制 提高水泵高效点工作的问题，以及解决了传统二次供水成套设备维修 难、占地大问题。
具体地，根据本公开实施例的供水系统可以通过层层叠压原理把 分区供水的各独立供水泵组通过窜联式组合结构实现高层分区供水目 的，以此达到实现中区供水时节约低区扬程和高区供水时节约中区扬 程的目的，进而实现能源节约目的。
此外，通过各区出水流量检测配合控制柜中的中央处理器精确计 算控制各区不同额定流量功率的泵，来实现智能供水。其目的是计算 找到不同用水流量工况时各泵最大效率点和最小富裕扬程所对应的泵 工作状态。目的是严格控制因为配置运行不合理造成的低效率和扬程 富裕浪费，实现能源节约目的。
此外，由于将用于高层分区供水(例如，2个区以上)的供水水 泵组在占地一个区使用面积的基础上实现水泵空中叠加设计，实现了 多区占用一套设备的位置，同时做到了实现分区供水的目的。此处， 空中叠加设计一般指以低压泵组为起点，中区泵组通过支撑叠在低区 泵组之上，并依此类推。因此，实现了高设备集成度，节约了占地面 积。
附图说明
通过下面结合附图说明本公开的优选实施例，将使本公开的上述 及其它目的、特征和优点更加清楚，其中：
图1是示出了根据本公开实施例的用于分区供水的供水系统的示 例原理图。
图2是示出了根据本公开实施例的示例叠压供水节能原理图。
图3是示出了根据本公开实施例的在控制柜处执行的示例供水控 制方法的流程图。
具体实施方式
下面参照附图对本公开的优选实施例进行详细说明，在描述过程 中省略了对于本公开来说是不必要的细节和功能，以防止对本公开的 理解造成混淆。应当理解：以下描述仅用于完整、清楚、全面地理解 本发明的实质创造性概念，以使得本领域技术人员能够实现本公开的 实施例，其不应当被视为是对本发明的保护范围的限制。
此外，尽管可能在不同实施例中描述了不同的技术特征，但这并 不意味着这些技术特征不能被组合使用。事实上，在没有明确相反记 载的情况下，应当认为这些技术特征，乃至不同技术方案可以被组合 使用以获益。
此外，在本公开中，对“第一”、“第二”、“第三”等用语的使用 仅用来区分具有相同名称的不同元素，而不应当被视为这些不同元素 具有不同的优先级别或顺序。例如，“第一水泵组”不一定比“第二水 泵组”更优先，或不一定必须要先有“第一水泵组”才能有“第二水 泵组”等。类似地，“第一出水流量”不一定大于、小于或等于“第二 出水流量”，其间的大小关系并不由“第一”或“第二”等来限定。
接下来，将简要描述根据本公开实施例的发明原理。
对于水泵(组)来说，其应当满足以下公式：
水泵功率*水泵效率＝扬程*流量*密度*重力加速度
其中，一般来说，功率的单位是“千瓦”，效率无单位，扬程的单 位是“米”，流量的单位是“米³/秒”，密度的单位是“千克/米³”，重 力加速度的单位是“米/秒²”或“牛/千克”。当然，本发明不限于此， 也可以采用其他单位体系。此外，该式左侧即等价于水泵的有效功率。 将上述公式加以等价变形，并转换为本领域中常见单位，即得到下式：
W ≈ H ( Q , t ) 367 × η ( Q , H ) - - - ( 1 ) ]]>
其中，W为水泵(组)的单位电耗值(单位为千瓦时/立方米)， Q为流量(单位为“米³/秒”)，H(Q，t)为水泵(组)在工况(Q，t)下 提供的总扬程(单位为米)，η(Q，H)为水泵(组)整体运行效率(一 般用百分比来表示)。另外，考虑到自来水在一般(简化)情况下密度 为1000千克/米³，重力加速度为9.8牛/千克，以及将秒换算为小时， 即得到式(1)。
请注意，H(Q，t)一般是流量Q和时间t的函数，它的大小同供水 管道工艺要求和水泵(组)自身的调节能力有关。η(Q，H)是流量Q和 扬程H(Q，t)的函数。在一个实施例中，η(Q，H)的计算公式可以如下：
η(Q，H)＝η₁(Q，H)×η₂(Q，H)×η₃(Q，H)     (2)
在式(2)中，η₁(Q，H)表示水泵(组)运行效率，η₂(Q，H)为水 泵电机运行效率，η₃(Q，H)为水泵调速装置运行效率 η₁(Q，H)，η₂(Q，H)和η₃(Q，H)均是泵的流量Q和扬程H(Q，t)的函数， 它们也随着泵的流量Q和扬程H(Q，t)的变化而变化。请注意：这里为 了描述的简单，省略了水泵、电机联轴器等硬件本身的效率。
假设二次供水工艺要求的总扬程为H_总(Q，t)，水泵额定提供的总 扬程为H(Q，t)，则浪费的富裕扬程为ΔH(Q，t)，如下式所示：
ΔH(Q，t)＝H(Q，t)-H_总(Q，t)     (3)
泵的整体效率η(Q，H)随着流量Q和泵额定总扬程H(Q，t)变化，对 于给定工况(Q，H)来说，在泵组设备可以采取的不同调节方式中，存在 一整体效率最好的运行方式，此时水泵(组)具有最大效率值，可以 记为η_max(Q，H)。在一些实施例中，该η_max(Q，H)不是所有组成设备的 最高效率的乘积。它一般是指对应于工况(Q，H)，使用所有可能的调节 手段所能达到的最高效率。在一些实施例中，它是一个有约束调节的 最大值。此外，水泵(组)实际整体运行效率η(Q，H)同最大效率 η_max(Q，H)之间的差值，可以称为效率偏差Δη(Q，H)：
Δη(Q，H)＝η_max(Q，H)-η(Q，H)     (4)
则水泵(组)的单位电耗表达式(1)变为：
W＝W_min+ΔW₁+ΔW₂     (5)
其中，W_min表示水泵组的最小单位电耗值，ΔW₁表示由于水泵组 实际运行效率偏离最高效率而导致的额外单位电耗值，ΔW₂表示由于 水泵组实际运行存在富裕扬程而导致的额外单位电耗值。
更具体地，在一个实施例中，在式(5)中，以及 ΔW 2 = { ΔH ( Q , t ) 367 × η max ( Q , H ) } . ]]>
式(5)中的第一部分W_min代表了水泵(组)能实现的最小吨水 能耗，这也是控制柜调节各水泵组时所应当追求的目标电耗。(5)式 中的ΔW₁+ΔW₂代表了当前工况下，水泵(组)存在的节能潜力，从 负面讲也是水泵(组)浪费的吨水电耗，记为ΔW：
ΔW＝ΔW₁+ΔW₂     (6)
如上所述，(6)式中的第一部分ΔW₁是由于泵运行效率η(Q，H)偏 离最高效率η_max(Q，H)形成效率偏差Δη(Q，H)而造成的节电潜力(或电 能浪费)，而第二部分则是由于泵存在富裕扬程ΔH(Q，t)而造成的。
更一般地，可以通过将检测到的供水流量实时反馈到中央控制单 元(例如，控制柜)，由中央控制单元程序中建模根据所设定的对应水 泵工况曲线特性找到对应水泵工作，就能够达到对应泵工作最大效率 点和最小富裕扬程。例如，对于一台流量Q＝30m³/小时，额定扬程H＝42 m的水泵，根据其水泵特性曲线，水泵扬程H增加时水泵额定流量Q 要降低，其流量从Q＝30m³/小时降低到0流量时，水泵扬程H可以 从42m到65m。在该情况下，可以得出结论：当水泵出水流量动态 变化时，水泵的扬程也在动态变化。而系统优化各泵高效率点工作目 的：就是要控制好水泵在自身特性曲线中高效率点范围区间内工作， 具体水泵高效率点控制可以是根据水泵型号选择所定。水泵选型后就 可以在中央控制器程序中建模设定各泵高效率点值，由程序采集泵流 量动态数据，完成与中央控制器程序中建模设定比较，动态切换对应 泵参数工作。也因此，在一些实施例中，通常不会预先设定一个固定 效率参考值，而是根据实际情况通过控制系统配置的人机对话窗口来 动态调整。具体的调整方式可以参考上述公式以及后文的描述。当然， 在另一些实施例中，也可以给一个参考经验值，例如，根据水泵曲线 保证其最高效率调节范围在水泵额定流量值正负15％之间为宜。
因此，本公开的创造性理念提供了用于在满足各分区供水工艺要 求的条件下，通过由低到高的叠加方式，实现了泵输送水功耗最低(及 目标电耗)的节能技术。它的理论基础是：在任一输送水系统中，存 在着一个与系统运行状况(系统运行参数)相对应的单位耗电量(千 瓦时/m³)的最小值。利用水泵智能叠压技术，可以例如优化效率偏 差Δη(Q，H)而造成的节电潜力(或电能浪费)和/或优化水泵(组)的 富裕扬程ΔH(Q，t)造成的节电潜力(或电能浪费)。在一些实施例中， 调节时始终优先“效率偏差”，这是因为水泵富裕扬程主要是指在水泵 选型时一定会高于实际工艺扬程所造成的物理扬程富裕，因此，富裕 扬程为次。当然，本发明不限于此，也可以根据其他优先顺序来进行 调节，比如优先“富裕扬程”等或者其他任何因素组合优先的方式。
图1示出了根据本公开一个实施例的供水系统的示意原理图，该 供水系统以串联技术实现了中区水泵组直接串联低区水泵组实现中区 供水，该串联直接节约了低区富裕扬程ΔH_低(Q，t)；以及高区水泵组直 接串联中区水泵组实现高区供水，该串联直接节约了中区富裕扬程 ΔH_中(Q，t)。从而，采用该供水系统使输送水过程中系统的运行时单位 耗电量最小。以这种方式，可使该输送水系统的运行耗电量最少，又 同时可得到最大的节电量和节能效益，实现输送水系统的经济运行。
在图1所示实施例中，供水系统可以包括多组水泵，并针对不同 分区进行供水。在一些实施例中，每个水泵组可以包括一个或多个水 泵、与每个水泵相对应的一个或多个截止阀以及一个或多个蝶阀。在 一些实施例中，截止阀可以配置在每台水泵的出水端，其作用是可以 保证在一组水泵供水的过程中，其中任一台或多台泵工作时，其它没 有工作的泵不会产生回水，构不成内部循环，从而保证水泵出水始终 做有效功。在一些实施例中，蝶阀可以配置在每台水泵的进水端和/ 或出水端。在一个或多个实施例中，该蝶阀可以是手动蝶阀。蝶阀的 作用是在水泵检修或维修时切断水源，便于故障水泵维修，而不至于 整个系统供水停止。
更具体地，在图1所示的实施例中，供水系统包括三个水泵组， 分别向第一分区(低区6)、第二分区(中区10)和第三分区(高区 12)供水。在一些实施例中，低区供水压力范围可以在3.5～5Kg，中 区供水压力范围可以在7.0～9.0Kg，以及高区供水压力范围可以在 10.0～13.0Kg。当然，本领域技术人员应当明白本发明不限于此。在 其他实施例中，各分区供水压力不限于上述数值范围。
在图1所示实施例中，每个水泵组可以包括两个单体水泵2、8 和/或11(例如，SUS304不锈钢沉浦泵)，每个单体水泵可以连接到 市政供水管道或水池水箱管道1或上一级水泵组。此外，在每个水泵 的前后(入水端和出水端)各连有一个截止阀，如图1所示，以及在 每个水泵的后面(出水端)还连有一个蝶阀。截止阀和/或蝶阀的使用 有效地帮助供水系统控制水的流向/开关等。当然，本发明不限于此。 在其他实施例中，安装的截止阀/蝶阀的数目和/或位置可以不同，并 不限于图1所示的实施例。此外，水泵组之间的串联可以通过泵进水 叠压管道7来实现，该泵进水叠压管道7上可设有截止阀。
此外，针对每个水泵组的出水端，还设有用于检测出水水量的流 量传感器4、用于检测水压的压力传感器5。
在一些实施例中，各区的出水流量传感器4用于优化系统能耗， 并科学实现不同时间段流量变化选择效率点最高的水泵运行，以此到 达节能效果。例如：通过流量传感器反馈各区实际用水流量，各区在 水泵选型时在充分考虑实际高峰瞬时最大及低谷瞬时最小流量的情况 下，选择对应的水泵形成一个区供水泵组系统。系统正常工作时各区 出水通过流量传感器动态采集流量数据传输到中央控制单元(例如， 控制柜)，在中央控制单元内部程序建模后，实际流量数据与程序建模 数据进行内部对比，各区用水根据不同时间节点对应动态的用水流量， 实时动态调度系统泵组内对应参数的泵启用，从而始终保证各泵工作 时最大效率运行，达到优化水泵效率节能的目的，同时为供水企业实 现云端在线实时监控各区用水流量数据提供便利。
此外，在一些实施例中，在系统正常运行过程中，低区泵组可以 在满足低区用户供水流量的同时继续提供中高区所需流量给中区泵组 叠压。中区供水泵取水是从低区泵出水基础上实现叠加，而高区供水 泵组取水是从中区泵出水基础上实现叠加，依此类推。当然，本发明 不限于此。例如，在另一些实施例中，可以仅针对两个分区供水，并 从而仅有两个水泵组；或者在又一些实施例中，可以针对四个及四个 以上分区供水，从而可以具有四个及四个以上的水泵组。
此外，在一些实施例中，针对每个水泵组中的每个水泵还可以设 有温度传感器3和超温排水电磁阀9。当温度传感器3检测到由于水 泵组在小流量或无流量恒压供水过程中因为水泵温度过高而造成的水 温上升的情况下，可以由控制柜来自动控制超温排水电磁阀9开阀排 水回到水池或水泵进水前端，以防止水泵组件损坏，降低水泵使用寿 命。
具体地，在各泵正常工作过程中，如果系统无人用水或小流量用 水，水泵依然需要运行，其目的是为了保持系统管道扶持压力。在这 种情况下，水泵因无流量或过小流量就可能造成水泵温度过高，此时 如果不能够给水泵降温，因水泵温度过高造成水泵密封快速磨损及电 机绝缘老化，从而降低了水泵的使用寿命。系统正常工作时，如上所 述，通过温度传感器3实时反馈水泵工作实际温度传输到中央控制单 元，中央控制单元通过内部程序设定一个水泵安全允许运行温度值(阈 值)进行比较，当水泵温度大于此安全值时，中央控制单元驱动排水 电磁阀9，对过温水泵进行排水，待水泵水位温恢复到正常温度值时 停止排水。在一些实施例中，排水可以通过管道收集到不锈钢水箱以 供后续或其他目的的使用，其在保证了水泵正常使用寿命的同时也实 现了排出水的回收。
此外，出水流量传感器动态反馈对应各区水泵组出水流量到智能 控制中心(控制柜)，通过智能控制中心计算比对，可以动态控制对应 各区泵组不同流量水泵的工作切换。其用于保证用水流量对应合理流 量水泵工作，并监控各区水泵组在不同时间节点供水多少的数据，对 科学供水提供数据支持，同时实现各区水泵运行能耗始终/尽量保持在 高效率点，达到优化节能效果。
在一些实施例中，该供水系统的全部设备可以置于同一设备间内。 在一个优选实施例中，该全部设备可以全部放置在地下的设备间内， 各区供水是通过各区对应的管道运送到各区对应用户的。
此外，在如图1所示的实施例中，可以直接叠加市政管网的供水 压力，以实现利用市政余压供水。当然，在另一些实施例中，也可以 是直接从水箱或水池取水实现连续库泵供水，也可以是配套同样由本 发明人申请的进水智能叠压装置(中国专利申请号CN201310396340.6， 公开号CN103422540A，发明名称“进水智能叠压装置”，其以全文引 用的方式并入本文中)实现水泵组两路进水，此进水方式主要解决高 峰市政管网流量不足时，通过水箱补水的方式实现泵组动态取水，此 取水方式是通过各泵组出水流量传感器动态控制市政取水流量值，保 证泵组工作时充分利用市政余压而又不会在市政高峰用水时，其超过 市政管网项目设计管径对应的正常流量，拉低市政管网压力，造成高 峰时影响市政用水用户正常用水。此外，在一些实施例中，可以配置 适合的缓冲水箱，用于对供水进行缓冲。
此供水叠加原理实现了二次供水过程的大量能源节约。通过基于 理论公式来计算同等条件下的供水需求，并通过叠加串联原理供水， 与传统供水相比，直接节约能耗40％以上。各区水泵(组)可以通过 智能控制柜系统(图1中未示出)采集现场串联水泵组的仪表的动态 数据，全程自动控制各水泵(组)协调供水，精确控制二次供水设备 的供水过程，以实现最低能耗，同时提高供水连续高效稳定，实现了 节电、节水、节地等目的。
图2示出了根据图1所示实施例的叠压供水系统所采用的节能原 理示意图。在图2的坐标系中，横轴表示分区供水实施例中各水泵组 安装为同层，纵轴表示楼层高度对应的供水分区实施例中各区水泵叠 压方式。在图2中，清楚地看到，中区供水时充分利用了低区供水的 富裕扬程，避免了低区水泵组的富裕扬程ΔH_低(Q，t)的浪费(图2中虚 线箭头所示)。同样，高区供水时充分利用了中区供水的富裕扬程 ΔH_中(Q，t)。，避免了中区水泵组的富裕扬程的浪费(图2中虚线箭头 所示)。
在一个更具体的实施例中，例如在一个根据本公开实施例的叠压 供水系统中，其包括4台一体式水泵(组)，其中1台作为高区补充/ 备用供水泵，其余3台水泵以根据本公开实施例的方式串联叠压，并 分别向低、中、高三个区域的用户供水，水泵(组)均采用变频控制。 在正常工况下，该系统直接从市政管网取水，而在检测到市政管网压 力过低(例如，0.1Mpa)时，系统取水自动切换至水箱，水箱由市政 管网供水，其水位由球阀控制。
在与传统的并行供水系统的比较中，例如以接近24个小时为周期， 在保持各区供水压力和水箱水位基本一致的情况下，对根据本申请实 施例的系统和传统系统的比较如下表1所示。


表1-现有供水系统与叠压节能供水系统的比较
根据表1，可以清楚地看到，在大致相同的运行时间期间提供大 致相同供水量的情况下，根据本申请实施例的叠压供水系统的单位供 水用电量仅为现有系统的约1/3。
图3是示出了根据本公开实施例的可以在控制柜(控制中心)中 执行的用于控制分区供水的方法400的流程图。如图3所示，方法400 可以包括步骤S410、S420、S430、S440和S450。根据本公开，方法 400的一些步骤可以单独执行或组合执行，以及可以并行执行或顺序 执行，并不局限于图3所示的具体操作顺序。在一些实施例中，方法 400可以由控制柜或其上安装的软件来执行。在另一些实施例中，方 法400也可以由多个不同实体在多个不同位置上分别执行，以达成同 样的效果。
方法400开始于步骤S410，在步骤S410中，可以由控制柜控制 连接到市政供水管网或水池水箱的第一水泵组，以利用市政供水管网 的供水的第一富裕扬程来叠压供水。
在步骤S420中，可以由控制柜使用连接到第一水泵组的出水端 的第一出水流量传感器来检测第一水泵组的供水的第一出水流量。
在步骤S430中，可以由控制柜控制与第一水泵组串联的第二水 泵组，以利用第一水泵组的供水的第二富裕扬程来叠压供水。
在步骤S440中，可以由控制柜使用连接到第二水泵组的出水端 的第二出水流量传感器来检测第二水泵组的供水的第二出水流量。
在步骤S430中，可以由控制柜基于所检测到的第一出水流量和/ 或第二出水流量，来控制第一水泵组和/或第二水泵组内水泵的工作功 率。
在一些实施例中，方法400还可以包括：控制与第二水泵组串联的 第三水泵组，以利用第二水泵组的供水的第三富裕扬程来叠压供水； 使用连接到第三水泵组的出水端的第三出水流量传感器来检测第三水 泵组的供水的第三出水流量；以及基于所检测到的第一出水流量、第 二出水量和/或第三出水流量，来控制第一水泵组、第二水泵组和/或 第三水泵组的工作功率。
在一些实施例中，所有水泵组可以均位于同一设备间。
在一些实施例中，控制柜可以根据以下公式来控制各个水泵组： W＝W_min+ΔW₁+ΔW₂，其中，W表示水泵组的单位电耗值，W_min表 示水泵组的最小单位电耗值，ΔW₁表示由于水泵组实际运行效率偏离 最高效率而导致的额外单位电耗值，ΔW₂表示由于水泵组实际运行存 在富裕扬程而导致的额外单位电耗值，其中，各水泵组被控制为最小 化ΔW₁+ΔW₂。
在一些实施例中，其中，Q表示水泵组的总流量，t表 示时间，H(Q，t)表示供水系统在工况(Q，t)下实际提供的总扬程， η(Q，H)表示水泵组在工况(Q，H)下的整体运行效率，H_总(Q，t)表示 供水系统在工况(Q，t)下的期望总扬程，η_max(Q，H)表示水泵组在工 况(Q，H)下的最高效率，Δη(Q，H)表示η(Q，H)同η_max(Q，H)之间的效 率偏差，ΔH(Q，t)表示H(Q，t)与H_总(Q，t)之间的差值。
在一些实施例中，每个水泵组可以由一个或多个SUS304不锈钢泵、 与每个SUS304不锈钢泵相对应的一个或多个截止阀和一个或多个蝶 阀组成。
在一些实施例中，方法400还可以包括：使用连接到第一水泵组的 第一温度传感器来检测第一水泵组的水温；以及控制连接到第一水泵 组的第一超温排水电磁阀，以在第一温度传感器检测到水温超过预定 阈值的情况下进行排水，以避免第一水泵组因发烫而降低使用寿命。
在一些实施例中，方法400还可以包括：使用连接到第二水泵组的 第二温度传感器来检测第二水泵组的水温；以及控制连接到第二水泵 组的第二超温排水电磁阀，以在第二温度传感器检测到水温超过预定 阈值的情况下进行排水，以保护避免第二水泵组因发烫而降低使用寿 命。
在一些实施例中，方法400还可以包括：使用连接到第一水泵组 的出水端的第一压力传感器来测量第一水泵组的第一出水压力；使用 连接到第二水泵组的出水端的第二压力传感器来测量第二水泵组的第 二出水压力；以及还根据第一出水压力和/或第二出水压力来控制各水 泵组的工作功率。
至此已经结合优选实施例对本发明进行了描述。应该理解，本领 域技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种其 它的改变、替换和添加。因此，本发明的范围不局限于上述特定实施 例，而应由所附权利要求所限定。