4 变频节能适用的供水场合
图3 特性曲线 图3中各曲线说明： 5 结束语
①没有节流而采用变频调速后的特性曲线；
②水泵在工频运行的特性曲线；
③管网理想阻力曲线；
④采用节流调节时的管网阻力曲线。
扬程特性曲线定义是以管网阀门开度不变为前提的，在某一转速n下，总的扬程与流量间的关系曲线h=f(q)，其特性近似方程：
hn=hs-λnqn2 （1）
hn，hs，qn均取的是标么值，分别为阀门以某开度下，转速n下的实际输出扬程和额定转速下输出扬程比，转速n下实际空载扬程，实际流量和理论流量比，kn为该开度下的比例常数。
所以在额定状态下，有qn=1，hn=1，则λn=hs-1，
所以有hn=hs-(hs-1)qn2 （2）
这就意味着流量越大（用户用水量越大），管道中的磨擦损失以及提高流量所需要的扬程也越大，供水系统的总扬程越小。同时，水泵的转速下降，其供水能力也下降，扬程特性曲线也将下移。
管网特性曲线的定义是以转速不变为前提的阿，在阀门的某一开度下，总扬程和流量间的关系曲线，其近似方程：
ha=hi+λaqa2 （3）
与式（1）相同，ha、hi、qa均取标么值。分别为以水泵在某一恒定转速前提下，阀门一定开度a的供水实际输出扬程和阀门全开时的实际输出扬程比，供水静扬程，实际流量和额定流量比。Ka为该转速下的比例常数。
在额定状态下：ha=1，qa=1，
则λa=1-hi
所以有ha=hi+(1-hi)qa2 （4）
这表明流量越大，克服管网阻力所需要的扬程也越大，总输出扬程也越大。管网阻力特性曲线起始总扬程就是实际的静扬程，如果总输出扬程小于静扬程，水泵将不足以克服管网阻力，从而不能供水，这个静扬程也是实际供水的基本扬程。当阀门关小时，管阻增大，克服管组所需要的扬程也增大，其特性曲线将上扬。
因此，调节阀门开度时（转速不变），供水系统的工作点在扬程曲线②上面移动，由式（2）得：
P1b=h1bqb=hsqb-(hs-1)qb3 （5）
调节转速时（开度不变），供水系统的工作点在管网特性曲线③上移动，其由式（4）得：
P2b=h2bqb=hiqb+(1-hi)qb3 （6）
在考虑到采用两种调速方式时的水泵效率问题，分别为η0，η1，节省的功率ΔP可表示为：
（7）
从式（7），可以发现，实际扬程Hi的大小对节能的效果影响是非常大的。Hi越大，则节能的效果就越差，Hi变化范围越小，节能的效果也越差。
由该理论结合实际的工作情况：
（1）在高层供水系统中，由于静扬程较大采用变频调速并不适合。高层建筑供水方式，主要有高位水箱供水和变频调速供水。而高位水箱供水其技术成熟，可分为：高位水箱并联供水、串联供水、减压水箱供水、减压阀供水这四种方式。在相同分区情况下，高层供水方式中以高位水箱并联或串联能耗最低，变频调速供水是他们的1.17倍。高层建筑采用什么样的供水方式，应结合设备投资、动力消耗、供水安全以及管理方面便等因素综合考虑。
（2）在锅炉给水系统中，现锅炉给水泵出厂时按锅炉额定压力配套，由于绝大多数蒸汽锅炉不在额定压力下运行，很多锅炉运行压力和额定压力有很大差距。按额定压力选型的锅炉给水泵在实际运行中的扬程和流量均高于实际需要，其运行效率也远离效率曲线最高点，有的效率甚至仅为25%～35%。因此，锅炉给水泵节能的重点是如何提高其效率。然而，蒸汽锅炉在正常运行中，绝大多数锅炉压力变化范围较小。变频锅炉给水泵接近于恒压供水。
从水力相似条件下的水泵特性公式知道锅炉给水泵节电效果仅与转速的一次方成正比，而不是同三次方成正比。锅炉给水泵变频节电效果比想象的要小得多。
（3）除此之外，还有许多的工业用水，要求管网水压恒定，也就意味着水泵的能耗只管网流量的变化而变化，采用变频调速节能效果也不是明显。在那些扬程和管网特性匹配且在高效区运行的水泵进行调速，效果一样不佳，其作用仅仅是实现了“工艺调速”，使管网压力控制方便调节和电机的软启动而已。对于水泵扬程与管网特性有些偏差，在不能换泵或更换叶轮的情况下，可以考虑采用变频调速。
总的来说，供水系统由于其应用的场合不同，本身系统的结构不同，选择其最优的供水方式是需要综合考虑的。本文仅仅对现在供水改造最常用的变频方式在实用中节能的效果做了一些综合的比较和分析，得出了结论：
（1）调速泵设为大泵，调速范围在10％内，可以保证有效的调速和节能；
（2）变频引入了谐波损耗，须进行一定的补偿；
（3）从节能看，变频调速不是所有的供水系统都适用。管网压力变化大，选型有误差且不能更换水泵等情况下可以变频调速节能还是比较明显的。
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