Distribucija vode u velikim razmjerima izazov je s kojim se svijet suočava već desetljećima. To je poseban izazov u visokim zgradama, a s trendom da se gradi u urbanim područjima, a ne izvan njih, to je izazov koji je postao novi fokus inženjera dizajna.
Korisnici ovih zgrada – kancelarijski i fabrički radnici, stanari i podstanari, svi su vrlo osjetljivi na kvarove distributivnog sistema vode. Ljudi se uzrujavaju ako im topla voda za tuširanje i kupanje ima manji pritisak ili potpuno nestane jer ljudi na drugim spratovima troše dostupnu količinu zagrijane vode.
Šta se događa kada topla voda ne počne odmah teći? Ljudi puštaju vodu dok se tok ne zagrije – potencijalno trošeći veliku količinu vode, kao i energiju potrebnu za pumpanje i distribuciju vode.
Osim toga, konstantan pritisak vode neophodan je za ispravan rad uređaja kao što su mašine za pranje suđa i mašine za pranje veša, kao i za industrijske i proizvodne mašine.
Izazov za poboljšanje mehanike sistema za distribuciju vode u zgradama pokreću dvije osnovne potrebe: prvo, potreba za povećanjem efikasnosti, a time i smanjenjem rasipanja vode; i drugo, za poboljšanje pouzdanosti instaliranih sistema, čime se smanjuju tekući troškovi održavanja i popravki.
Razmišljanje na stari način
Pumpe stare tehnologije u velikim industrijskim sistemima za vodu obično koriste prekidače pod pritiskom kalibrirane za uključivanje pumpe ako pritisak vode padne ispod određene tačke (recimo, ispod 50 psi) i isključe se ako pritisak prelazi zadani parametar (na primjer, 70 psi ). Ova operacija je do određene mjere u redu, ali u suštini znači da pumpa radi punom brzinom ili uopće ne radi, a ovi udarni zahtjevi na mehanički sistem mogu dovesti do problema s pouzdanošću i popravkom. Iako su nesumnjivo robusni i pouzdani, stari industrijski sistemi također su bili skupi i neefikasni.
Alternativna rješenja
Stoga su dizajneri pumpi i vodnih sistema tražili alternativna rješenja. Prve među njima su nove pumpe sa promjenjivom brzinom (VSP).
VSP-ovi koriste pogon promjenjive frekvencije (VFD) ili pogon promjenjive brzine (VSD) za kontinuirano optimiziranje brzine pumpe i potrošnje energije uz održavanje konstantnog izlaznog pritiska pumpe. U takvim scenarijima senzori pritiska su bitni. Senzor pritiska pretvara izlazni pritisak u električni signal koji VFD koristi za podešavanje brzine pumpe i uključen je kao sastavni dio dizajna pumpe ili se montira izvana kao dio ukupnog rješenja.
Slično, u mnogim slučajevima ugrađen je prekidač visokog pritiska za isključivanje kako bi se spriječilo da pumpa ispušta ekstremni pritisak. Dodatni senzor pritiska može se montirati i na ulazu u pumpu radi praćenja efikasnosti.
Prednosti pumpi promjenjive brzine (VSP)
Prednosti senzora pritiska u savremenom dizajnu pumpi sa promjenjivom brzinom mogu se svrstati u tri ključna područja: efikasnost, pouzdanost i korisničko iskustvo:
- Efikasnost – Pokazalo se da su pumpe koje koriste VSD zajedno sa senzorima pritiska za održavanje konstantnog izlaznog pritiska efikasnije. Zaista, u testovima se pokazalo da su do 30% učinkovitiji od „tradicionalnih“ tehnologija (Hydraulic Institute, Europump i američko ministarstvo energije, 2004)
- Pouzdanost – VSP-ovi često rade na manjim brzinama i ne rade na zastarjelom ciklusu „stop/start“, stoga je manji stres na pumpi što rezultira većom pouzdanošću, dužim životnim ciklusom i manjim zastojima. To također znači niže troškove održavanja.
- Korisničko iskustvo – Efikasnost i pouzdanost VSP -a na kraju se pretvaraju u poboljšano korisničko iskustvo. Čak i u izazovnijim okruženjima, poput visokih zgrada, može se održavati stalan, pouzdan pritisak vode. Osim nesumnjive prednosti pouzdanije opskrbe vodom, kupci također mogu lako promijeniti dovod pritiska (ovisno o opterećenju i preferencijama). Digitalna priroda tehnologije također omogućava bolju povezanost s internetom stvari (IoT), čime pumpa učinkovito postaje inteligentni uređaj koji pruža ključne podatke na koje se može djelovati u slučaju da se identificira problem, poput pucanja cijevi ili curenja ili radi utvrđivanja potrošnje vode. Korištenjem IoT povezivanja, upravitelji zgrada mogu daljinski nadzirati i regulirati upotrebu vode, kao i reagovati u hitnim slučajevima, kao npr. isključivanjem vodovodnih sistema radi smanjenja izlijevanja ili dodjeljivanjem najvećeg pritiska vode za borbu protiv hitnih slučajeva, kao što je gašenje požara na višim nivoe zgrade.
Korištenje i primjena pumpi promjenjive brzine
Tradicionalno, VSP-ovi su se koristili u većim, komercijalnim i/ili industrijskim aplikacijama, s obzirom na prethodno visoke troškove. Kako su se troškovi smanjivali, a dizajn poboljšavao (posebno cijena i veličina elektronike u VFD-u i VSD -u), VSP-ovi su postali pristupačni u uobičajenijim, stambenim aplikacijama.
Ovaj rast nije potaknut samo padom troškova, već, što je još važnije, rastućom potražnjom. Povećanje urbanizacije na globalnoj razini, često u kombinaciji s manje dosljednim općinskim vodosnadbijevanjem i ovlaštenjima za snadbijevanjem električnom energijom, znači da je učinkovita isporuka vode vrlo zahtijevan izazov. To je, ipak, potaknulo proizvođače senzora na inovacije.
Očigledno je teško održavati stalan pritisak vode na svakom spratu visoke zgrade, ali ovdje nova generacija pumpi i senzora dolazi na svoje mjesto, zamjenjujući neefikasan i nedosljedan ‘tradicionalni’ pristup snadbijevanja vodom putem krovnih rezervoara za vodu.
Senzori mogu otkriti varijacije u pritisku vode kako bi odredili kada pumpa mora raditi malo jače kako bi održala konstantan pritisak, a kada može smanjiti pritisak, ali bez ekstrema da budu potpuno „isključeni“ ili potpuno „uključeni“. Pumpe rade efikasnije ako rade konstantno; takođe su manje skloni kvarovima, sa svim povezanim troškovima tekućeg popravka i održavanja.
Inovacija senzora pritiska
Sensata ima niz senzora za upotrebu u industrijskim pumpama gdje komponente zahtijevaju robusna, industrijska kućišta. Na primjer, njegovi senzori pritiska u rasponu 60/70CP dokazani su za upotrebu u drugim industrijama koje zahtijevaju pouzdano pumpanje tekućina, poput ulja, i sa vrlo visokim stepenom pouzdanosti (životni vijek od 10 miliona ciklusa). Također su dovoljno robusni da izdrže potencijalno štetne pojave kao što su skokovi pritiska i hidraulični udar.
Osim dokazanih senzora 60/70CP, Sensata je nedavno lansirala i isplativu porodicu senzora pritiska (116CP/126CP) za manje stambene pomoćne pumpe. Patentirani dizajn senzora 116CP/126CP izveden je iz visoko pouzdane i provjerene tehnologije mjerenja pritiska u automobilskom okruženju. Inovativno plastično kućište senzora ima mogućnosti za upotrebu u aplikacijama za pitku vodu i čini ih idealnim za stambene i druge jeftinije aplikacije pumpi.
Senzor pritiska pretvara signal pritiska u elektroničku vrijednost koju VFP pumpe koristi za kontrolu ili održavanje izlaznog pritiska. Vrijednost mjernog pritiska senzora obično se prikazuje na ekranu pumpe, a u nekim slučajevima korisnici mogu vidjeti i nadzirati pritiske putem aplikacije na svom pametnom telefonu ili tabletu. Osim toga, obavijest može upozoriti korisnike na nepravilnosti i pomoći u preventivnom održavanju.
Svjetski vodovodni sistemi očajnički trebaju poboljšanja – pogotovo jer se svjetski vodovodni resursi i dalje smanjuju. Mnogi su predvidjeli, s dolaskom globalnog zagrijavanja i klimatskih promjena – da će pristup čistoj, pitkoj vodi biti najvažniji element života u sljedećem stoljeću. Sve što možemo učiniti da poboljšamo ukupnu efikasnost distribucije vode i smanjimo otpad bit će od koristi jer svjetsko stanovništvo nastavlja rasti i migrirati kao odgovor na promjenu klime i porast razine okeana.
Kompanije poput Sensata, koje razvijaju i implementiraju nove tehnologije vodenih pumpi i senzora pritiska, igrat će ključnu ulogu u dizajnu stambenih i komercijalnih rješenja koja povećavaju efikasnost i pouzdanost sistema i pomažu u smanjenju otpada uz poboljšanje korisničkog iskustva.
Tekst “Improving the Efficiency of Water Systems“ autora Daniel Mullen preveden je sa NED.
