無負壓(疊壓)供水設備在高層建築中的應用論文

摘要：由於城市土地資源緊張，房地產的開發向高層發展，還有對供水質量和供水系統可靠性的要求不斷提高。再加上目前能源緊缺，利用先進的自動化控制技術以及通訊技術。採用高性能、高節能、高環保，能適應不同領域的無負壓(疊壓)供水設備成爲必然趨勢。

關鍵詞：無負壓(疊壓)供水設備；環保；節能

該工程屬於一類高層建築，一層至頂層爲住宅樓。住宅部分生活給水系統分爲高、中、低區3個系統：低區爲1～4層。中區爲5～17層，高區爲18層至頂層，生活給水水源由市政自來水給水管網供給，供水管網輸出端壓力約爲0.2MPa，傳統的中、高區由設於室內泵房的生活給水變頻泵組和生活水池聯合加壓供給，室內生活調節水池需120m3，此供水系統已不能滿足當前城市供水現代化要求，綜合環保節能等技術要求，經專家論證決定採用無負壓(疊壓)供水設備來解決該工程的供水問題。

　　1 無負壓供水設備的優點

(1)設備投資省，佔地面積小，無需修建蓄水池或水箱，也不需設置大型氣壓罐，一節省了投資，充分利用了自來水管網1次供水壓力，加壓泵選型可以減小，設備投資減少。二節約了系統佔地面積，充分利用節約的土地提高地產利用率，符合國家節約土地資源的要求。

(2)衛生無污染，供水系統從自來水管網至用戶水龍頭爲全密封結構，污染物不會進入系統；水體不與空氣直接接觸，過流部件採用食品級不鏽鋼製作，不對水質產生污染。

(3)節能效果顯著，設備直接與自來水管網串接，在自來水廠一次供水管網壓力的基礎上疊加所需的壓力，差多少，補多少，能充分利用管網的餘壓；用水低峯期，設備甚至不需運行，節能效果顯著，與傳統給水設備比，節能達30％～60％。

(4)安裝簡便，無負壓疊壓供水設備爲成套供應用戶，現場只需聯接進出水管，施工週期短，安裝簡單。

(5)運行成本低，由於加壓泵的選型較小，而且可採用多泵關聯供水，在用水低峯期直接利用城市一次供水壓力供水，設備不需啓泵或只啓動1臺泵足以滿足用水需要，用水高峯時纔會啓動其他泵。因此，設備運行過程中能耗非常低，降低了運行成本。

(6)停電不會停止供水，由於設備有一條公共供水管路與用戶管網直接相通，在停電時加壓泵雖停止工作，但自來水廠一次供水壓力仍可維持供水。

(7)管理維護簡便，無負壓疊壓供水設備爲微機全自動控制變頻調速運行，停電設備自動停機，來電自動開機，完善的故障檢測、診斷技術和報警提醒使得設備的管理維護異常簡便；由於不會產生污染，因此無需麻煩的清洗工作。

　　2 無負壓供水設備的工作原理

自來水管網的水通過進水管道部分進入穩流補償罐，穩流補償罐內空氣通過負壓消除器排出，直至罐內水滿，設備通電置於自動工作狀態。控制系統對設備進水總管壓力與用戶管網壓力實時檢測，並將壓力信號轉換爲數字信號儲存於寄存器中，與預先從觸摸式人機界面設置的並儲存於寄存器的壓力設定值進行閉環運算，並將結果轉換爲模擬量以控制變頻器的輸出頻率，控制水泵的運行轉速，在市政供水量大於用戶用水量時根據用戶管網壓力自動調節水泵轉速，保證用戶管網壓力恆定；在市政供水量小於用戶用水量時，及時調低水泵轉速，控制供給用戶的水量，確保給水設備不對市政管網產生。

　　3 無負壓供水設備的設計特點

(1)變頻供水系統關鍵的調節部件是變頻器，控制設備是可編程控制器和人機界面觸摸屏，採用雙變頻器交互切換的設計，在水泵切換時，能保證系統水壓不會波動。

(2)穩流罐選擇不鏽鋼穩流罐，該罐爲立式或臥式結構，嚴格按照國標GBl50《鋼製壓力容器》生產。穩流材質採用SUS304-2B食品級不鏽鋼，具有較強的耐腐性，符合國家衛生飲用水設備標準；穩流罐耐壓0.6MPa，具有較好的氣密性；罐體進出口爲法蘭連接方式，方便與系統其他設備的連接；穩流罐下方設置有排污口。側面安裝了不鏽鋼液位計，罐中水位情況一目瞭然，整個罐體採用鏡面拋光技術，十分美觀。

(3)無負壓供水設備選用不鏽鋼浮球式負壓消除裝置。加裝空氣過濾器，將空氣與水隔開，杜絕污染，過濾級別爲F5；≥5μm微粒去除率爲99％；≤1μm微粒去除率爲70％。

(4)設計雙重防止產生負壓，一是裝在穩流罐上的負壓抑制器在管網供水量小於用戶用水量時自動開啓，通過導氣口將穩流器與大氣導通，以避免市政管網產生負壓；二是在穩流器與市政管網連接管道上裝有壓力傳感器，由微機實時進行檢測，當壓力值過低時微機向變頻器發出降低運行頻率指令，控制變頻器輸出頻率，調低水泵工作轉速，從而調低設備供水量，使設備供水量不大於市政管網供水量，這樣也保證了穩流器不會對市政管網形成負壓吸水的現象。

(5)沒備與管網連接處加裝倒流防止器(防污隔斷閥)，能夠將供水沒備內同流水帶來的污染與市政管網完全隔開，泵組設備爲整機結構，由不鏽鋼管或鋼骨架塑料複合管連接而成。

(6)系統中設置了膈膜氣壓罐。氣壓罐有緩衝和保壓的功能，配合節能型供水軟件，系統可以實現小流量“保壓停機”功能，可以大大節約運行費用。

(7)噪聲考慮。①選用低噪聲電機和衝壓水泵，採用改變變頻器載波頻率的`方式來降低從供水設備上發出的噪音。②水泵基礎安放減振器，水泵進出口等相連端採用橡膠軟接。

　　4 無負壓供水設備自控功能

無負壓供水設備設置有兩種工作方式：手動、自動。

(1)手動方式是可靠而又最簡單的方式。

(2)自動工作方式是正常工作方式，有以下特點：①自動系統每套可控制2～5臺水泵進行互爲備臺的工作，水泵的運行，遵循先開先停、先停先開、工作時間均衡的原則，各泵的工作強度相當，避免某臺水泵長期使用引起過度磨損或鏽蝕，從而有效延長每臺水泵的使用壽命。②方便用戶使用，該系統採用可觸摸式人機界面。③實現水泵恆壓運行，壓力值輸出精度有效保證在0.01MPa內，通過計算機模擬管網特性曲線，調整水泵工作在高效區，整機效果更佳。④系統具備運行、停止及故障顯示功能等。

　　5 無負壓供水設備環保、節能分析

(1)節水方面，無負壓供水設備採用全密閉結構系統，徹底防止了蓄水池的溢、滲、滴、漏等浪費水資源的現象，同時也節省了定期清洗水箱時而造成對水資源的浪費。

(2)佔地方面，傳統供水方式需設置蓄水池或高位水箱，在此蓄水池或高位水箱淨高均按2.5m計，則蓄水池佔地面積約140m2，而採用無負壓供水方案可節省佔地面積約140m2，這部分節省的面積作車庫或倉庫等。按3 000元/m2。計，則可節省約42萬元的佔地費用。

(3)管理費用，傳統供水方案所設水箱應每半年清洗1次，還要停水1d，在管理上還存在對供水安全的擔憂，並需要增加必要的安全防護措施費用。水箱按50元/m2考慮清潔費和檢疫檢驗費，其地下水箱的清洗面積約400m2，每年的管理維護費用約50元/m2×400m2×2次=4萬元，年，按15年考慮，則需約60萬元的管理維護費用，而採用無負壓供水方案則可節省此筆管理費用。另外，無負壓供水設備採用全自動運行，不需要設專人看護管理，傳統的供水方式自動化程度低，需設專人值班，按2人，每人工資按1萬元，年考慮，採用無負壓供水方案每年可節省人工福利費約2萬元/年，可節省設備每年保養費約1萬元，年，按15年考慮，則人工福利費及設備保養費約45萬元。

(4)節能分析，無負壓供水設備可充分利用自來水管網壓力，採用變頻調速，水泵電機在微機的控制下，根據自來水的壓力調節電機的轉速，只對自來水的進水壓力和所需壓力進行補壓，當自來水的壓力滿足要求時設備就停止工作，節能效果非常明顯，分析如下：以該工程爲例，自來水管網平時供水壓力爲0.25MPa，高峯期供水壓力爲0.15MPa，設計用水量爲80m3/h，最大秒流量爲40L/s，最高層需供水壓力100m，選用無負壓供水設備採用分區供水方式，低區流量5L/s，供水壓力50m；高區流量20L/s，供水壓力100m；考慮自來水供水壓力的不穩定性和克服阻力所損耗的壓力，高峯期利用自來水管網壓力0.12MPa,則低區供水壓力爲38m，高區爲88m,低峯期自來水管網壓力爲0.25MPa，同上可利用的壓力爲0.22MPa。根據用水規律，用水高峯約2H，中峯約5h，低峯約7h，小流保壓期約10h，則水泵每天電耗EP可通過下列公式計算，低區爲例：

EP＝pTQmHA／102ηp 式中：p：水的密度，1.03kg/L

T：及泵運行時間，h；

Qm：單位時問流量，L/s；

H：揚程，m；

A：變頻節能係數；

ηp：水泵、電機和傳動裝置的總運行效率根據水泵樣本確定。

高峯期EPl=19.19kW.h，中峯期EP2=20.7kW.h，低峯期EP3=13.85kW.h，小流量保壓時間爲10h，耗電基本爲零，故低區EP=53.74 kW.h。

同上，高區EP=133.28kW.h,則水泵每年運行電耗爲187.02kW.h/天*365天*0.8元/kW.h=5.46萬元/年。

傳統供水方案按選用2臺37 kW水泵，水泵工頻運行，水泵按每天10h運行，則每天電耗W=370kW.h/天，那麼每年運行電耗E1=370kW.h/天×365天×0.8元/W.h=10.8萬元，年。

綜上與傳統供水相比，選用無負壓供水設備可節省年運行電耗5.34萬元，年，以運行15年考慮，則可節省運行費用約80萬元。

　　6 結束語

採用無負壓供水設備，從環保、節水、節能等方面與傳統的供水方案相比，無負壓供水設備不僅可節約一次性投資，而且運行費用低，供水質量安全、可靠、衛生，設備維護管理簡單方便，節省建築面積，採用計算機智能控制變頻調速供水技術，供水安全可靠，是真正的衛生、環保的綠色供水設備。