市政水壓在高層建筑生活給水系統(tǒng)中的合理利用

李志陽(yáng)

摘 要：傳統(tǒng)的加壓供水方式，通常是將城市供水直接放入水池，水泵再?gòu)乃匚瑤?lái)的問(wèn)題是市政余壓浪費(fèi)，并且水池泵房一般置于地下室，浪費(fèi)的余壓少則150kPa，多則350kPa甚至更高，所有需二次加壓的工程累計(jì)，這部分能量損失是相當(dāng)可觀的。鑒于此，本文探討了市政水壓在高層建筑生活給水系統(tǒng)中的合理利用。

關(guān)鍵詞：市政水壓 高層建筑給水

一、目前高層建筑給水現(xiàn)狀

目前我國(guó)城市自來(lái)水的壓力在非高峰用水時(shí)，一般市政給水管網(wǎng)壓力均在0.15～0.35MPa，此壓力值能滿足低層和多層建筑的給水要求，但滿足不了高層建筑的需要。由于國(guó)家規(guī)定城市供水條例“禁止在城市公共供水管道上直接裝泵抽水”。由于市政供水存在一定的余壓，高層建筑在進(jìn)行供水分區(qū)時(shí)，應(yīng)充分利用市政給水管網(wǎng)的可用水頭，直接對(duì)高層建筑下面幾層供水，對(duì)于節(jié)能和安全供水都是十分有利的，它可以節(jié)省很大一部分提升水上樓的能耗，因?yàn)楦邔咏ㄖ杏盟看蟮牟块T，如公共浴室、洗衣房、汽車庫(kù)、餐廳、美發(fā)廳等一般都在建筑的下面幾層，這部分用水量占建筑物總用水量相當(dāng)大的比例。但是對(duì)于市政給水管網(wǎng)壓力不能滿足的建筑高區(qū)部分的用水，還是需要將市政給水引入儲(chǔ)水池或水箱，再加壓供水，同樣會(huì)造成能量的浪費(fèi)。因此，不少供水設(shè)備廠家經(jīng)過(guò)深入研究，研制出了無(wú)負(fù)壓變頻供水設(shè)備。

二、無(wú)負(fù)壓給水系統(tǒng)在高層建筑給水中的引入

1.無(wú)負(fù)壓給水系統(tǒng)概述

傳統(tǒng)的城市供水系統(tǒng)把從給水廠送水到用戶水龍頭的全過(guò)程分為一次供水和二次供水兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的系統(tǒng)，而無(wú)負(fù)壓供水系統(tǒng)是將二者結(jié)合成為一個(gè)整體的系統(tǒng)，變二次供水為一次直接供水到戶。無(wú)負(fù)壓給水設(shè)備則是該系統(tǒng)可以使用的設(shè)備。無(wú)負(fù)壓自動(dòng)供水設(shè)備是指直接連接到供水管網(wǎng)上的增壓設(shè)備或可稱為管網(wǎng)增壓供水設(shè)備、管網(wǎng)直接加壓供水設(shè)備等。無(wú)負(fù)壓自動(dòng)供水系統(tǒng)的主要優(yōu)勢(shì)有：

①與自來(lái)水管道直接串聯(lián)，充分利用室外市政給水管網(wǎng)的水壓，可以減少水泵的揚(yáng)程，自來(lái)水壓力能滿足供水要求時(shí)，通過(guò)設(shè)備的旁通管，直接由自來(lái)水供水，設(shè)備停止工作。節(jié)能效果明顯，設(shè)備運(yùn)行費(fèi)用低，經(jīng)濟(jì)效果明顯。

②省去水箱、水池等設(shè)施，節(jié)省建筑物內(nèi)用的空間，簡(jiǎn)化給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

③取消水箱等儲(chǔ)水容積，減少生產(chǎn)二次污染的環(huán)節(jié)。

④傳統(tǒng)的二次加壓供水方式，存在建筑內(nèi)停電即停水，無(wú)負(fù)壓管網(wǎng)增壓穩(wěn)流給水設(shè)備停電時(shí)可通過(guò)旁通管，直接利用自來(lái)水壓力部分供水。

2.無(wú)負(fù)壓給水系統(tǒng)的組成

無(wú)負(fù)壓管網(wǎng)增壓設(shè)備主要由穩(wěn)流補(bǔ)償器，真空抑制器、壓力傳感器、變頻供水泵和中央控制器組成。穩(wěn)流補(bǔ)償器為一承壓水罐，直接與市政供水管網(wǎng)相連接，起到蓄水和穩(wěn)壓作用；變頻泵根據(jù)壓力傳感器傳出的壓力信號(hào)，由穩(wěn)流補(bǔ)償器進(jìn)水進(jìn)行二次加壓，為用戶供水；真空抑制器根據(jù)穩(wěn)流補(bǔ)償器內(nèi)的壓力自動(dòng)控制啟閉，平衡穩(wěn)流補(bǔ)償器內(nèi)壓力使之不產(chǎn)生負(fù)壓，從而避免水泵與管網(wǎng)直接連接運(yùn)行時(shí)對(duì)管網(wǎng)內(nèi)其他用戶供水壓力產(chǎn)生影響；中央控制器可對(duì)系統(tǒng)內(nèi)各部分壓力、流量信號(hào)進(jìn)行分析計(jì)算，對(duì)真空抑制器和供水泵發(fā)出控制信號(hào)。設(shè)系統(tǒng)（圖1）所接供水管網(wǎng)入口壓力為P1，用戶側(cè)需要的供水壓力為P2，穩(wěn)流補(bǔ)償器內(nèi)的壓力為P0（忽略穩(wěn)流補(bǔ)償器內(nèi)液位不同所造成的壓差），設(shè)備的進(jìn)水量為Q1，向用戶的供水量為Q2，則P1－P0＝SQ12，P0＝P1－SQ12，P2＝P0+△h，式中S——設(shè)備入口管段的管道阻力特性系數(shù)；△h——供水泵的揚(yáng)程（水泵連接段管阻力忽略不計(jì)）。對(duì)于二次加壓系統(tǒng)，在大多數(shù)情況下供水管網(wǎng)的進(jìn)水壓力低于用戶側(cè)需要的供水壓力即P1＜P2，此時(shí)供水泵變頻調(diào)速運(yùn)行，維持設(shè)備供水出口壓力始終為P2。1）當(dāng)用水量Q2為0時(shí)，P0＝P1，此時(shí)水泵維持最小轉(zhuǎn)速，水泵揚(yáng)程△h＝P2-P1；2）隨著用戶用水量的增大，穩(wěn)流補(bǔ)償器內(nèi)的壓力P0由P1開(kāi)始逐漸減小，但始終大于大氣壓力即0＜P0＜P1，此時(shí)水泵揚(yáng)程△h＝P2-P0＝P2-P1+SQ2，設(shè)備的進(jìn)水量Q1隨著供水量Q2的增大而增大，且始終保持Q1＝Q2；3）若某個(gè)時(shí)間用戶的用水量短時(shí)間內(nèi)超過(guò)QA增大至QB，穩(wěn)流補(bǔ)償器內(nèi)的壓力開(kāi)始有進(jìn)一步下降的趨勢(shì)，此時(shí)控制器發(fā)出信號(hào)，真空抑制器開(kāi)始工作，維持穩(wěn)流補(bǔ)償器內(nèi)的壓力P0＝0，從而避免負(fù)壓產(chǎn)生。因此時(shí)進(jìn)水量仍保持為QA且QA＜QB，穩(wěn)流補(bǔ)償器內(nèi)水位開(kāi)始下降，當(dāng)達(dá)到最低水位時(shí)，控制器發(fā)出信號(hào)，水泵停止運(yùn)行同時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。若穩(wěn)流補(bǔ)償器內(nèi)有效體積為V，則這一供水過(guò)程最大可持續(xù)時(shí)間T＝V/（QB-QA），因此在QB流量下供水持續(xù)時(shí)間超過(guò)T時(shí)，供水設(shè)備將停止運(yùn)行出現(xiàn)斷流，等到穩(wěn)流補(bǔ)償器第二次充滿水時(shí)，才能恢復(fù)運(yùn)行。

3.無(wú)負(fù)壓給水系統(tǒng)的適用范圍和設(shè)計(jì)方法

無(wú)負(fù)壓給水系統(tǒng)的流量范圍為：1～10000m3/h，壓力范圍0～2.5MPa，壓力調(diào)節(jié)精度≤0.01MPa，環(huán)境溫度0～40℃，相對(duì)濕度90%以下（電控部分），電源380V（1±10%）、50HZ±2HZ。控制方式：?jiǎn)闻_(tái)或多臺(tái)并聯(lián)，出口變壓或恒壓。工頻啟動(dòng)方式：電機(jī)功率≤15kW直接啟動(dòng)，電機(jī)功率＞15kW降壓?jiǎn)?dòng)。操作方式：變頻自動(dòng)、工頻手動(dòng)，無(wú)負(fù)壓自動(dòng)供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)適用于市政自來(lái)水管網(wǎng)壓力不足地區(qū)的二次加壓供水。在設(shè)計(jì)中，變頻調(diào)速水泵的出水量應(yīng)按給水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)秒流確定；水泵揚(yáng)程計(jì)算時(shí)應(yīng)考慮利用室外給水管網(wǎng)的最小水壓，由于室外給水管網(wǎng)的水壓晝夜、四季的變化，為了防止超壓情況的發(fā)生，應(yīng)按室外給水管網(wǎng)的最大水壓疊加水泵的揚(yáng)程值，核定水泵出口處的最大壓力，考慮是否對(duì)管道的配件和附件造成損害。

4.無(wú)負(fù)壓給水設(shè)備管網(wǎng)準(zhǔn)用的技術(shù)條件

管網(wǎng)之所以要有限制性地準(zhǔn)用無(wú)負(fù)壓設(shè)備，是因?yàn)樵擃愒O(shè)備的使用，會(huì)涉及到管網(wǎng)供應(yīng)能力、管網(wǎng)運(yùn)行安全和水質(zhì)安全等三個(gè)方面。所謂準(zhǔn)用技術(shù)條件，也就是管網(wǎng)對(duì)設(shè)備接入的技術(shù)要求或技術(shù)規(guī)范，在設(shè)備性能和使用環(huán)境可以滿足以下三項(xiàng)要求時(shí)允許其接入管網(wǎng)使用

①應(yīng)在管網(wǎng)限定的流量下運(yùn)轉(zhuǎn)，不得超量取水直接加壓供水，取消了水池、水箱，失去了儲(chǔ)水調(diào)峰的中間環(huán)節(jié)，用水高峰流量直接由管網(wǎng)供給，使管網(wǎng)高時(shí)流量和時(shí)變化系數(shù)增大。勢(shì)必要求水廠提高送水壓力以達(dá)到管網(wǎng)末端服務(wù)壓力。但水廠供水壓力的提高會(huì)引起電耗增高、供水成本加大、漏水率上升、管網(wǎng)布局不合理以及管網(wǎng)運(yùn)行調(diào)度不及時(shí)等一系列連鎖反應(yīng)。在這些課題尚無(wú)定論的時(shí)候，只能是在基本上不改變供水現(xiàn)狀和格局的限定條件下擴(kuò)大直接供水范圍，即可先利用當(dāng)前管網(wǎng)的富裕水頭、冗余的供水能力來(lái)擴(kuò)展直接供水范圍，根據(jù)管網(wǎng)能力有選擇、有限制地使用該類設(shè)備。

②應(yīng)具有防止負(fù)壓、壓力振蕩及回流的有效功能管道中出現(xiàn)負(fù)壓和隨之而來(lái)的氣囊、氣阻、壓力振蕩、倒流及水錘等是危及管網(wǎng)安全或產(chǎn)生隱患的重要因素。因此，對(duì)直接抽水設(shè)備的首要功能要求就是為了保證管網(wǎng)安全而沒(méi)有負(fù)壓。

③應(yīng)符合相關(guān)規(guī)定在管網(wǎng)上使用的無(wú)負(fù)壓給水設(shè)備必須符合國(guó)家和地方生活飲用水衛(wèi)生監(jiān)督管理辦法（條例）及涉水產(chǎn)品安全衛(wèi)生的有關(guān)規(guī)定。

三、結(jié)語(yǔ)

無(wú)負(fù)壓自動(dòng)供水設(shè)備應(yīng)用于管網(wǎng)二次加壓，可提高供水水質(zhì)，節(jié)能效果理想，運(yùn)行費(fèi)用較低，總體上滿足節(jié)能和生活飲用水安全的要求。在具體工程實(shí)踐中，需要綜合考慮當(dāng)?shù)厥姓┧芫W(wǎng)的壓力和用戶實(shí)際用水的特征，經(jīng)過(guò)經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較后確定是否選用。

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