自來水二次供水節(jié)能改造技術(shù)研究與應(yīng)用開發(fā)

上海麥璽隆機械科技有限公司 聶建平 林后防

1 概述

傳統(tǒng)的二次加壓供水方式是先將市政自來水貯存到低水箱，然后通過二次加壓泵站將水供給到用戶，以得到所需的流量和揚程，滿足用水要求。低水箱內(nèi)的水來自市政管網(wǎng)，其水壓大多在0.16 MP a以上。把帶壓的自來水放入貯水池得到無壓水，再經(jīng)設(shè)備加壓送到用戶。在這個進(jìn)水過程中，市政管網(wǎng)的水直接處于泄壓狀態(tài)，可導(dǎo)致管網(wǎng)壓力降低；且由于管理不善，水池、水箱缺乏定期的清洗，二次消毒不及時，已直接影響了供水衛(wèi)生，甚至?xí)a(chǎn)生嚴(yán)重的水質(zhì)污染事故(如出現(xiàn)紅線蟲、綠藻等)。傳統(tǒng)二次加壓供水方式存在投資大、水資源浪費和電能源浪費的問題。

智控?zé)o吸程疊壓供水設(shè)備(以下簡稱“設(shè)備”)可以對市政水直接進(jìn)行疊壓加壓供水，從而避免了能量的無謂損失。本“設(shè)備”采用全不銹鋼泵體，安裝于304不銹鋼制作的全密閉不銹鋼容器罐內(nèi)。充分利用市政水壓力，選用不銹鋼無吸程潛水泵，因此避免了普通水泵吸程的能耗，從而使其揚程大大增加，供水能力提高。市政水在密閉環(huán)境運行，與外界無接觸，并減少污染，降低能耗，以達(dá)到節(jié)能降耗目的。依靠罐內(nèi)流動的水對電機進(jìn)行散熱冷卻，電機運行時異常安靜，解決了電機噪音問題。在水泵的降噪、節(jié)能和防潮方面都有著傳統(tǒng)供水水泵不可比擬的優(yōu)勢。該“設(shè)備”實現(xiàn)了節(jié)能、環(huán)保、衛(wèi)生、安全的運行效果。

2 國內(nèi)現(xiàn)狀

現(xiàn)在國內(nèi)通用的傳統(tǒng)變頻恒壓供水設(shè)備基本上采用低水箱加恒壓變頻泵，這種供水方式可在低水箱水位降低時，市政水隨時為低水箱進(jìn)行補水。低水箱貯存自來水管網(wǎng)的水后，再經(jīng)泵組加壓供水，這樣并不能起到用水高峰期削峰填谷的作用。

現(xiàn)在已經(jīng)有很多相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)了這種低水箱加變頻泵加壓方式的弊端，于是他們設(shè)計一種直接聯(lián)在管網(wǎng)上對管網(wǎng)水增壓的泵組，并依此生產(chǎn)了一些產(chǎn)品，但是這些產(chǎn)品有一個相當(dāng)大的缺點，泵組運行不穩(wěn)定，運行耗能稍高，出水壓力波動較大，并且影響到管網(wǎng)的壓力。

傳統(tǒng)恒壓變頻供水設(shè)備與智控?zé)o吸程疊壓供水設(shè)備供水方式對比見圖1、圖2。

圖1 傳統(tǒng)恒壓變頻供水設(shè)備流程示意圖

圖2 智控?zé)o吸程疊壓供水設(shè)備流程示意圖

3 智控?zé)o吸程疊壓供水設(shè)備基本原理

智控?zé)o吸程疊壓供水設(shè)備的創(chuàng)新性在于利用能量疊加原理，對管網(wǎng)帶壓水直接增補壓力。市政管網(wǎng)中的自來水是帶有壓力的水，如果利用“設(shè)備”對市政自來水加壓,則由于能量的疊加作用，水泵的機械能轉(zhuǎn)化為水的壓力實現(xiàn)了直接增補。

智控?zé)o吸程疊壓供水設(shè)備具有直接增壓的優(yōu)點，并且克服了目前供水設(shè)備中存在的問題。自來水進(jìn)入無負(fù)壓罐體，經(jīng)罐體內(nèi)部的泵體葉輪加壓，泵體為潛水電泵，其本身無吸程，因此避免了普通水泵吸程的能耗，并通過設(shè)置在泵口的渦流導(dǎo)向節(jié)能器，通過矯正泵口紊亂的渦流狀態(tài)而減少水泵出口的阻力，從而提高水泵運行效率，使其揚程大大增加，以達(dá)到用戶用水的需求，并且不會影響市政供水管道的壓力。維持水泵的揚程和流量有一個合適的比例關(guān)系。利用P L C可編程控制器配合變頻器進(jìn)行控制，“設(shè)備”采用閉環(huán)壓力反饋使泵組進(jìn)行全自動運行。由于水處于一個封閉系統(tǒng)內(nèi)，根據(jù)用戶用水量的大小增減水泵運行頻率，以保持供水壓力恒定，且自來水供水管網(wǎng)的壓力不受影響?！霸O(shè)備”在市政管網(wǎng)水壓發(fā)生波動下降時會自動降頻降壓運行，市政管網(wǎng)斷水時“設(shè)備”會自動停機保護(hù)。

該“設(shè)備”采用全密閉結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，徹底杜絕了地下水箱的跑、冒、滴、漏等浪費水資源的現(xiàn)象，同時也節(jié)省了定期清洗水箱時造成水資源的浪費及用戶停水現(xiàn)象?！霸O(shè)備”可多臺同時并聯(lián)使用，“設(shè)備”組合、控制及維護(hù)更加方便。每臺“設(shè)備”單獨配有無負(fù)壓罐體，單臺“設(shè)備”可循環(huán)停機檢修維護(hù)，維修時不需停水，對用戶供水不構(gòu)成影響。

“設(shè)備”任何組件出現(xiàn)任何故障時，都不會影響正常供水，系統(tǒng)自動監(jiān)測故障報警，并自動跳越故障“設(shè)備”，運行正?！霸O(shè)備”，待故障消除后，“設(shè)備”即可自動投入運行。

4 用戶使用案例

上海市某小區(qū)，最高為1 1層建筑，共有住戶6 3 8戶，采用低水箱加水泵恒壓供水，由一路DN150管道供給低水箱作為水源，浮球閥控制低水箱水位，水泵采用DL系列水泵。

該小區(qū)設(shè)計最大流量為55t/h，平時管網(wǎng)提供壓力為0.2MPa，需增補揚程32m，以保證出水壓力達(dá)到0.52MPa。選用兩臺智控?zé)o吸程疊壓供水設(shè)備MXL60-55-2，這兩臺“ 設(shè)備”在流量60t/h時，可增補揚程35m。

無吸程疊壓供水設(shè)備投入運行前，頂樓用戶偶爾會發(fā)生斷水現(xiàn)象，水壓較低，“設(shè)備”投入運行后，24小時保證所有住戶的用水要求。平時只是一臺設(shè)備在運行，根據(jù)用戶用水變化，調(diào)整“設(shè)備”運行頻率，以保障供水需求。單臺“設(shè)備”功率為7.5kW，效果良好。

為驗證本設(shè)備對管網(wǎng)的影響程度，在自來水進(jìn)水管道上裝一塊壓力表，在設(shè)備投入運行前后，壓力表數(shù)值穩(wěn)定在0.2MPa左右一個很小的區(qū)域，上下波動不超過0.01MPa。

選用智控?zé)o吸程疊壓供水設(shè)備比傳統(tǒng)的利用調(diào)節(jié)水池的設(shè)備，有很多優(yōu)點：

1）初期投資少、無水池、不用消毒、安裝費用少。

2）運行費用低，機組耗電少。

3）不銹鋼設(shè)備主體，供水衛(wèi)生，無二次污染。

4）對市政管網(wǎng)的影響小于低水箱加變頻泵設(shè)備。

5 效益分析

按上述案例來說明這種“設(shè)備”的經(jīng)濟性和優(yōu)越性。

1）低水箱加變頻泵供水設(shè)備方式

配4臺80LG58-15*4水泵，功率11kW/臺，貯水池為不銹鋼結(jié)構(gòu)，200m3。

（1）建造低水箱，容積200m3，不銹鋼結(jié)構(gòu)，造價為265000元；

（2）建造泵房（地下式）9m×6m×3m(L×W×H)，造價為296000元；

（3）水泵設(shè)備總價為58000元；

（4）消毒設(shè)備，臭氧發(fā)生器75g/h，總價56000元；

（ 5）占地400m2，不作價；

（6）安裝費約10000元；

共計造價685000元。

2）選用2臺智能無吸程疊壓供水設(shè)備方式，功率7.5kW/臺。

（1）不設(shè)低水箱；

（2）利用原有建造泵房（地下式）9m×6m×3m(L×W×H)，造價為296000元；

（ 3）“ 設(shè)備”MXL60-55-2，含控制系統(tǒng)，造價約為148000元；

（4）無需消毒；

（5）占地極小；

（6）安裝費約計5600元；

共計造價449600元。（含原泵房建造費用。如新建項目，泵房面積可減少一半以上，且不用建造水池用房，泵房建設(shè)費用可節(jié)約75%以上）

3）運行費用

以上述項目為例，原設(shè)備為低水箱加變頻泵供水設(shè)備，選用水泵4臺，功率為11kW/臺 。根據(jù)其2010年6月至2011年5月的繳費清單，12個月共計電費52938.60元(電費單價：0.617元/kWh)，平均每月的設(shè)備耗電金額為4411.55元。

該小區(qū)從2011年8月份將供水設(shè)備改造成智控?zé)o吸程疊壓供水設(shè)備，新設(shè)備的運行電費有明顯降低，根據(jù)其2011年10月到2012年9月的繳費清單，累計12個月的電費為16807.00元 (電費單價：0.617元/kWh)，新設(shè)備平均每月的耗電金額為1400.58元。

4）綜合以上計算,對比分析如下:

（1）初次投資：智控?zé)o吸程疊壓供水設(shè)備是低水箱加變頻泵供水設(shè)備的65%；

（2）運行費用：智控?zé)o吸程疊壓供水設(shè)備是低水箱加變頻泵供水設(shè)備的32%；

（3）占用土地：如新建設(shè)備供水泵房，智控?zé)o吸程疊壓供水設(shè)備比低水箱恒壓變頻供水設(shè)備占地面積減少75%以上（含貯水池占地面積）

（4）使用壽命：智控?zé)o吸程疊壓供水設(shè)備壽命比貯水池恒壓變頻供水設(shè)備使用更長。

由以上分析可知，智控?zé)o吸程疊壓供水設(shè)備與傳統(tǒng)供水設(shè)備相比，能節(jié)省大量的初投資和運行費，節(jié)約能源，并且環(huán)保衛(wèi)生，其經(jīng)濟效益和社會效益十分顯著。

6 結(jié)論

智控?zé)o吸程疊壓供水設(shè)備是一種在原市政自來水壓力基礎(chǔ)上再加壓的技術(shù)，它突破了以往只能對無壓水進(jìn)行加壓的誤區(qū)，并且通過對流體流態(tài)的控制節(jié)省了設(shè)備運行的能耗，不對管網(wǎng)產(chǎn)生壓力影響。智控?zé)o吸程疊壓供水設(shè)備在用戶前端安裝，可解決自來水由于管網(wǎng)限制不能送到用戶的問題，滿足遠(yuǎn)端和高地勢用戶的需要。設(shè)備運行穩(wěn)定，出水壓力波動較小，并且不影響相鄰管網(wǎng)的壓力?？蓮V泛應(yīng)用于自來水管網(wǎng)的直接增壓，具有極大的經(jīng)濟效益和社會效益。