無負壓供水設(shè)備的選型及應(yīng)用探討

陳程

摘要：隨著社會的發(fā)展，人們越來注重生活的安全和質(zhì)量。箱式無負壓供水系統(tǒng)因其具有節(jié)能、環(huán)保、長期效益明顯等優(yōu)點，在新建、改建及擴建項目中越來越廣泛地被用到。本文結(jié)合工程實例，介紹了無負壓供水設(shè)備的工作原理，總結(jié)了無負壓供水設(shè)備安裝方便、節(jié)能、減少二次污染、不影響市政管網(wǎng)水壓等特點。

關(guān)鍵詞：無負壓供水設(shè)備；選型；應(yīng)用

1.箱式無負壓供水設(shè)備工作原理

通過微機控制變頻調(diào)速來實現(xiàn)恒壓供水，根據(jù)實際情況設(shè)定用水點工作壓力，并時刻監(jiān)測市政管網(wǎng)壓力。當檢測到自來水壓力能滿足用戶用水壓力時，系統(tǒng)直接通過市政管網(wǎng)給用戶供水；當檢測到自來水壓力低于用戶用水壓力時，系統(tǒng)通過疊加、變頻給用戶供水；當檢測到自來水壓力低且接近零時，切斷市政管網(wǎng)，進水，系統(tǒng)通過水箱變頻方式給用戶供水；為防止二次污染，定時通過水箱直接為用戶供水。自動控制真空抑制器及穩(wěn)流補償器來抑制負壓的產(chǎn)生，既充分利用了市政管網(wǎng)的壓力，又不產(chǎn)生負壓，不對市政管網(wǎng)產(chǎn)生任何不良影響，保證了用水的安全性。箱式無負壓供水設(shè)備既能利用自來水管網(wǎng)的原有壓力，又能動用足夠的儲存水量滿足高峰期用水，且不會對自來水管網(wǎng)產(chǎn)生吸力。

① 當Q自> Q用時（Q自= 自來水流量；Q用= 用戶用水量，下同）

此時水箱蓄水，至設(shè)計水位則浮球閥關(guān)閉（真空壓力表的讀數(shù)為正）。在自來水壓力的作用下止回閥關(guān)閉，由此便構(gòu)成了管道泵供水狀態(tài)，此時水泵能有效地借用自來水管道原有的壓力。

② 當Q自

因水泵的進水口直接與自來水管道相連接，若止回閥未打開，則水泵的進水口處便會產(chǎn)生負壓。由于止回閥的底部壓力小而上部壓力大，故止回閥打開時水箱里的水在重力的作用下流向水泵入水口，此時O點的壓力為：

Po=ρg（H-Hr）

式中：H ——水箱水面到止回閥上部的高度

Hr ——止回閥在額定流量下的局部阻力水頭

ρ ——水的體積質(zhì)量

g ——重力加速度

由于止回閥的正向阻力水頭一般小于5KPa，因此只要Hmin>5 KPa（水箱水面到止回閥上部的最低高度，這可以在設(shè)計時得以保證）就能使 O 點的最小壓力始終為正值，也就保證了自來水管道在水泵對接處始終不會出現(xiàn)負壓。

③ 當Q自=Q用時

此為暫時的平衡點，它保持著系統(tǒng)的原有狀態(tài)。

2.工程實例概況

某商業(yè)中心區(qū)，共有五層教學(xué)樓1棟、六層宿舍1棟、三層幼兒園一棟，總建筑面積為26995m2，最高建筑物高度22.45m。水源為市政給水管網(wǎng)，擬設(shè)兩路進水，引入管管徑為DN200，分別從小區(qū)東南和西南面市政路引入，市政供水壓力低且不穩(wěn)定：用水高峰期0.1～0.15 MPa，用水常態(tài)0.20Mpa左右。引入管總水表后設(shè)置小阻力倒流防止器，阻力不大于0.02～0.03MPa。無生活水池，最高日生活用水量為：188.4m3；最大時生活用水量為：24.4m3。

3.選型計算

按照《建筑給水排水設(shè)計規(guī)范》的規(guī)定水泵直接供水所需揚程按下式進行估算（以滿足一棟樓的最不利點用水要求時水泵所需揚程為計算依據(jù)）：

Hb≥1.2Hy+Hc-H0

其中：Hb：水泵滿足最不利點所需水壓

Hy：最不利配水點與引入管的標高差，取23.05m

Hc：最不利配水點所需流出水頭，取5m

H0：市政自來水管網(wǎng)的最小供水壓力，取7m（考慮場地標高及經(jīng)過設(shè)備時的阻力損耗）

市政給水正常時用水高峰時水泵滿足最不利點所需的水壓：

Hb =1.2 Hy + Hc - H0=1.2*23.05+5-7=25.66m

市政給水完全斷開水箱供水時用水高峰時水泵滿足最不利點所需的水壓：

Hb =1.2 Hy + Hc - H0=1.2*23.05+5-0=32.66m

因此，系統(tǒng)選用的水泵所需揚程為不小于32.66m。

用水高峰時出水設(shè)備滿足最不利狀況所需的用水量：

Q 用=24.4m3

結(jié)合本項目的供水系統(tǒng)及實際用水特點，考慮設(shè)備及水泵的性能，市場常用的產(chǎn)品技術(shù)，對該工程的給水系統(tǒng)經(jīng)過嚴格的比較和校核，該工程箱式無負壓供水系統(tǒng)選型如下：

（1）選用容量為27m3組合式密閉不銹鋼水箱一套，作為儲水裝備，滿足最不利情況下的高峰用水量；電動閥分別設(shè)在設(shè)備吸水總管處和水箱出口處。一般情況下，吸水總管處電動閥常開，水箱出口處電動閥常閉，采用無負壓設(shè)備加壓供水?？紤]到對水箱水質(zhì)的要求，設(shè)定定期循環(huán)功能，可根據(jù)現(xiàn)場的用水情況和要求設(shè)定循環(huán)時間，到達設(shè)定時間，吸水總管處電動閥自動關(guān)閉，水箱出口處電動閥自動打開，設(shè)備自動采用水箱供水。水箱水位到達設(shè)定液位時或自取水箱一段時間后，吸水總管處電動閥自動打開，水箱出口處電動閥自動關(guān)閉，恢復(fù)無負壓設(shè)備正常供水。自來水停水或壓力較低時并低于極限時，吸水總管處電動閥自動關(guān)閉，水箱出口處電動閥自動打開，設(shè)備采用水箱供水。若水箱水位到達設(shè)定液位前自來水恢復(fù)供水，則吸水總管處電動閥電動閥自動打開，水箱出口處電動閥自動關(guān)閉，恢復(fù)正常無負壓供水，若水箱水位到達最低液位前自來水仍未恢復(fù)供水，無負壓設(shè)備自動停機保護，來水自動開機。

（2）選用格蘭富立式多級離心泵三臺（兩用一備），型號：CR10-5，水泵參數(shù)：Q=10M3/H，H= 40.7M，N=2.2KW，滿足流量、揚程相關(guān)要求；

（3）智能化電氣控制柜一套，具備自動變頻控制、自動巡檢、遠程控制等功能；

（4）無負壓進水裝置及防倒流裝置及配套管路等；

（5）壓力、液位信號采集、反饋設(shè)施。

4.效益分析

該項目為項目配套的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，由于原來設(shè)計未布置生活水池或水箱，按照傳統(tǒng)供水方式設(shè)計與采用箱式無負壓給水設(shè)備成本相差不多。在前期投入差別不大的情況下應(yīng)該優(yōu)先考慮長期運行成本較低、安全程度高、節(jié)能環(huán)保的供水方案。

箱式無負壓給水設(shè)備采用全自動運行，不需專人值守，在系統(tǒng)設(shè)定的供水壓力下，全智能運行，水泵自動切換，設(shè)備質(zhì)量可靠，維護管理運行極為簡單方便。每年可節(jié)省維護費用2～3萬元；按廣東省的有關(guān)規(guī)定，傳統(tǒng)生活水池或水箱每年需清洗四次以上，需要大量的人力物力，造成不必要的資源浪費，清洗一次還需停水半天，給生活帶來不便。由于箱式無負壓供水設(shè)備是密閉的，且具有定期循環(huán)功能，因此可節(jié)省清洗費用約1萬元。

僅以上兩項，每年就比傳統(tǒng)的二次給水系統(tǒng)節(jié)約3～4萬元。而且箱式無負壓給水系統(tǒng)采用全密閉結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，徹底防治了有水池水箱的跑、冒、滴、漏等浪費水資源的現(xiàn)象，可以杜絕污染，保障供水的安全。防止鼠、蚊蟲以及防止有人投毒破壞。

箱式無負壓給水設(shè)備與自來水輸水管網(wǎng)直接串接，可充分利用自來水管網(wǎng)原有壓力；采用智能變頻控制技術(shù)，設(shè)備的電機泵在微機控制下，根據(jù)自來水的壓力來調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速，只對自來水的進水壓力和所需壓力的差進行補壓，不做無用功，節(jié)能效果顯著，與傳統(tǒng)設(shè)計的采用常規(guī)繼電接觸器控制的給水設(shè)備相比，節(jié)電可達20%～90%以上。密封式不銹鋼組合水箱具有自清潔功能，一方面利用了市政管網(wǎng)的壓力，降低了能耗，另外一方面，通過輸入和輸出水管的合理設(shè)置，自動清潔水箱，避免產(chǎn)生死水，影響飲水安全，同時也降低了安全防護措施費用。

5.結(jié)語

世界能源日趨緊張，如何有效地節(jié)約能源是一個擺在人們面前的課題。無負壓供水技術(shù)具有節(jié)能、衛(wèi)生安全、節(jié)約投資和管理方便等優(yōu)點，因此無負壓增壓給水設(shè)備將是變頻供水設(shè)備的發(fā)展與延伸。盡快制定該技術(shù)國家標準與規(guī)范，使無負壓技術(shù)盡快推廣、應(yīng)用，對提高給水系統(tǒng)安全可靠性、節(jié)能等具有十分重要的意義。