疊壓供水在二次供水改造中的應(yīng)用與分析

郭維劍

(鄭州高新供水有限責(zé)任公司，河南 鄭州 450000)

0 引言

為緩解城市人多地少的壓力，建筑工程逐步向高層化、大型化方向發(fā)展。隨著樓層的不斷增高，供水管網(wǎng)壓力不斷加大。若采用常規(guī)二次供水方式，很容易出現(xiàn)供水管網(wǎng)水壓不足現(xiàn)象，因此，需要將管網(wǎng)供水引入水池或水箱進(jìn)行二次加壓。在長期實(shí)踐中，人們發(fā)現(xiàn)，這種二次加壓方式存在很大弊端，如投資多、占地面積大、施工難度高等，甚至因無法充分利用管網(wǎng)壓力而浪費(fèi)資源或使污染加劇。

疊壓供水也被稱為無負(fù)壓供水，該技術(shù)依托模糊PID控制理論，能夠合理調(diào)度若干臺(tái)水泵，并對(duì)供水管網(wǎng)的原有壓力進(jìn)行充分利用，可通過變頻調(diào)速的模式對(duì)水壓進(jìn)行合理控制，進(jìn)而達(dá)到疊壓供水的效果。

1 疊壓供水的原理

疊壓供水是指通過室外給水管網(wǎng)余壓進(jìn)行抽水并增壓，最終實(shí)現(xiàn)二次供水的目標(biāo)。傳統(tǒng)供水模式往往與蓄水池密不可分，通常情況下，多采用自來水管上的水供給蓄水池，此時(shí)有壓力的水引入蓄水池之后，水壓將歸為“0”，進(jìn)而導(dǎo)致大量水被浪費(fèi)。疊壓供水可以有效克服傳統(tǒng)供水缺陷，其與傳統(tǒng)供水方法的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比情況如表1所示。

表1 疊壓供水和傳統(tǒng)供水的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

2 疊壓供水技術(shù)要點(diǎn)分析

2.1 控制技術(shù)

疊壓供水系統(tǒng)須進(jìn)行恒定壓力值設(shè)置，相比設(shè)定壓力值，若管網(wǎng)壓力過高，壓力變送器便可向變頻控制柜反饋管網(wǎng)壓力，利用直供管路自來水可直接送入用戶管網(wǎng)，滿足用戶供水需求。在市政管網(wǎng)壓力產(chǎn)生改變或用戶管網(wǎng)用水量變化較大時(shí)，此時(shí)相比設(shè)定壓力值，管網(wǎng)壓力較低，管網(wǎng)壓力通過壓力變送器可以向變頻控制柜內(nèi)的PID控制器進(jìn)行信息反饋，隨后按照反饋情況進(jìn)行變頻器輸出頻率調(diào)節(jié)，并將水泵機(jī)組自動(dòng)啟動(dòng)及適當(dāng)調(diào)整水泵轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)恒壓供水的效果。

2.2 無負(fù)壓技術(shù)

疊壓供水主要采用的是無負(fù)壓供水系統(tǒng)，其主要應(yīng)用技術(shù)包括：微機(jī)變頻技術(shù)、負(fù)壓處理技術(shù)；同時(shí)，本設(shè)備還屬于全封閉結(jié)構(gòu)，能夠直接串聯(lián)自來水管網(wǎng)，可減少對(duì)管網(wǎng)的影響。

2.3 壓力自動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)

按照系統(tǒng)阻力原理，流量增大，系統(tǒng)阻力也將隨之增大，兩者成正比關(guān)系。在用水量較大的情況下，為滿足用水需求，必須增加系統(tǒng)揚(yáng)程，來克服系統(tǒng)阻力。普通供水系統(tǒng)在設(shè)定壓力時(shí)，往往以最大流量為標(biāo)準(zhǔn)，但是，當(dāng)流量下降后，將會(huì)浪費(fèi)大量能源。疊壓供水可以有效解決此問題，可根據(jù)用水量的多少，自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)壓力設(shè)定值，若用水量少，系統(tǒng)運(yùn)行則會(huì)自動(dòng)設(shè)定為低壓力值。伴隨用水量的增長，根據(jù)水力特征，系統(tǒng)設(shè)定的壓力值也將隨之增大，這種壓力自動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)，可以大幅降低能源浪費(fèi)。

3 二次供水改造中疊壓供水的應(yīng)用優(yōu)勢

目前，大量早期城市二次供水設(shè)備已呈現(xiàn)出諸多問題，例如老化、陳舊等，這些問題的產(chǎn)生，不僅會(huì)影響供水效率，甚至?xí)a(chǎn)生水質(zhì)安全風(fēng)險(xiǎn)。疊壓供水是一種安全、節(jié)能、成本低的二次供水技術(shù)，將其用于二次供水改造中，具有以下應(yīng)用優(yōu)勢。

3.1 節(jié)約土地，安裝簡單，節(jié)省投資

相比傳統(tǒng)二次供水方式，疊壓供水不僅對(duì)二次供水加壓泵選型無太大要求，同時(shí)還能合理利用自來水管網(wǎng)一次供水的余壓。在占地面積方面，不用設(shè)置蓄水池、大型氣壓罐；安裝方面，僅直接連接進(jìn)出水管；投資方面，工期短、基建少。

3.2 全封閉運(yùn)行，保證衛(wèi)生和供水安全

在“自來水管網(wǎng)—用戶水龍頭”整個(gè)環(huán)節(jié)，疊壓供水系統(tǒng)都處于全封閉運(yùn)行狀態(tài)，水體不會(huì)直接接觸空氣，可采用食品級(jí)不銹鋼材料制作過濾部件，消除二次污染的威脅，進(jìn)一步提高供水安全。

3.3 節(jié)能減排效果明顯，減少運(yùn)行成本

相比傳統(tǒng)二次供水方法，疊壓供水節(jié)能減排效果更加明顯，疊壓供水系統(tǒng)可以直接串聯(lián)到自來水管網(wǎng)，可以充分利用自來水管網(wǎng)一次供水的壓力，換言之，若一次供水壓力不足，僅需做適當(dāng)補(bǔ)充。當(dāng)用水量不大時(shí)，供水設(shè)備甚至無需運(yùn)行，大大降低了運(yùn)行成本。此外，疊壓供水無蓄水池等設(shè)施，這樣就減少了清洗、檢驗(yàn)水質(zhì)等環(huán)節(jié)，避免浪費(fèi)大量水資源。

3.4 自動(dòng)控制，便于日常管理

在日常管理方面，疊壓供水具有自動(dòng)控制功能，更方便、更安全、更快捷，大幅減輕了日常管理的勞動(dòng)強(qiáng)度。其主要自動(dòng)控制功能如表2所示。

表2 疊壓供水主要自動(dòng)控制功能

4 案例分析

某小區(qū)為多層建筑，共2 200戶居民，屬于某國企的家屬院。本小區(qū)存在的供水問題主要是水量小的情況較為嚴(yán)重，特別是在夏季用水高峰期時(shí)段，小區(qū)5、6層居民集中反映水量很小，嚴(yán)重影響正常生活。據(jù)該區(qū)域泵站進(jìn)出壓力某天實(shí)時(shí)曲線觀測，泵站出泵壓力全天基本保持在1.6～2.4 kg，僅6:30-13:00，出泵壓力有所加大，約2.6 kg。在管線水損失與附近小區(qū)集中用水的作用下，到達(dá)本小區(qū)的市政供水水壓將大幅下降?；诂F(xiàn)狀，為保證本小區(qū)供水正常，滿足居民生活需求，需要進(jìn)行二次供水改造。

在對(duì)小區(qū)調(diào)查分析中發(fā)現(xiàn)，本小區(qū)泵房已處于報(bào)廢狀態(tài)，目前被改造成了老年活動(dòng)場所。此外，本小區(qū)供水壓力問題屬于間歇性情況，若重新安裝傳統(tǒng)變頻設(shè)備很不利，一方面場地不充足；另一方面，傳統(tǒng)變頻設(shè)備穩(wěn)壓屬于全天模式，將嚴(yán)重浪費(fèi)資源，因此，該方法并不理想。經(jīng)調(diào)查可知，本小區(qū)所在區(qū)域上水管線配置較為合理且充足。例如小區(qū)西側(cè)位置的上水管線處，水量充足，日?？蛇_(dá)到720 m3/h流量，相比本小區(qū)168 m3/h流量，要高出很多。

結(jié)合上述分析，認(rèn)為采用管網(wǎng)疊加變頻供水技術(shù)進(jìn)行小區(qū)供水處理效果更加明顯。疊壓設(shè)備情況如表3所示。

表3 疊壓設(shè)備規(guī)格型號(hào)一覽表

在正常運(yùn)行階段，將0.25 MPa設(shè)為日常運(yùn)行的啟動(dòng)壓力，在白天為滿足居民水壓和用水需求，可設(shè)為0.28 MPa，無需啟動(dòng)泵站內(nèi)水泵，僅通過市政壓力供水即可。若市政供水水壓在0.25 MPa以下時(shí)，則須及時(shí)將變頻泵開啟，在原有市政供水水壓的前提下，通過管網(wǎng)壓力疊加變頻滿足供水需求。在運(yùn)行成本方面，每月此泵站所需電費(fèi)約為4 000元，小區(qū)用戶為2 200戶，均攤到每一個(gè)用戶每一個(gè)月，僅需電費(fèi)1.8元，因此，在投資效益方面效果顯著。

5 結(jié)語

現(xiàn)代化建筑工程正向大型化、高層化、智能化邁進(jìn)，樓層增加，用水量和耗能量也會(huì)隨之增加。傳統(tǒng)二次供水方法須設(shè)置蓄水池，不僅占地面積大，浪費(fèi)水資源，還會(huì)增加水質(zhì)安全風(fēng)險(xiǎn)。疊壓供水是一種高效、節(jié)能、成本低的供水方式，將其用于二次供水改造，可有效克服傳統(tǒng)二次供水方法的弊端，提高供水效率，滿足居民生活用水需求。