李志陽

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，水泵再從水池吸水，帶來的問題是市政余壓浪費(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

目前我國城市自來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，直接對高層建筑下面幾層供水，對于節(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、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水池或水箱，再加壓供水，同樣會造成能量的浪費(fèi)。因此，不少供水設(shè)備廠家經(jīng)過深入研究，研制出了無負(fù)壓變頻供水設(shè)備。

二、無負(fù)壓給水系統(tǒng)在高層建筑給水中的引入

1.無負(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程分為一次供水和二次供水兩個(gè)相對獨(dú)立的系統(tǒng)，而無負(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。無負(fù)壓給水設(shè)備則是該系統(tǒng)可以使用的設(shè)備。無負(fù)壓自動供水設(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。無負(fù)壓自動供水系統(tǒng)的主要優(yōu)勢有：

①與自來水管道直接串聯(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，自來水壓力能滿足供水要求時(shí)，通過設(shè)備的旁通管，直接由自來水供水，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，簡化給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

③取消水箱等儲水容積，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，無負(fù)壓管網(wǎng)增壓穩(wěn)流給水設(shè)備停電時(shí)可通過旁通管，直接利用自來水壓力部分供水。

2.無負(fù)壓給水系統(tǒng)的組成

無負(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，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；中央控制器可對系統(tǒng)內(nèi)各部分壓力、流量信號進(jìn)行分析計(jì)算，對真空抑制器和供水泵發(fā)出控制信號。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QA增大至QB，穩(wěn)流補(bǔ)償器內(nèi)的壓力開始有進(jìn)一步下降的趨勢，此時(shí)控制器發(fā)出信號，真空抑制器開始工作，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)水位開始下降，當(dāng)達(dá)到最低水位時(shí)，控制器發(fā)出信號，水泵停止運(yùn)行同時(shí)發(fā)出報(bào)警信號。若穩(wěn)流補(bǔ)償器內(nèi)有效體積為V，則這一供水過程最大可持續(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.無負(fù)壓給水系統(tǒng)的適用范圍和設(shè)計(jì)方法

無負(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℃，相對濕度90%以下（電控部分），電源380V（1±10%）、50HZ±2HZ。控制方式：單臺或多臺并聯(lián)，出口變壓或恒壓。工頻啟動方式：電機(jī)功率≤15kW直接啟動，電機(jī)功率＞15kW降壓啟動。操作方式：變頻自動、工頻手動，無負(fù)壓自動供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)適用于市政自來水管網(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，考慮是否對管道的配件和附件造成損害。

4.無負(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)用無負(fù)壓設(shè)備，是因?yàn)樵擃愒O(shè)備的使用，會涉及到管網(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)安全而沒有負(fù)壓。

③應(yīng)符合相關(guān)規(guī)定在管網(wǎng)上使用的無負(fù)壓給水設(shè)備必須符合國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

無負(fù)壓自動供水設(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)過經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較后確定是否選用。

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