摘 要：在對二次供水三種模式即水箱變頻供水模式、無(wú)負壓供水模式和壓力變送器無(wú)負壓供水模式分析比較后得出壓力變送器無(wú)負壓供水模式具有節能環(huán)保優(yōu)勢的基礎上，從理論和實(shí)踐相結合的角度重點(diǎn)闡述了所建議選擇使用和推廣的壓力變送器無(wú)負壓供水設備結構、工作原理和應用情況，定性定量地證明了這一供水技術(shù)能滿(mǎn)足高層住宅二次供水節能、環(huán)保和居民生活用水可靠性要求。

 

隨著(zhù)我國城鎮化建設步伐不斷加快，土地資源日益短缺、高層住宅數量驟增的現象將會(huì )成為常態(tài)。由于高層住宅住戶(hù)集中、用水量大，需要采用二次供水設施才能保障他們日常用水。鑒于目前二次供水設備產(chǎn)品類(lèi)型繁多,且城市二次供水現狀存在諸多問(wèn)題，選擇何種穩定性經(jīng)濟性俱佳的二次供水方式已然成為相關(guān)企業(yè)亟待破解的課題。筆者認為應用壓力變送器無(wú)負壓供水技術(shù)可以推動(dòng)高層建筑二次供水向既可靠又節能的方向發(fā)展，并試從理論與實(shí)踐結合的角度略陳管見(jiàn)。

 

1 城市二次供水主要模式分析比選城市二次供水方式主要有：低水位水池和變頻恒壓設備聯(lián)合供水、低水位水池和工頻加壓設備和高水位水箱聯(lián)合供水、無(wú)負壓設備直接供水等多種模式，本文擇其主要三種模式作如下分析比選。

 

1.1 水箱變頻供水模式 水箱變頻供水的基本原理是先將有壓力的自來(lái)水放入低位水箱變成零壓力的靜水，再由變頻設備將其加壓至用水網(wǎng)點(diǎn)。這種供水模式雖具有用水壓力穩定和可靠的特點(diǎn)，但自來(lái)水原有壓力未能充分利用，導致能源浪費。加之，置于地下室的低位水箱為敞開(kāi)式結構，各種雜質(zhì)、污染物極易進(jìn)入水中，容易造成二次污染。水箱變頻供水方式自80年代末投入至今，耗能不環(huán)保成為其主要發(fā)展障礙，與如今人們提倡的節能環(huán)保理念背道而馳，被新的供水模式取代已成必然。

 

1.2 傳統無(wú)負壓供水模式 無(wú)負壓供水設備直接與供水管網(wǎng)連接，通過(guò)全自動(dòng)微機智能控制實(shí)現穩流調節器和負壓抑制器動(dòng)作執行部件實(shí)時(shí)自動(dòng)調節，使穩流調節器內壓力平衡，抑制管網(wǎng)內負壓的產(chǎn)生，確保供水本設備不對供水管網(wǎng)產(chǎn)生負壓。這種供水模式可以充分利用自來(lái)水原有壓力，進(jìn)行疊壓節能供水，加之，采用變頻調速和微機控制后，可以根據自來(lái)水的壓力對電機轉速予以調節，并對對自來(lái)水的壓力及所需壓力的差進(jìn)行補壓，差多少補多少，不做無(wú)用功，節能效果顯著(zhù)，與水箱變頻供水相比節電可達20%～90% 。

目前，應用#廣泛的無(wú)負壓供水設備主要求有如下兩種：吸排氣式無(wú)負壓設備、機械活塞式無(wú)負壓設備。地衣種吸排氣式無(wú)負壓設備主要由密封水罐（調節罐）、真空消除器（吸排氣閥）、水泵機組、管件閥組及其控制儀表等構成，其工作原理是罐體上的真空消除器，根據罐內液位的變化，通過(guò)開(kāi)啟和閉合、進(jìn)入和釋放空氣方式來(lái)消除真空，當液位下降到一定水位時(shí)，設備自動(dòng)停機保壓或降低轉速或降低給定，犧牲用戶(hù)用水利益。無(wú)負壓實(shí)現是靠真空消除器（即呼吸閥）的進(jìn)氣和排氣來(lái)完成的，無(wú)負壓技術(shù)不參與控制，只靠液位的變化來(lái)控制水泵的啟停。該產(chǎn)品并沒(méi)有達到全密閉運行，需與空氣接觸，與傳統的水箱（池）并沒(méi)有什么區別，易對水質(zhì)產(chǎn)生污染。第二種機械活塞式無(wú)負壓設備主要由密封水罐（內置彈簧或氣體）、水泵機組、管件閥組及其控制儀表等構成。其工作原理是當用水處于高峰時(shí)通過(guò)設備中的彈簧的彈力（氣體壓力）推動(dòng)檔板把水補償到用戶(hù)，防止產(chǎn)生負壓，由于其工作狀態(tài)形似活塞，故又稱(chēng)之為“機械活塞式無(wú)負壓”。檔板要在罐體內滑動(dòng)，罐內壁與檔板肯定存在潤滑劑，與水接觸產(chǎn)生二次污染，彈簧彈力使用一定時(shí)間彈力減退，影響水的補出量，同時(shí)兩個(gè)彈簧腔式占用罐的較大空間，真正補到用戶(hù)中的水有限，水也容易流入彈簧腔室，致使彈簧生銹。這兩種類(lèi)型的無(wú)負壓供水設備因無(wú)法充分利用市政管網(wǎng)壓力，耗電高，節能效果不明顯，存在一定程度的二次污染，因而在正常供水時(shí)造成水泵低效運轉有違節能和環(huán)保的初衷。

 

1.3 壓力變送器無(wú)負壓供水模式 隨著(zhù)二次供水技術(shù)不斷發(fā)展，壓力變送器無(wú)負壓供水技術(shù)應運而生，該技術(shù)系統利用無(wú)負壓流量平衡補償罐的高、低壓室儲存所需帶壓的自來(lái)水，同時(shí)將惰性氣體壓回到儲能罐中，通過(guò)無(wú)負壓流量調節平衡補償罐的高壓腔對系統實(shí)施穩壓的作用，在小流量時(shí)不啟動(dòng)水泵，避免水泵的頻繁啟動(dòng)所產(chǎn)生的運行能耗，節能節電。整套設備為全密閉結構，保證水與空氣的完全隔離，避免對水產(chǎn)生任何污染。確保達到無(wú)負壓二次供水節能環(huán)保要求，全面提高了高層住宅供水可靠性。

 

1.4 比選結論 水箱變頻供水模式耗能、污染嚴重，傳統無(wú)負壓供水模式未能達到完全杜絕污染、高效運轉要求，壓力變送器無(wú)負壓供水模式能有效彌補上述兩種模式弊端，具有推廣使用的現實(shí)意義和廣闊前景。

 

2 穩壓無(wú)負壓供水設備結構及工作原理

 

2.1 設備結構 壓力變送器無(wú)負壓供水設備主要由水泵、控制柜、穩壓補償罐、能量?jì)Υ嫫�、流量控制器、壓力送變器、雙向補償器和管路等組成。其結構如圖1所示。

2.2 基本工作原理 壓力變送器無(wú)負壓供水設備工作原理主要涵蓋以下方面。

 

2.2.1 確保供水壓力穩定的工作原理 在市政供水管網(wǎng)壓力正常情況下，水經(jīng)過(guò)恒壓腔通過(guò)泵組加壓后進(jìn)入用戶(hù)管網(wǎng)；當用水出現高峰時(shí)會(huì )導致市政供水管網(wǎng)壓力下降，此時(shí)，能量?jì)Υ嫫麽尫艓�壓氣體進(jìn)高壓腔擠壓高壓腔的水向恒壓腔管網(wǎng)補水，匯同恒壓腔的市政水向用戶(hù)補水；同時(shí)高壓腔具有小流量供水保壓功能。當用戶(hù)低峰期供水時(shí)，管網(wǎng)利用雙向補償器將泵出水口端的高壓水引向高壓腔補水，隨著(zhù)液面不斷上升不溶于水的惰性氣體，被擠壓回能量?jì)Υ嫫鲀�，隨時(shí)準備下一個(gè)用水高峰期的到來(lái)。

 

2.2.2 確保無(wú)負壓的工作原理 壓力變送器無(wú)負壓供水設備具備兩種運行模式，一種是正常的供水模式，當市政水壓高于#低供水壓力保障值時(shí)，采用這種模式，此時(shí)設備中的穩壓補償罐起一個(gè)穩壓罐的作用；另一種供水模式為壓力變送器供水，當市政水壓低于#低供水壓力保障值時(shí)，流量控制器控制進(jìn)水量，保持市政管網(wǎng)的壓力，因而可以穩定市政水壓力的波動(dòng)。流量控制器采用微積分控制原理，對于市政壓力微小波動(dòng)進(jìn)行控制，調節閥門(mén)的啟閉大小，進(jìn)而控制進(jìn)水量，使進(jìn)水壓力始終保持在#低保障值之上，即能達到不會(huì )產(chǎn)生負壓，其控制精度非常高而且非常穩定。

 

2.2.3 實(shí)現差量補償的工作原理 在用水#高峰時(shí)設備既要保護市政管網(wǎng)的壓力，同時(shí)也要滿(mǎn)足用戶(hù)安全持續供水的要求。當用水高峰期自來(lái)水管網(wǎng)輸出的水量與用戶(hù)所需的水量產(chǎn)生差量時(shí)，壓力變送器無(wú)負壓供水設備通過(guò)流量控制器、雙向補償器、能量?jì)Υ嫫�、分腔式無(wú)負壓罐全方位地進(jìn)行水量差量補償，并且在補償水量時(shí)完全杜絕與空氣接觸，真正實(shí)現水質(zhì)無(wú)二次污染。市政壓力不足時(shí)，市政水壓低于#低供水壓力保障值，無(wú)負壓設備采用壓力變送器供水，流量控制器控制進(jìn)水量，保持市政管網(wǎng)的壓力，穩壓市政壓力的波動(dòng)，但是由于控制了進(jìn)水量，造成進(jìn)水量與用戶(hù)用水量的流量差，此時(shí)雙向補償器會(huì )同時(shí)動(dòng)作，將出水總管與穩壓補償罐斷開(kāi)，同時(shí)連通進(jìn)水總管與穩壓補償罐，此時(shí)利用能量?jì)Υ嫫鲀雀邏憾栊詺怏w的膨脹，釋放預充的一定壓力的氣體，把穩壓罐高壓腔內的帶有一定壓力的水補償到恒壓腔中，形成雙路供水，進(jìn)行差量補償，差多少補多少，以補充進(jìn)水量的不足。通過(guò)以上控制模式，可以使設備既能保證管網(wǎng)不產(chǎn)生負壓又能滿(mǎn)足不間斷用戶(hù)的供水要求。

 

2.2.4 實(shí)現節能的工作原理 壓力變送器無(wú)負壓供水設備在正常工作時(shí)，通過(guò)雙向補償器對穩壓補償罐進(jìn)行蓄能，當夜間小流量用水時(shí)，利用穩壓補償罐中高壓腔內所存的水是帶有一定壓力的高壓水，同時(shí)通過(guò)能量?jì)Υ嫫�，雙向補償器實(shí)現既對用戶(hù)管道保壓，又在用戶(hù)小流量用水時(shí)對自來(lái)水管網(wǎng)起到保壓、穩壓作用，充分利用了市政管網(wǎng)的壓力，有效避免了水泵頻繁啟動(dòng)浪費電能和影響水泵壽命現象發(fā)生。系統采用的壓力變送器精que量取水壓，并將水壓信號發(fā)送到電控柜，通過(guò)變頻器計算、調節、輸出相應頻率的電源，使水壓始終穩定在設定的壓力值上，精que度極高。當輸出頻率穩定在一個(gè)很低的狀況時(shí)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，變頻器轉為小流量工作模式。

 

2.2.5 防止二次污染的原理 壓力變送器無(wú)負壓供水設備在運行時(shí)與自來(lái)水管網(wǎng)全密閉聯(lián)接,在用水高峰期進(jìn)行補償時(shí)不接觸空氣,保證水質(zhì)不產(chǎn)生二次污染。設備當市政供水量不足，在一段時(shí)間內能進(jìn)行差量補償的情況下，補償罐內的能量?jì)Υ嫫鲀阮A先充有一部分高壓氦氣，補償時(shí)通過(guò)釋放此部分氣體，使罐內的水流入進(jìn)水總管，由于穩壓補償罐與出水總管相通，補償結束后，罐與出水總管相連通，氣體被出水管的高壓壓回能量?jì)Υ嫫�，因此只有罐內的氦氣被反復壓縮與膨脹，而與外界的空氣完全隔絕，這就完全杜絕了二次污染，真正實(shí)現全密閉供水。

 

3 壓力變送器無(wú)負壓供水設備應用

3.1 工程概況 廣西柳州鵝崗一區職工住宅綜合樓位于柳州市鵝崗路柳鐵中心醫院對面，本小區共有一棟20層兩棟24層共3棟高層住宅，總建筑面積42027.55 m 2 ，其中住宅建筑面積35582.84 m 2 共390戶(hù)。當地自來(lái)水原有壓力為0.2～0.3 MPa，#低保障供水壓力為0.15 Mpa。根據供水分區原則，將小區劃分三個(gè)區供水，其中2-9層為低區供水，建筑高度為25 m；10-17層為中區供水，建筑高度為47.4 m；18層以上為高區供水，建筑高度含樓頂水箱73.3 m；三區均采用全自動(dòng)無(wú)負壓供水，加壓總戶(hù)數390戶(hù)。其中：低區加壓戶(hù)數：144戶(hù)，中區加壓戶(hù)數：144戶(hù)，高區加壓戶(hù)數：102戶(hù)。

 

3.2 設備參數計算

3.2.1 流量計算 根據《建筑給水排水設計規范》（GB50015-2003）第3.6.4-3條款的規定確定住宅樓生活給水設計流量。

以下計算的建筑均為1衛1廚，按低區、中區和高區分別計算。

1）低區加壓總戶(hù)數為144戶(hù)，每戶(hù)的衛生器具及當量為：洗滌盆 1 只（N=0.75），坐便器 1 具（N=0.5），洗手盆1只（N=0.5），淋浴器1具（N=0.75），洗衣機水嘴1個(gè)（N=1.0），其他（N=0.5）。戶(hù)當量為4，總當量為576。

用水定額：250 L/人·d，戶(hù)均人數：3.5人。

用水時(shí)數：24 h，時(shí)變化系數Kh=2.5。

#大用水時(shí)衛生器具給水當量平均出流概率為：

2）中區加壓總戶(hù)數為144戶(hù),每戶(hù)的衛生器具及當量為：洗滌盆1只（N=0.75），坐便器1具（N=0.5），洗手盆1只（N=0.5），淋浴器1具（N=0.75），洗衣機水嘴1個(gè)（N=1.0），其他（N=0.5）。戶(hù)當量為4，總當量為576。

用水定額：250 L/人·d，戶(hù)均人數：3.5人。

用水時(shí)數：24 h，時(shí)變化系數K h =2.5。

#大用水時(shí)衛生器具給水當量平均出流概率為：

3）高區加壓總戶(hù)數為102戶(hù),每戶(hù)的衛生器具及當量為：洗滌盆1只（N=0.75），坐便器1具（N=0.5），洗手盆1只（N=0.5），淋浴器1具（N =0.75），洗衣機水嘴1個(gè)（N=1.0），其他（N=0.5）。戶(hù)當量為4，總當量為408。

用水定額：250 L/人·d，戶(hù)均人數：3.5人。

用水時(shí)數：24 h；時(shí)變化系數Kh=2.5。

#大用水時(shí)衛生器具給水當量平均出流概率為：

3.2.2 水泵揚程計算 按照《建筑給水排水排水設計規范》的規定，水泵直接供水時(shí)所需揚程進(jìn)行計算，（以滿(mǎn)足#不利用水點(diǎn)要求時(shí)水泵所需揚程為計算依據）：

1.1—給水管網(wǎng)在#不利點(diǎn)流量分配情況下，克服水泵出口至#不利點(diǎn)用水間的水頭損失而考慮的系數。

通過(guò)上述計算，采用無(wú)負壓供水時(shí)用水高峰時(shí)水泵滿(mǎn)足#不利點(diǎn)所需的水壓低區Hb≥33 m，中區Hb≥58 m，高區Hb≥87 m。

采用丹麥格蘭富水泵選型：

低區：Q=26m 3 /h Hb=33 m

選泵的型號為：

主泵：CR15-4 N=4KW（2臺）

無(wú)負壓罐型號為：GW600-150

設備總型號：150ZWG2/CR15-4

中區：Q=26m 3 /h Hb=58 m

選泵的型號為：

主泵：CR15-6 N=5.5 KW（2臺）

無(wú)負壓罐型號為：GW600-150

設備總型號：150ZWG2/CR15-6

高區：Q=21m 3 /h Hb=87m

選泵的型號為：

主泵：CR15-7 N=5.5 KW（2臺）

無(wú)負壓罐型號為：GW600-150

設備總型號：150ZWG2/ CR15-7

3.3 設備耗電量計算

低區：水泵功率N=4 KW×2= 8 KW，8 KW/26m 3 /h=0.3 Kwh/m 3

中區：水泵功率N=5.5 KW×2=11 KW，11KW/26m 3 /h=0.42 Kwh/m 3

高區：水泵功率N=5.5 KW×2=11 KW，11KW/21 m 3 /h=0.52Kwh/m 3

該設備投用五年來(lái)的實(shí)際耗電量與計算結果基本吻合，實(shí)踐證明壓力變送器無(wú)負壓供水設備加壓每方米水所需耗電量為0.3至0.6 Kwh之間。

4 結束語(yǔ)

廣西柳州鵝崗一區職工住宅綜合樓項目采用壓力變送器無(wú)負壓供水設備的實(shí)例證明，由于wuxu修建蓄水池或水箱，節省了土建費用；充分利用自來(lái)水管網(wǎng)壓力，不僅能選用揚程較小的加壓泵，減少設備投資，還使每立方水的加壓耗電量降至為0.3～0.6Kwh，節能效果明顯；設備全密封運行，消除了空氣及異物進(jìn)入管網(wǎng)系統導致的污染問(wèn)題；設備智能化控制全自動(dòng)運行，管理維護方便，運營(yíng)成本降低；全面提高了供水可靠性。

目前，南寧局集團公司已在桂林市的高層住宅項目中推廣使用這一供水模式及設備。