淺談無負(fù)壓供水設(shè)備的運(yùn)行機(jī)制及在高校供水中的應(yīng)用

李 勇，張 勇，郭 忠

山東泰安泰山醫(yī)學(xué)院

淺談無負(fù)壓供水設(shè)備的運(yùn)行機(jī)制及在高校供水中的應(yīng)用

李 勇，張 勇，郭 忠

山東泰安泰山醫(yī)學(xué)院

無負(fù)壓供水是指直接在市政自來水供水管網(wǎng)上開口取水，采用泵組連續(xù)增壓、全過程密閉的供水方式，與使用蓄水池二次加壓供水相比，其有水源直取，在自來水一次水壓基礎(chǔ)上進(jìn)行二次加壓（壓力疊加），全程正壓密閉，防止水質(zhì)污染，優(yōu)勢(shì)明顯。在高校應(yīng)用中，由于高校使用特點(diǎn)突出：高峰用水時(shí)間集中、瞬時(shí)用水量較大，所以根據(jù)各學(xué)校不同情況合理進(jìn)行設(shè)備的選型及設(shè)置供水應(yīng)急預(yù)案具有重要意義。

無負(fù)壓供水；運(yùn)行機(jī)制；高校；應(yīng)用

在我國社會(huì)發(fā)展的現(xiàn)階段，隨著城市化發(fā)展進(jìn)程的加快，規(guī)模不等的居住小區(qū)、商圈、市場的相繼建立，而隨著人們生活水平的進(jìn)步，生活質(zhì)量的不斷提升，對(duì)供水的要求也不斷提高，供水要及時(shí)、壓力要平穩(wěn)、水質(zhì)要潔凈等等的要求，無不為市政供水能力提出了新的挑戰(zhàn)。水塔供水、蓄水池二次加壓供水、囊式壓力罐調(diào)壓供水等方式不斷出現(xiàn)，怎樣能夠做到既能做到保證供水質(zhì)量、減少初投資及運(yùn)行費(fèi)用、還能保障市政自來水管網(wǎng)的安全，無負(fù)壓供水方式的出現(xiàn)，有效地解決了以上問題。

一、無負(fù)壓供水設(shè)備的運(yùn)行機(jī)制

無負(fù)壓供水是指市政自來水直接供水水壓無法滿足某個(gè)區(qū)域的用水水壓要求，直接在市政自來水供水管網(wǎng)上開口取水，充分利用自來水自有水壓，在全過程密閉的條件下進(jìn)行二次加壓，提供給終端用戶的供水方式。此設(shè)備常采用自動(dòng)控制加壓設(shè)備的變頻調(diào)速來用水終端的壓力恒定，主要組成設(shè)備為：穩(wěn)流補(bǔ)償器、真空抑制器、加壓設(shè)備（泵組）、變頻控制器、偵測控制儀表和用水管網(wǎng)等組成。無負(fù)壓供水形式與蓄水池二次加壓供水相比有如下優(yōu)點(diǎn)：首先節(jié)能效果好，直接用無負(fù)壓供水設(shè)備與終端用水管網(wǎng)連接在一起，充分利用了供水管網(wǎng)中的一次水壓，在一定程度上不會(huì)產(chǎn)生負(fù)壓，有利于市政管網(wǎng)的安全運(yùn)行和供水平衡，能夠有效節(jié)省能源。而且由于設(shè)備全過程密閉的條件下進(jìn)行二次加壓，無蓄水池、開式水箱這樣的開放式儲(chǔ)水容器，保證了外界雜物不會(huì)進(jìn)人全密閉系統(tǒng)之中，而且不再采用額外的二氧化氯發(fā)生器等消毒設(shè)備，因而更符合人們安全用水的需要。其次無負(fù)壓供水系統(tǒng)安裝簡單，占地面積相對(duì)較小，運(yùn)行成本較低。

目前常見的無負(fù)壓供水工作形式有兩種：罐式無負(fù)壓供水形式和箱式無負(fù)壓供水形式。罐式無負(fù)壓供水形式（見圖一）調(diào)節(jié)能力較低，適用于市政自來水管網(wǎng)一次供水壓力相對(duì)較高、供水量相對(duì)較大的情況；箱式無負(fù)壓供水形式的調(diào)節(jié)能力較高，適用于市政自來水管網(wǎng)一次供水壓力相對(duì)較低、供水量相對(duì)較小的情況。根據(jù)罐式無負(fù)壓供水形式工作原理圖，對(duì)于市政自來水供水壓力分別高于和低于用戶系統(tǒng)設(shè)定壓力兩種情況說明無負(fù)壓設(shè)備是如何工作的。

在市政自來水供水壓力高于用戶系統(tǒng)設(shè)定壓力時(shí)，無負(fù)壓供水設(shè)備將不再承擔(dān)其主要?jiǎng)恿?，壓力傳感器傳送信?hào)至變頻控制柜，泵組停止運(yùn)行，水源由旁路直接輸送至用戶管網(wǎng)，這種情況是理想狀況。

在市政自來水供水壓力低于用戶系統(tǒng)設(shè)定壓力時(shí)，無負(fù)壓供水設(shè)備將進(jìn)行其常規(guī)作業(yè)：電接點(diǎn)壓力表感受壓差變化，將壓力信號(hào)傳導(dǎo)至變頻控制柜，繼而啟動(dòng)泵組，首先根據(jù)系統(tǒng)設(shè)置，第一臺(tái)泵降壓啟動(dòng)至工頻狀態(tài)，如第一臺(tái)泵工頻狀態(tài)無法滿足需要，第二臺(tái)泵繼續(xù)降壓啟動(dòng)至工頻狀態(tài)，在偵測到壓力傳感器傳導(dǎo)的系統(tǒng)壓力達(dá)到或超過設(shè)定壓力時(shí)，以先入先出的原則遞次退出，直至在變頻狀態(tài)下能夠滿足系統(tǒng)供水需要。與此同時(shí)真空抑制器便會(huì)使穩(wěn)流補(bǔ)償器與外界相連通，偵測穩(wěn)流補(bǔ)償器內(nèi)的真空度和液位，將產(chǎn)生的信號(hào)傳輸?shù)阶冾l控制柜中，變頻控制柜內(nèi)的PLC控制真空抑制器運(yùn)行，能夠抑制負(fù)壓的產(chǎn)生，使供水設(shè)備既能保證正常的供水品質(zhì)，又不會(huì)對(duì)市政自來水供水管網(wǎng)產(chǎn)生影響。在用水壓力、用水量持續(xù)居高不下時(shí)，穩(wěn)流補(bǔ)償罐內(nèi)的真空度和液位最終會(huì)低于系統(tǒng)設(shè)定的保護(hù)數(shù)值，變頻控制柜將控制泵組停止運(yùn)行，待穩(wěn)流補(bǔ)償罐內(nèi)真空度和液位高于設(shè)定的開機(jī)壓力和液位時(shí)，系統(tǒng)又將自動(dòng)啟動(dòng)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行供水。

二、無負(fù)壓供水設(shè)備在某高校的實(shí)際應(yīng)用

以泰安市某高校為例，該高校有師生員工2萬余人，建筑規(guī)模50余萬平方米，還有20余萬平方米的建設(shè)規(guī)劃，整個(gè)校區(qū)采用一套無負(fù)壓變頻設(shè)備供水，市政管網(wǎng)供水壓力0.2MPa，校區(qū)需用供水壓力0.45MPa，系統(tǒng)設(shè)定保護(hù)壓力為0.08 MPa。根據(jù)高校用水特點(diǎn)，明顯存在三個(gè)用水高峰：早5:30—7:30、中10:30—12:00、晚5:30—9:00，此三個(gè)時(shí)間段用水量占全天用水量的65%以上。

通過十余年的運(yùn)行，在正常狀況下，市政管網(wǎng)供水壓力較為恒定，約為0.2MPa，無負(fù)壓供水設(shè)備密閉的連續(xù)接力增壓供水方式，可以有效地降低泵的耗電量。單臺(tái)水泵功率37KW，流量160M3，在用水高峰時(shí)段兩臺(tái)泵都接近工頻運(yùn)行，白天非用水高峰時(shí)段一臺(tái)工頻，一臺(tái)變頻，夜間用水低峰時(shí)，一臺(tái)泵變頻運(yùn)行即可達(dá)到使用要求?？紤]寒暑假放假因素，每年用電量為(37X7X2+ 37X0.5X7.5+37X1.2X9.5)X320+37X0.4X24X45=361120KWH，每年電費(fèi)361120X0.55=198616元，根據(jù)公式計(jì)算，管網(wǎng)連續(xù)接力增壓供水相對(duì)于普通變頻供水節(jié)能率為0.3165，每年節(jié)約電費(fèi)198616÷（1-0.3165）-198616=91970.7元，11年節(jié)約電費(fèi)91970.7 X11=1011677.7元。

三、無負(fù)壓供水設(shè)備應(yīng)用中的優(yōu)點(diǎn)及局限性

通過該校十余年的運(yùn)行實(shí)踐，在正常情況下，無負(fù)壓供水設(shè)備密閉的連續(xù)增壓供水方式，確實(shí)具有節(jié)約能源、在水源輸送過程中不存在二次污染，泵房設(shè)置靈活、占地面積小的優(yōu)點(diǎn)，系統(tǒng)保護(hù)壓力的設(shè)定，也能夠保護(hù)市政自來水供水管網(wǎng)不受損害、區(qū)域流量平衡所受影響較小。但是，無負(fù)壓供水設(shè)備調(diào)節(jié)能力相對(duì)較小，對(duì)于市政自來水管網(wǎng)的一次供水壓力不能太低，在用水高峰期，市政自來水管網(wǎng)供水能力接近極限的情況下，設(shè)備的供水壓力和供水量無法得到有效滿足。該校多年的使用總結(jié)出針對(duì)此情況的應(yīng)急預(yù)案：設(shè)備在自動(dòng)模式存在啟停過于頻繁的情況，對(duì)設(shè)備及控制系統(tǒng)帶來不利影響，將該套系統(tǒng)切換至手動(dòng)模式，手動(dòng)控制泵組向系統(tǒng)供水。雖能解決部分問題，但增加了人力成本，供水壓力和流量均難以保障，尤其是對(duì)于2萬余學(xué)生規(guī)模的高校來講，隱患更加突出。另外系統(tǒng)的旁通管是在市政管網(wǎng)水壓高于系統(tǒng)設(shè)定壓力及停電時(shí)水泵機(jī)組不運(yùn)行的情況下，通過旁通管的開啟，將自來水直接供給用戶。在正常供水狀況下，旁通管不開啟，此管段自來水易變質(zhì)，再好采用不定期手動(dòng)泄水來排空此管段存水。

四、總結(jié)

無負(fù)壓供水設(shè)備具有節(jié)能、衛(wèi)生安全、管理方便等優(yōu)點(diǎn)，正確使用無負(fù)壓供水設(shè)備在我國社會(huì)發(fā)展的現(xiàn)階段具有十分重要的意義。

[1]潘書通,張斌,孫建民.直接管網(wǎng)疊壓供水設(shè)備的工作原理與應(yīng)用[J].給水排水,2003,29(12):70-72.

[2]黃桂彬.無負(fù)壓供水技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J].廣東建材.2010(08)

[3]樊建軍,周鴻,張立秋,曹勇鋒.管網(wǎng)疊壓供水相對(duì)于普通變頻調(diào)速供水的節(jié)能率計(jì)算[J].給水排水,Vol.34 No.11 2008（194-196）