自動(dòng)增壓設(shè)備在城市供水管網(wǎng)中的應(yīng)用探究

張瑞娟

摘 要：現(xiàn)階段國內(nèi)多數(shù)城市使用的供水增壓方式以水池聯(lián)合水泵為主，這種增壓方式雖然具有操作方便的優(yōu)點(diǎn)，但是長期使用也容易產(chǎn)生水質(zhì)污染，且造價(jià)成本較高。本文提出了一種基于信息技術(shù)的智能化自動(dòng)增壓設(shè)備，可以自動(dòng)感應(yīng)供水管網(wǎng)中水壓的大小，經(jīng)信息反饋后自動(dòng)調(diào)節(jié)水泵運(yùn)行功率，不僅減輕了人工操作壓力，而且避免了資源浪費(fèi)，符合當(dāng)前城鎮(zhèn)化建設(shè)中“綠色節(jié)能”的理念。

關(guān)鍵詞：城市供水管網(wǎng)；自動(dòng)增壓設(shè)備；工作原理；應(yīng)用分析

1 引言

新技術(shù)、新設(shè)備的投入使用，為城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提供了諸多便利。基于信息控制的自動(dòng)增壓設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了根據(jù)市政管網(wǎng)和用戶管網(wǎng)壓力信息自動(dòng)控制水泵啟停和變頻調(diào)速，在滿足城市正常供水的基礎(chǔ)上，節(jié)約了能源。

2 自動(dòng)增壓設(shè)備的結(jié)構(gòu)組成

市政供水管網(wǎng)中自動(dòng)增壓系統(tǒng)的主要組成設(shè)備有以下幾種：（1）水泵，通過變頻調(diào)速為建筑供水系統(tǒng)提供壓力，并可以根據(jù)計(jì)算機(jī)智能控制對水量、水壓進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)；（2）儲(chǔ)能罐，市政供水管網(wǎng)與建筑用水系統(tǒng)直接的連接裝置，同時(shí)可以發(fā)揮壓力緩沖作用，減輕在水泵啟?；蜃冾l調(diào)速時(shí)對市政管網(wǎng)內(nèi)部水壓的影響，保證區(qū)域內(nèi)市政管網(wǎng)水壓穩(wěn)定；（3）壓力傳感器，分布在供水管網(wǎng)的前端，用來感知、收集并傳遞壓力信號，為終端計(jì)算機(jī)進(jìn)行供水壓力調(diào)整提供參數(shù)依據(jù)；（4）控制器，對傳感器反饋的壓力信號進(jìn)行處理和分析，然后調(diào)用數(shù)據(jù)庫中的指令發(fā)布控制信號，控制水泵的啟停和變頻調(diào)節(jié)。

3 自動(dòng)增壓設(shè)備的工作原理

城市市政管網(wǎng)的用水壓力在工程商可以用周期函數(shù)Pt表示，其自變量為時(shí)間t。將該函數(shù)與用戶實(shí)際所需用水壓力（用函數(shù)Py表示）進(jìn)行比較，若用戶用水壓力不足即Py>Pt，則表示此時(shí)需要為用戶進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)壓，且需要增加的壓力值為（Py-Pt），該差值也為一個(gè)用時(shí)間表示的函數(shù)。反過來，當(dāng)用戶所需用水壓力Py<=Pt時(shí)，表示市政管網(wǎng)壓力足夠?yàn)橛脩艄┧?，無需增壓，水泵暫停工作。為了更加準(zhǔn)確地界定自動(dòng)增壓設(shè)備的啟動(dòng)和停泵節(jié)點(diǎn)，我們引用Pn表示超低壓停泵壓力值，一般取0.1MPa。同時(shí)引用Pm表示水泵啟動(dòng)壓力值，且有Pm>Pn。用戶用水壓力值Py的數(shù)值波動(dòng)一般在0.02MPa上下，用PΔ來表示。圖1為自動(dòng)增壓設(shè)備的壓力控制變化圖。

當(dāng)自動(dòng)增壓系統(tǒng)中的壓力傳感器接收到一個(gè)大于Pm的壓力信號后，將該信號反饋給控制器，此時(shí)控制器發(fā)布開機(jī)指令，水泵開始運(yùn)作。隨著市政管網(wǎng)壓力的變化，當(dāng)Pt升至Py時(shí)，設(shè)備自動(dòng)停機(jī)，由市政管網(wǎng)直接向用戶供水；當(dāng)市政管網(wǎng)壓力波峰過后，壓力Pt降至Py時(shí)，設(shè)備又自動(dòng)開機(jī)補(bǔ)壓；當(dāng)市政管網(wǎng)壓力降至Pt時(shí)，設(shè)備自動(dòng)停機(jī)，以避免水泵繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)使市政管網(wǎng)形成負(fù)壓，破壞管網(wǎng)，污染水質(zhì)；當(dāng)Pt又升至Pm時(shí)，水泵又重新啟動(dòng)，變頻運(yùn)行，如此反復(fù)。

4 工程應(yīng)用

某新建居住建筑設(shè)計(jì)高度23.6m，共8層，本市供水管網(wǎng)的壓力穩(wěn)定在0.22MPa～0.26MPa之間。通過計(jì)算可知，該建筑最高供水壓力為0.41MPa。在工程設(shè)計(jì)階段，擬定了以下四種供水管網(wǎng)的增壓方案：方案一，采用傳統(tǒng)的增壓方式，即綜合使用水池、水箱、水泵聯(lián)合供水，最大的供水壓力可以達(dá)到0.44MPa，滿足該建筑的供水需求；方案二，采用機(jī)械增壓方式，配套使用水池、水泵，通過水泵變頻調(diào)速完成建筑供水，其中水泵最大供水壓力在0.40MPa，不滿足該建筑的供水需求；方案三，采用分壓供水方式，將1-4層使用市政管網(wǎng)直接供水，上部的5～8層則選擇用水泵供水，減輕水泵運(yùn)行壓力，水泵最大供水壓力在0.42MPa，滿足該建筑的供水需求；方案四，選擇新型智能自動(dòng)增壓設(shè)備，水泵壓力為0.33MPa，滿足該建筑的供水需求。

結(jié)合該民用建筑的實(shí)際情況，對四種方案進(jìn)行對比分析。方案一需要修建配套水池、水箱，成本較高；方案二供水壓力較小，不能滿足建筑頂層的正常用水；方案三供水壓力容易受到市政管網(wǎng)壓力波動(dòng)變化的影響。綜合來看，選擇使用第四種方案，即通過安裝自動(dòng)增壓設(shè)備，完成對建筑供水壓力的變頻調(diào)節(jié)。自動(dòng)增壓設(shè)備中配備一臺型號為50DL-15的單臺水泵，其額定運(yùn)行公路為5.5KW，整個(gè)建筑中共配備有5臺同型號的水泵，其中正常運(yùn)行4臺，備用1臺。以每天平均工作時(shí)間18h計(jì)算，整個(gè)自動(dòng)增壓設(shè)備的全面運(yùn)行費(fèi)用可以控制在4.2萬～4.5萬之間，與普通的“水池+水泵”增壓方式相比，每年可節(jié)約費(fèi)用1.5萬元，正常投入使用3年后可收回投資。

5 應(yīng)用效果分析

5.1 經(jīng)濟(jì)效益

利用智能化的自動(dòng)增壓設(shè)備代替?zhèn)鹘y(tǒng)的“水池+水泵”增壓方式，其主要的優(yōu)勢在于降低了使用成本，便于在市政基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中大規(guī)模推廣使用。從該工程的總體設(shè)計(jì)上看，使用自動(dòng)增壓設(shè)備可以節(jié)約30%的成本，具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：其一是需要采購的設(shè)備減少，基于自動(dòng)增壓設(shè)備的城市管網(wǎng)供水模式，不需要重新修建水池、采購水箱，節(jié)省了一大筆的投資；其二是建設(shè)工期大幅度縮短，自動(dòng)增壓設(shè)備及其配套的管網(wǎng)可以直接購買和安裝，經(jīng)調(diào)試后直接投入使用，整個(gè)施工工期控制在5天之內(nèi)，節(jié)省了大量的人工成本；其三，自動(dòng)增壓設(shè)備不需要頻繁進(jìn)行清潔和維護(hù)，同時(shí)可以自動(dòng)完成水質(zhì)檢測，也省去了一定數(shù)額的維護(hù)和清潔費(fèi)用。

5.2 環(huán)保效益

首先，自動(dòng)增壓設(shè)備并不是獨(dú)立的增壓系統(tǒng)，而是借助于原來市政管網(wǎng)的一部分供水壓力，這樣無形中就減輕了自動(dòng)增壓設(shè)備中水泵的運(yùn)行壓力，對于節(jié)約能源起到了一定幫助；其次，自動(dòng)增壓設(shè)備采用集成化系統(tǒng)，本身占用的空間較小。同時(shí)水泵自動(dòng)化的啟停還可以加速城市供水管網(wǎng)中水的流動(dòng)，減少了傳統(tǒng)供水環(huán)節(jié)可能出現(xiàn)的二次污染問題，確保了供水管網(wǎng)中水的質(zhì)量；

6 結(jié)語

現(xiàn)代建筑中高層建筑的規(guī)模不斷增加，對市政供水管網(wǎng)提出了更高的要求。傳統(tǒng)的增壓供水方式雖然也能夠滿足正常用水需要，但是在成本、環(huán)保等方面不具備優(yōu)勢?；谛畔⒓夹g(shù)的自動(dòng)增壓設(shè)備，可以自動(dòng)感應(yīng)水壓，并經(jīng)過信號反饋后自動(dòng)調(diào)節(jié)水泵功率，完成動(dòng)態(tài)增壓，避免了因?yàn)樽鳠o用功而造成資源能源的浪費(fèi)。

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