無(wú)負(fù)壓供水技術(shù)在二次供水系統(tǒng)中的應(yīng)用

孫立生

摘 要：本公司在東沽藍(lán)苑小區(qū)采用先進(jìn)的無(wú)負(fù)壓供水技術(shù)，成功替代了原有的“市政水先到水池，再由水泵加壓供水”的二次供水模式，使市政自來(lái)水直接供給社區(qū)居民用戶，消除了自來(lái)水在二次加壓環(huán)節(jié)中的水質(zhì)污染，并且無(wú)負(fù)壓供水系統(tǒng)在市政管網(wǎng)的供水壓力基礎(chǔ)之上再加壓，避免了電能浪費(fèi)，節(jié)約了寶貴的能源，減少了污染和對(duì)環(huán)境的破壞。

關(guān)鍵詞：無(wú)負(fù)壓供水技術(shù)；二次供水；效益

中圖分類號(hào)：TU991 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們對(duì)生活質(zhì)量的要求和環(huán)保意識(shí)越來(lái)越高，特別是飲用水水質(zhì)。而城市建設(shè)速度的不斷加快，導(dǎo)致一次供水管網(wǎng)的局部供水壓力不足，一些社區(qū)普遍存在著用水高峰期供水壓力過(guò)低，造成用戶用水困難。傳統(tǒng)的處理方法是修建蓄水池，通過(guò)水泵二次加壓供水，但這種二次加壓方式存在幾點(diǎn)缺點(diǎn)：（1）基建和維護(hù)費(fèi)用大：初期需要修建大容量蓄水池，在使用過(guò)程中還要定期清洗水池，日常維護(hù)費(fèi)用大；（2）水質(zhì)污染：由于蓄水池與外界相通，外界的有害細(xì)菌、微生物很容易進(jìn)入水中，污染了水源，影響了我們的身體健康。（3）能源浪費(fèi)：市政管網(wǎng)的水先進(jìn)入水池，水壓變?yōu)?，而水泵抽取水池中水加壓供給，使一次供水壓力無(wú)法利用，造成了電能浪費(fèi)。（4）人工成本高：傳統(tǒng)的供水系統(tǒng)無(wú)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，泵房必須設(shè)置值班運(yùn)行人員。無(wú)負(fù)壓供水系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)沿程監(jiān)控，達(dá)到泵房無(wú)人值守，節(jié)省人工成本。

1 無(wú)負(fù)壓供水系統(tǒng)組成及原理

無(wú)負(fù)壓供水系統(tǒng)主要由變頻調(diào)速水泵組、穩(wěn)流補(bǔ)償器、真空抑制器、壓力和流量傳感器、智能控制柜、給水管道和控制閥門等構(gòu)成，該系統(tǒng)可與市政自來(lái)水管網(wǎng)串聯(lián)增壓，無(wú)負(fù)壓產(chǎn)生。設(shè)備的核心部件是穩(wěn)流補(bǔ)償器和真空抑制器。

穩(wěn)流補(bǔ)償器是一個(gè)密閉容器，兩端連接自來(lái)水管網(wǎng)與水泵吸入口，起到增壓穩(wěn)流的目的，同時(shí)配合真空抑制器抑制管網(wǎng)中真空的形成。

真空抑制器具有負(fù)壓自動(dòng)消除功能，當(dāng)市政管網(wǎng)供水量小于用戶所需的出水量時(shí)，設(shè)備中防負(fù)壓裝置自動(dòng)打開(kāi)，進(jìn)入清潔空氣，防止負(fù)壓的產(chǎn)生影響市政管網(wǎng)。當(dāng)市政管網(wǎng)供水恢復(fù)正常時(shí)，設(shè)備能通過(guò)防負(fù)壓裝置排出空氣，并自動(dòng)關(guān)閉，穩(wěn)流補(bǔ)償器正壓工作，設(shè)備正常運(yùn)行。

整個(gè)無(wú)負(fù)壓供水系統(tǒng)工作原理：采用微機(jī)控制技術(shù)，根據(jù)用戶用水量，自動(dòng)調(diào)節(jié)水泵組變頻調(diào)速或增減水泵臺(tái)數(shù)，來(lái)實(shí)現(xiàn)恒壓供水。首先根據(jù)用戶的供水所需壓力設(shè)定恒定的工作壓力，如果市政管網(wǎng)壓力值比用戶所需壓力低，微機(jī)調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速升高，當(dāng)達(dá)到用戶所需壓力時(shí)，水泵恒定轉(zhuǎn)速運(yùn)行，恒壓供水。如果市政管網(wǎng)供水壓力比用戶所需的壓力高，水泵停止運(yùn)轉(zhuǎn)，利用市政壓力直接給用戶供水。設(shè)備運(yùn)行中微機(jī)自動(dòng)控制真空抑制器及穩(wěn)流補(bǔ)償器，既充分利用了市政管網(wǎng)的壓力，又不產(chǎn)生負(fù)壓，保證了用水安全。

2 改造前供水現(xiàn)狀及改造原則

2.1 改造前供水現(xiàn)狀

藍(lán)苑小區(qū)共有居民樓39幢， 5層樓設(shè)計(jì)，一廚一衛(wèi)的戶型，1400戶，位于塘沽自來(lái)水市政管網(wǎng)末梢，供水壓力不穩(wěn)定，最低市政供水壓力約為0.1MPa。自藍(lán)苑小區(qū)建成以來(lái)，公司一直采用“市政水—地下水池—水泵加壓—用戶”這種傳統(tǒng)的二次供水方式，先將市政水泄壓進(jìn)一座1500m3的水池，再由泵房的給水設(shè)備（4臺(tái)單級(jí)單吸離心泵，流量93.8m3/h，揚(yáng)程70m，功率30kW，基本上只用1臺(tái)，其他3臺(tái)備用）抽取水池中水供給，這樣的供水方式容易造成：（1）水池有通氣孔與外界相通，很容易造成水污染；（2）市政水進(jìn)水池時(shí)壓力由0.1MPa變成了0MPa，水泵加壓至0.25MPa，浪費(fèi)了電能；（3）每年兩次對(duì)地下水池進(jìn)行清洗消毒，約3萬(wàn)元。綜上所述，對(duì)泵房供水系統(tǒng)的改造時(shí)很有必要的。

2.2 改造原則

通過(guò)無(wú)負(fù)壓供水技術(shù)，實(shí)現(xiàn)市政水封閉式供水，避免對(duì)水質(zhì)產(chǎn)生二次污染。供水量能保證用戶的需求，在保證用戶水量穩(wěn)定的情況下，保持泵的啟停頻率穩(wěn)定。在保證最不利點(diǎn)用戶的出水水頭的前提下，使供水水壓穩(wěn)定。最大限度降低能耗及后期運(yùn)行成本費(fèi)用。

3 改造設(shè)計(jì)

3.1 無(wú)負(fù)壓設(shè)備所用水泵流量計(jì)算

根據(jù)下列公式可計(jì)算出最大用水時(shí)所有衛(wèi)生器具給水當(dāng)量平均出流概率：

其中： U0：表示給水管道最大用水時(shí)衛(wèi)生器具給水當(dāng)量平均出流概率；q0：表示用水最高日的用水定額，本工程設(shè)定為130 L/（人·天）；m：表示每戶戶用水人數(shù)，本工程設(shè)定3人；Kh ：表示小時(shí)變化系數(shù)，本工程設(shè)定2.0；Ng：表示每戶的衛(wèi)生器具給水當(dāng)量數(shù)，本工程設(shè)定2；T ：表示用水時(shí)間，本工程設(shè)定24h；0.2：表示一個(gè)衛(wèi)生器具給水當(dāng)量的定額流量L/s。

通過(guò)計(jì)算，得出結(jié)果： U0=0.024

再根據(jù)藍(lán)苑小區(qū)給水管網(wǎng)的衛(wèi)生器具給水當(dāng)量總數(shù)，按照下列公式可計(jì)算出衛(wèi)生器具給水當(dāng)量的同時(shí)出流概率：

其中：Ng—表示計(jì)算管段給水當(dāng)量總數(shù)；ac—表示對(duì)應(yīng)于U0不同的系數(shù)。

根據(jù)出流概率計(jì)算公式及ac系數(shù)取值表得出ac=0.014

計(jì)算結(jié)果：U=0.032

根據(jù)出流概率，按照下列公式式計(jì)算可得計(jì)算管段的設(shè)計(jì)秒流量：

qg=0.2·U·Ng

其中：qg：表示計(jì)算管段的設(shè)計(jì)秒流量（L/s）。

計(jì)算結(jié)果：qg =21.84L/s=65m3/h。

3.2 無(wú)負(fù)壓設(shè)備揚(yáng)程計(jì)算

根據(jù)《建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范》中的規(guī)定，市政直接供水時(shí)所需揚(yáng)程根據(jù)下式進(jìn)行估算：

Hb≥ 1.2Hy+Hc+∑h+Hn

其中：Hb：表示水泵滿足給水管網(wǎng)最不利點(diǎn)所需水壓；Hy：表示最不利配水點(diǎn)與引入管的標(biāo)高差；（最高建筑為5層，每層按3m，得出15m）；Hc：表示最不利配水點(diǎn)所需流出水頭，一般取7m～10m，本項(xiàng)目取10.00m；∑h：表示給水泵房與最遠(yuǎn)建筑物間給水管線的水力損失，包括沿程水頭損失hf和局部水頭損失hd。

根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況，一般取5m～10m，本項(xiàng)目取10m ；

Hn—表示水表的水頭損失，取1.5m；

1.2—表示給水管網(wǎng)在最不利點(diǎn)流量分配情況下，考慮到克服水泵出口至最不利點(diǎn)用水間的水頭損失而設(shè)定的系數(shù)。

計(jì)算得出結(jié)果： H≥39.5m

由上式可知供水所需揚(yáng)程為0.395MPa，因?yàn)闊o(wú)負(fù)壓設(shè)備可利用市政自來(lái)水壓力，則無(wú)負(fù)壓設(shè)備提供揚(yáng)程可按照下列公式計(jì)算：

Hn=Hb-Hc

式中： Hn—表示設(shè)備揚(yáng)程，單位為MPa；Hb—表示供水所需揚(yáng)程，單位為MPa；Hc—表示市政管網(wǎng)可利用壓力，單位為MPa。

由于本項(xiàng)目要考慮到供水的可靠性和安全性，要求市政管網(wǎng)可利用壓力不小于0.10MPa，則

Hn=0.395-0.10=0.295MPa，設(shè)備揚(yáng)程應(yīng)大于29.5m。

根據(jù)設(shè)計(jì)流量和揚(yáng)程計(jì)算結(jié)果，考慮到水泵過(guò)流部件對(duì)水質(zhì)的影響，選擇兩臺(tái)食品級(jí)不銹鋼、低噪聲、節(jié)能型多級(jí)離心泵（型號(hào)：100DFCL65-20-1，流量65 m3/h，揚(yáng)程32m，功率11kW）。

3.3 穩(wěn)流補(bǔ)償器容積計(jì)算

穩(wěn)流補(bǔ)償器調(diào)節(jié)容積根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《無(wú)負(fù)壓管網(wǎng)增壓穩(wěn)流給水設(shè)備》上的計(jì)算公式來(lái)確定：

Vt=（Qq-Q0）×△T

式中：Vt—穩(wěn)流補(bǔ)償器調(diào)節(jié)容積（m3）；Qq—設(shè)計(jì)流量（m3/h），65m3/h；Q0—市政管網(wǎng)給水量（m3/h），在1.0MPa供水壓力下推算為59.3 m3/h；△T—用水高峰期持續(xù)時(shí)間，一般取0.05h～0.5h，本項(xiàng)目取0.25h。

根據(jù)公式推算出Vt=1.425m3

穩(wěn)流補(bǔ)償器總?cè)莘e：

V0= Vt/β

式中：V0—穩(wěn)流補(bǔ)償器總?cè)莘e（m3）；Vt—穩(wěn)流補(bǔ)償器調(diào)節(jié)容積（m3）；β—穩(wěn)流補(bǔ)償器可利用容積系數(shù)，一般取0.75～0.85。

根據(jù)公式推算出V0=1.9m3

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，并考慮罐體對(duì)水質(zhì)的影響，也選擇食品級(jí)不銹鋼穩(wěn)流補(bǔ)償器WLG1200×2000，容積2m3。

4 節(jié)能環(huán)保與經(jīng)濟(jì)效益

4.1 節(jié)能效益

原來(lái)的供水模式是市政水先進(jìn)水池，再由水泵從壓力為0加壓至0.25MPa供給居民用戶，現(xiàn)在供水模式是供水系統(tǒng)直接由市政壓力值的基礎(chǔ)上加壓至0.25MPa供水，不僅節(jié)約了市政供水系統(tǒng)的電能，也節(jié)約了公司供水的大量電能，根據(jù)泵房電表讀數(shù)記錄，原來(lái)系統(tǒng)日耗電量120度，現(xiàn)在的供水系統(tǒng)耗電量據(jù)公司測(cè)算日耗電僅24度電，節(jié)約電能高達(dá)4/5。

4.2 環(huán)保效益

無(wú)負(fù)壓供水系統(tǒng)替代了原來(lái)的“市政水先到水池，再由水泵加壓供水”二次供水模式，使市政水得以直供。供水設(shè)備為全封閉系統(tǒng)，消除了以前供水模式下水池與外界相通而造成水質(zhì)的二次污染，保證了生活飲用水的良好水質(zhì)。

4.3 經(jīng)濟(jì)效益

除上述節(jié)電每小時(shí)可節(jié)約4/5的電費(fèi)外，新系統(tǒng)為全自動(dòng)運(yùn)行，能夠遠(yuǎn)程控制，達(dá)到了泵站無(wú)人值守，節(jié)省了公司人工成本。另外，每年不再對(duì)地下水池進(jìn)行消毒清洗，可節(jié)約費(fèi)用約3萬(wàn)元，并且不銹鋼水泵使用壽命較長(zhǎng)，節(jié)省了一定的修理費(fèi)用。

結(jié)語(yǔ)

無(wú)負(fù)壓供水技術(shù)改變了渤海石油藍(lán)苑小區(qū)自建成多年來(lái)“市政水先到水池，再由水泵加壓供水”二次加壓供水的傳統(tǒng)模式，使飲用水得以直供到居民用戶，避免了二次污染，讓藍(lán)苑社區(qū)居民喝上了放心水，并且節(jié)省了每年兩次的水池清洗消毒費(fèi)用及大量的電能，使供水運(yùn)行費(fèi)用降低。藍(lán)苑小區(qū)無(wú)負(fù)壓供水技術(shù)改造的成功奠定了渤海石油其他片區(qū)的供水系統(tǒng)改造的基礎(chǔ)，給渤海石油其他社區(qū)二次供水系統(tǒng)改造提供了技術(shù)依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

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