無負(fù)壓自來水供水設(shè)備施工優(yōu)化選型研究

池新宇

（山西省工業(yè)設(shè)備安裝集團(tuán)有限公司，山西 太原 030000）

城市化進(jìn)程導(dǎo)致高層建筑在城市中占比不斷加大，要求自來水供水系統(tǒng)施工必須具備二次加壓功能，但傳統(tǒng)的二次供水系統(tǒng)對原有市政管網(wǎng)壓力利用率偏低，造成能量損失，不利于節(jié)能降耗，因此無負(fù)壓技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，無負(fù)壓供水系統(tǒng)利用變頻調(diào)速、穩(wěn)流補(bǔ)償和真空抑制等多種先進(jìn)技術(shù)保證了自來水供水系統(tǒng)的壓力恒定，有效防止了二次供水設(shè)備對供水管網(wǎng)產(chǎn)生的負(fù)壓，并且能夠提高自來水供水水質(zhì)，是城市自來水供給領(lǐng)域廣泛運(yùn)用的一項(xiàng)技術(shù)，在無負(fù)壓供水設(shè)備施工過程中，關(guān)鍵設(shè)備如水泵、補(bǔ)償罐的選型是確保整體施工性能質(zhì)量的關(guān)鍵要點(diǎn)，施工單位應(yīng)該根據(jù)現(xiàn)場施工情況和供水負(fù)載需求，進(jìn)行優(yōu)化選型，以確保系統(tǒng)施工完成后滿足設(shè)計(jì)預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)。

1 無負(fù)壓自來水供水系統(tǒng)工作原理分析

無負(fù)壓供水系統(tǒng)屬于二次供水系統(tǒng)，與市政管網(wǎng)相連接，在運(yùn)行時并不產(chǎn)生負(fù)壓，同時還能夠?qū)崿F(xiàn)壓力穩(wěn)定和流量補(bǔ)償功能。常見的無負(fù)壓供水系統(tǒng)施工主要包括以下設(shè)備，有穩(wěn)壓補(bǔ)償器、真空抑制器、流量控制器、增壓泵、變頻驅(qū)動器、各種壓力和流量傳感器等。無負(fù)壓供水設(shè)備在市政供水管網(wǎng)的壓力基礎(chǔ)上進(jìn)行加壓，使供水壓力滿足供水實(shí)際需求，這種技術(shù)方案能夠有效降低設(shè)備投入成本，并且在使用過程降低能耗，具有很強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)性。無負(fù)壓供水關(guān)鍵設(shè)備增壓泵采用變頻驅(qū)動，自動控制器采集管網(wǎng)實(shí)際壓力和目標(biāo)壓力進(jìn)行比較，根據(jù)壓差來動態(tài)控制水泵轉(zhuǎn)速，從而維持供水壓力的穩(wěn)定。當(dāng)市政管網(wǎng)壓力高于供水壓力需求時，無負(fù)壓設(shè)備進(jìn)行停機(jī)狀態(tài)，將直接利用管網(wǎng)壓力給用戶供水，完全不需要任何能耗。

當(dāng)增壓水泵供水與自來水管網(wǎng)供水達(dá)到流量平衡時，真空抑制器可將穩(wěn)流補(bǔ)償器與外界隔離，水泵機(jī)組可利用自來水壓力恒壓供水。一旦平衡被打破，真空抑制器使電流穩(wěn)定補(bǔ)償器與外界連接。通過穩(wěn)流補(bǔ)償器的檢測裝置，采集穩(wěn)流補(bǔ)償器中的真空度和水位信號，反饋給自動控制器，真空抑制器的動作由微機(jī)控制，并抑制負(fù)壓，保證設(shè)備在維持正常供水的前提下不會對城市管網(wǎng)產(chǎn)生任何負(fù)面影響。

2 無負(fù)壓自來水供水設(shè)備施工選型存在的問題

無負(fù)壓自來水供水設(shè)備的流量與揚(yáng)程等關(guān)鍵參數(shù)不盡相同，如果未能根據(jù)實(shí)際工況準(zhǔn)確進(jìn)行設(shè)備選型，將會對自來水供水系統(tǒng)施工性能和完成質(zhì)量造成負(fù)面影響，常見的設(shè)備選型問題主要包括以下幾個方面。

2.1 流量計(jì)算偏差

供水流量計(jì)算是無負(fù)壓設(shè)備選型的主要參數(shù)依據(jù)，在進(jìn)行無負(fù)壓供水系統(tǒng)施工設(shè)計(jì)時，要充分掌握建筑居民用水的動態(tài)變化規(guī)律，計(jì)算出最優(yōu)化的流量需求參數(shù)。但在實(shí)際工程施工的選型過程中，設(shè)計(jì)施工單位為了滿足瞬時最大流量需求來選擇水泵，這導(dǎo)致計(jì)算設(shè)計(jì)流量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于供水實(shí)際需求，一定程度上造成了選型設(shè)計(jì)的浪費(fèi)，不但增加了施工成本投入，而且在后續(xù)使用過程中水泵設(shè)備利用效率偏低，造成能耗增加，經(jīng)濟(jì)性較差。

2.2 與主管網(wǎng)匹配度低

在供水系統(tǒng)設(shè)備選型時，有些施工單位并未將市政管網(wǎng)水壓和管路特征作為選型參考依據(jù)，只是單純通過計(jì)算供水設(shè)備額定功率來計(jì)算水泵揚(yáng)程和流量，具有較強(qiáng)的片面性，容易造成無負(fù)壓供水設(shè)備與已有的供水管網(wǎng)參數(shù)不匹配問題。此外，在施工選型過程中，選型人員隨意性較大，缺乏嚴(yán)格的校核和審批流程，導(dǎo)致設(shè)備選型準(zhǔn)確性不高，也是影響無負(fù)壓供水系統(tǒng)施工質(zhì)量的一個重要因素。

2.3 系統(tǒng)內(nèi)部參數(shù)不匹配

在無負(fù)壓供水系統(tǒng)施工過程中，涉及到的設(shè)備選型種類較為多樣，包括泵電機(jī)、補(bǔ)償穩(wěn)流罐、調(diào)節(jié)水箱、管路材料等，不同設(shè)備的選型和施工安裝可能由施工單位的不同部門負(fù)責(zé)，在具體執(zhí)行時存在各自為政的現(xiàn)象，都是以各自的功能實(shí)現(xiàn)為選型依據(jù)，未能以系統(tǒng)總體集成設(shè)計(jì)角度進(jìn)行設(shè)備選型，容易造成各個部件設(shè)備參數(shù)不匹配，給部件接口安裝施工造成一定的困難。

3 無負(fù)壓供水設(shè)備優(yōu)化選型施工方法

3.1 單臺泵選型施工方法

在無負(fù)壓供水系統(tǒng)施工中，采用單臺泵技術(shù)方案時一般參照傳統(tǒng)的水泵選型方法，在進(jìn)行選型時重點(diǎn)參照水泵額定轉(zhuǎn)速下的負(fù)載能力參數(shù)，主要包括水泵在額定轉(zhuǎn)速下的流量和揚(yáng)程兩項(xiàng)參數(shù)，但區(qū)別于傳統(tǒng)供水泵施工選型的是無負(fù)壓系統(tǒng)水泵在工作時會受到市政供水管路的影響，導(dǎo)致水泵在正常運(yùn)行時未在最高效率區(qū)，造成資源的浪費(fèi)。因此，無負(fù)壓供水系統(tǒng)施工中進(jìn)行單臺泵選型時，要引入水泵根據(jù)具體的工作范圍作為選型參數(shù)，首先應(yīng)該根據(jù)水泵額定功率下的流量和揚(yáng)程對已有的可用廠家提供的水泵數(shù)據(jù)進(jìn)行仔細(xì)篩選，初步選擇參數(shù)范圍適用于供水工程的水泵，再根據(jù)實(shí)際運(yùn)行工況進(jìn)行參數(shù)校核工作，進(jìn)一步縮小可選水泵范圍，在選型過程中，為了提高水泵運(yùn)行效率，找到水泵最佳運(yùn)行點(diǎn)，參數(shù)篩選標(biāo)準(zhǔn)可以根據(jù)以下公式執(zhí)行：

在3-1和3-2兩式中，Q代表水泵流量，H代表水泵揚(yáng)程，a、b分別代表水泵篩選的流量和揚(yáng)程閾值，可以初步對水泵性能進(jìn)行選型，然后在對實(shí)際工況點(diǎn)進(jìn)行校正，在實(shí)際工程應(yīng)用時，可以通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合性能曲線，計(jì)算出更加符合實(shí)際工況的水泵參數(shù)，再根據(jù)流量和揚(yáng)程完成單臺泵最終選型。在具體的施工過程中，要注意水泵葉片與電機(jī)的同軸度，安裝水泵時應(yīng)按照額定功率選擇足夠平方數(shù)的動力電纜，并盡可能減少電纜的長度，防止電纜長度過長導(dǎo)致的電壓損耗，影響水泵輸出功率。

3.2 并聯(lián)泵選型施工方法

由于自來水供水系統(tǒng)設(shè)備在運(yùn)行過程中流量是根據(jù)居民用水需求動態(tài)變化的，所以為了有效滿足居民變化的用水需求，并且能夠有效降低供水設(shè)備能耗，很多無負(fù)壓供水系統(tǒng)施工采用多組泵并聯(lián)的方式，通過控制水泵的多級啟停來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的最優(yōu)化運(yùn)行。在設(shè)備運(yùn)行時，利用流量傳感器實(shí)時檢測用水流量和供水壓力參數(shù)，并將測量數(shù)據(jù)上傳到自動控制器中，控制器軟件根據(jù)供水需求來動態(tài)控制投入運(yùn)行水泵的數(shù)量，盡量使已經(jīng)投入的水泵運(yùn)行在高效率區(qū)域，減少電能消耗。在并聯(lián)水泵施工選型時，關(guān)鍵要點(diǎn)在于水泵參數(shù)的一致性把控，在安裝施工前，要對已選的泵分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，盡可能使并聯(lián)運(yùn)行的泵參數(shù)相同。通常并聯(lián)水泵的數(shù)量、流量選型標(biāo)準(zhǔn)如下所示：

在公式3-3和3-4中，ns表示所需水泵數(shù)量，Q表示水泵流量，c表示水泵流量閾值。在水泵數(shù)量選擇時，一般應(yīng)該控制在5臺以下，這是由于過多臺水泵并聯(lián)會產(chǎn)生壓力不平衡造成供水系統(tǒng)運(yùn)行效率下降，在流量計(jì)算上，可以簡單的按照多臺并聯(lián)水泵流量代數(shù)疊加的方式計(jì)算，從而完成并聯(lián)泵組每臺泵的選型工作。在具體施工時，要盡可能使并聯(lián)泵安裝位置處于同一水平面上，減少不同高度下水壓差對泵的影響，同時要盡量保證多臺并聯(lián)泵電源一致性，從而使各臺水泵的出力平均。

3.3 無負(fù)壓補(bǔ)償罐選型施工方法

為了確保無負(fù)壓自來供水能力滿足需求，同時應(yīng)該盡可能保證市政管網(wǎng)壓力不低于最低服務(wù)壓力值，確保建筑高層用水不間斷，負(fù)壓供水系統(tǒng)施工時不僅需要安裝加壓水泵，同時也需要安裝無負(fù)壓補(bǔ)償罐來穩(wěn)定供水壓力和流量。穩(wěn)壓補(bǔ)償罐調(diào)蓄容積選用時應(yīng)按流入量和供出量的變化曲線經(jīng)計(jì)算確定，通常建議選用帶水箱的無負(fù)壓來保證供水安全，水箱的容積的取值為用戶用水量與市政來水的差量，通常計(jì)算得出的箱式無負(fù)壓水箱容積為自來水日供水量的5%左右最為合理。在補(bǔ)償罐安裝施工時，應(yīng)該用水平儀對罐體安裝地腳進(jìn)行找平，盡可能使補(bǔ)償罐內(nèi)部各點(diǎn)壓力平衡，同時要加強(qiáng)罐體和管路連接部分的密封施工，對于有力矩需求的螺紋連接，需要采用專業(yè)的帶力矩值的安裝工具進(jìn)行安裝。

4 結(jié)語

綜上所述，關(guān)鍵設(shè)備優(yōu)化選型是無負(fù)壓自來水供水設(shè)備施工的關(guān)鍵要點(diǎn)，對提升系統(tǒng)供水效率，降低能耗有著至關(guān)重要的作用，供水建設(shè)施工單位應(yīng)針對供水負(fù)載工況特點(diǎn)，準(zhǔn)確計(jì)算供水流量和揚(yáng)程，并計(jì)算出設(shè)備優(yōu)化運(yùn)行曲線，按照運(yùn)行曲線對關(guān)鍵設(shè)備如供水泵，補(bǔ)償罐進(jìn)行優(yōu)化選型，在滿足自來水供水需求的同時降低系統(tǒng)能耗，節(jié)約電能資源，從而提高自來水供水設(shè)備的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。