摘 要：在對(duì)二次供水三種模式即水箱變頻供水模式、無(wú)負(fù)壓供水模式和壓力變送器無(wú)負(fù)壓供水模式分析比較后得出壓力變送器無(wú)負(fù)壓供水模式具有節(jié)能環(huán)保優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上，從理論和實(shí)踐相結(jié)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(fù)壓供水設(shè)備結(jié)構(gòu)、工作原理和應(yīng)用情況，定性定量地證明了這一供水技術(shù)能滿足高層住宅二次供水節(jié)能、環(huán)保和居民生活用水可靠性要求。

 

隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化建設(shè)步伐不斷加快，土地資源日益短缺、高層住宅數(shù)量驟增的現(xiàn)象將會(huì)成為常態(tài)。由于高層住宅住戶集中、用水量大，需要采用二次供水設(shè)施才能保障他們?nèi)粘Ｓ盟�。鑒于目前二次供水設(shè)備產(chǎn)品類型繁多,且城市二次供水現(xiàn)狀存在諸多問(wèn)題，選擇何種穩(wěn)定性經(jīng)濟(jì)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(rèn)為應(yīng)用壓力變送器無(wú)負(fù)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(jié)能的方向發(fā)展，并試從理論與實(shí)踐結(jié)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(shè)備聯(lián)合供水、低水位水池和工頻加壓設(shè)備和高水位水箱聯(lián)合供水、無(wú)負(fù)壓設(shè)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(shè)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(wěn)定和可靠的特點(diǎn)，但自來(lái)水原有壓力未能充分利用，導(dǎo)致能源浪費(fèi)。加之，置于地下室的低位水箱為敞開(kāi)式結(jié)構(gòu)，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(jié)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(tǒng)無(wú)負(fù)壓供水模式 無(wú)負(fù)壓供水設(shè)備直接與供水管網(wǎng)連接，通過(guò)全自動(dòng)微機(jī)智能控制實(shí)現(xiàn)穩(wěn)流調(diào)節(jié)器和負(fù)壓抑制器動(dòng)作執(zhí)行部件實(shí)時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)，使穩(wěn)流調(diào)節(jié)器內(nèi)壓力平衡，抑制管網(wǎng)內(nèi)負(fù)壓的產(chǎn)生，確保供水本設(shè)備不對(duì)供水管網(wǎng)產(chǎn)生負(fù)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(jié)能供水，加之，采用變頻調(diào)速和微機(jī)控制后，可以根據(jù)自來(lái)水的壓力對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速予以調(diào)節(jié)，并對(duì)對(duì)自來(lái)水的壓力及所需壓力的差進(jìn)行補(bǔ)壓，差多少補(bǔ)多少，不做無(wú)用功，節(jié)能效果顯著，與水箱變頻供水相比節(jié)電可達(dá)20%～90% 。

目前，應(yīng)用#廣泛的無(wú)負(fù)壓供水設(shè)備主要求有如下兩種：吸排氣式無(wú)負(fù)壓設(shè)備、機(jī)械活塞式無(wú)負(fù)壓設(shè)備。地衣種吸排氣式無(wú)負(fù)壓設(shè)備主要由密封水罐（調(diào)節(jié)罐）、真空消除器（吸排氣閥）、水泵機(jī)組、管件閥組及其控制儀表等構(gòu)成，其工作原理是罐體上的真空消除器，根據(jù)罐內(nèi)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(dāng)液位下降到一定水位時(shí)，設(shè)備自動(dòng)停機(jī)保壓或降低轉(zhuǎn)速或降低給定，犧牲用戶用水利益。無(wú)負(fù)壓實(shí)現(xiàn)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(fù)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(dá)到全密閉運(yùn)行，需與空氣接觸，與傳統(tǒng)的水箱（池）并沒(méi)有什么區(qū)別，易對(duì)水質(zhì)產(chǎn)生污染。第二種機(jī)械活塞式無(wú)負(fù)壓設(shè)備主要由密封水罐（內(nèi)置彈簧或氣體）、水泵機(jī)組、管件閥組及其控制儀表等構(gòu)成。其工作原理是當(dāng)用水處于高峰時(shí)通過(guò)設(shè)備中的彈簧的彈力（氣體壓力）推動(dòng)檔板把水補(bǔ)償?shù)接脩�，防止產(chǎn)生負(fù)壓，由于其工作狀態(tài)形似活塞，故又稱之為“機(jī)械活塞式無(wú)負(fù)壓”。檔板要在罐體內(nèi)滑動(dòng)，罐內(nèi)壁與檔板肯定存在潤(rùn)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(bǔ)出量，同時(shí)兩個(gè)彈簧腔式占用罐的較大空間，真正補(bǔ)到用戶中的水有限，水也容易流入彈簧腔室，致使彈簧生銹。這兩種類型的無(wú)負(fù)壓供水設(shè)備因無(wú)法充分利用市政管網(wǎng)壓力，耗電高，節(jié)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(yùn)轉(zhuǎn)有違節(jié)能和環(huán)保的初衷。

 

1.3 壓力變送器無(wú)負(fù)壓供水模式 隨著二次供水技術(shù)不斷發(fā)展，壓力變送器無(wú)負(fù)壓供水技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，該技術(shù)系統(tǒng)利用無(wú)負(fù)壓流量平衡補(bǔ)償罐的高、低壓室儲(chǔ)存所需帶壓的自來(lái)水，同時(shí)將惰性氣體壓回到儲(chǔ)能罐中，通過(guò)無(wú)負(fù)壓流量調(diào)節(jié)平衡補(bǔ)償罐的高壓腔對(duì)系統(tǒng)實(shí)施穩(wěn)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(yùn)行能耗，節(jié)能節(jié)電。整套設(shè)備為全密閉結(jié)構(gòu)，保證水與空氣的完全隔離，避免對(duì)水產(chǎn)生任何污染。確保達(dá)到無(wú)負(fù)壓二次供水節(jié)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(jié)論 水箱變頻供水模式耗能、污染嚴(yán)重，傳統(tǒng)無(wú)負(fù)壓供水模式未能達(dá)到完全杜絕污染、高效運(yùn)轉(zhuǎn)要求，壓力變送器無(wú)負(fù)壓供水模式能有效彌補(bǔ)上述兩種模式弊端，具有推廣使用的現(xiàn)實(shí)意義和廣闊前景。

 

2 穩(wěn)壓無(wú)負(fù)壓供水設(shè)備結(jié)構(gòu)及工作原理

 

2.1 設(shè)備結(jié)構(gòu) 壓力變送器無(wú)負(fù)壓供水設(shè)備主要由水泵、控制柜、穩(wěn)壓補(bǔ)償罐、能量?jī)?chǔ)存器、流量控制器、壓力送變器、雙向補(bǔ)償器和管路等組成。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

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

 

2.2.1 確保供水壓力穩(wěn)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)入用戶管網(wǎng)；當(dāng)用水出現(xiàn)高峰時(shí)會(huì)導(dǎo)致市政供水管網(wǎng)壓力下降，此時(shí)，能量?jī)?chǔ)存器釋放帶壓氣體進(jìn)高壓腔擠壓高壓腔的水向恒壓腔管網(wǎng)補(bǔ)水，匯同恒壓腔的市政水向用戶補(bǔ)水；同時(shí)高壓腔具有小流量供水保壓功能。當(dāng)用戶低峰期供水時(shí)，管網(wǎng)利用雙向補(bǔ)償器將泵出水口端的高壓水引向高壓腔補(bǔ)水，隨著液面不斷上升不溶于水的惰性氣體，被擠壓回能量?jī)?chǔ)存器內(nèi)，隨時(shí)準(zhǔn)備下一個(gè)用水高峰期的到來(lái)。

 

2.2.2 確保無(wú)負(fù)壓的工作原理 壓力變送器無(wú)負(fù)壓供水設(shè)備具備兩種運(yùn)行模式，一種是正常的供水模式，當(dāng)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(shè)備中的穩(wěn)壓補(bǔ)償罐起一個(gè)穩(wěn)壓罐的作用；另一種供水模式為壓力變送器供水，當(dāng)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(wěn)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(duì)于市政壓力微小波動(dòng)進(jìn)行控制，調(diào)節(jié)閥門的啟閉大小，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(dá)到不會(huì)產(chǎn)生負(fù)壓，其控制精度非常高而且非常穩(wěn)定。

 

2.2.3 實(shí)現(xiàn)差量補(bǔ)償?shù)墓ぷ髟��?在用水#高峰時(shí)設(shè)備既要保護(hù)市政管網(wǎng)的壓力，同時(shí)也要滿足用戶安全持續(xù)供水的要求。當(dāng)用水高峰期自來(lái)水管網(wǎng)輸出的水量與用戶所需的水量產(chǎn)生差量時(shí)，壓力變送器無(wú)負(fù)壓供水設(shè)備通過(guò)流量控制器、雙向補(bǔ)償器、能量?jī)?chǔ)存器、分腔式無(wú)負(fù)壓罐全方位地進(jìn)行水量差量補(bǔ)償，并且在補(bǔ)償水量時(shí)完全杜絕與空氣接觸，真正實(shí)現(xiàn)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(fù)壓設(shè)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(wěn)壓市政壓力的波動(dòng)，但是由于控制了進(jìn)水量，造成進(jìn)水量與用戶用水量的流量差，此時(shí)雙向補(bǔ)償器會(huì)同時(shí)動(dòng)作，將出水總管與穩(wěn)壓補(bǔ)償罐斷開(kāi)，同時(shí)連通進(jìn)水總管與穩(wěn)壓補(bǔ)償罐，此時(shí)利用能量?jī)?chǔ)存器內(nèi)高壓惰性氣體的膨脹，釋放預(yù)充的一定壓力的氣體，把穩(wěn)壓罐高壓腔內(nèi)的帶有一定壓力的水補(bǔ)償?shù)胶銐呵恢�，形成雙路供水，進(jìn)行差量補(bǔ)償，差多少補(bǔ)多少，以補(bǔ)充進(jìn)水量的不足。通過(guò)以上控制模式，可以使設(shè)備既能保證管網(wǎng)不產(chǎn)生負(fù)壓又能滿足不間斷用戶的供水要求。

 

2.2.4 實(shí)現(xiàn)節(jié)能的工作原理 壓力變送器無(wú)負(fù)壓供水設(shè)備在正常工作時(shí)，通過(guò)雙向補(bǔ)償器對(duì)穩(wěn)壓補(bǔ)償罐進(jìn)行蓄能，當(dāng)夜間小流量用水時(shí)，利用穩(wěn)壓補(bǔ)償罐中高壓腔內(nèi)所存的水是帶有一定壓力的高壓水，同時(shí)通過(guò)能量?jī)?chǔ)存器，雙向補(bǔ)償器實(shí)現(xiàn)既對(duì)用戶管道保壓，又在用戶小流量用水時(shí)對(duì)自來(lái)水管網(wǎng)起到保壓、穩(wěn)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(fèi)電能和影響水泵壽命現(xiàn)象發(fā)生。系統(tǒng)采用的壓力變送器精que量取水壓，并將水壓信號(hào)發(fā)送到電控柜，通過(guò)變頻器計(jì)算、調(diào)節(jié)、輸出相應(yīng)頻率的電源，使水壓始終穩(wěn)定在設(shè)定的壓力值上，精que度極高。當(dāng)輸出頻率穩(wěn)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(zhuǎn)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(fù)壓供水設(shè)備在運(yùn)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(bǔ)償時(shí)不接觸空氣,保證水質(zhì)不產(chǎn)生二次污染。設(shè)備當(dāng)市政供水量不足，在一段時(shí)間內(nèi)能進(jìn)行差量補(bǔ)償?shù)那闆r下，補(bǔ)償罐內(nèi)的能量?jī)?chǔ)存器內(nèi)預(yù)先充有一部分高壓氦氣，補(bǔ)償時(shí)通過(guò)釋放此部分氣體，使罐內(nèi)的水流入進(jìn)水總管，由于穩(wěn)壓補(bǔ)償罐與出水總管相通，補(bǔ)償結(jié)束后，罐與出水總管相連通，氣體被出水管的高壓壓回能量?jī)?chǔ)存器，因此只有罐內(nèi)的氦氣被反復(fù)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(xiàn)全密閉供水。

 

3 壓力變送器無(wú)負(fù)壓供水設(shè)備應(yīng)用

3.1 工程概況 廣西柳州鵝崗一區(qū)職工住宅綜合樓位于柳州市鵝崗路柳鐵中心醫(yī)院對(duì)面，本小區(qū)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。當(dāng)?shù)刈詠?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(jù)供水分區(qū)原則，將小區(qū)劃分三個(gè)區(qū)供水，其中2-9層為低區(qū)供水，建筑高度為25 m；10-17層為中區(qū)供水，建筑高度為47.4 m；18層以上為高區(qū)供水，建筑高度含樓頂水箱73.3 m；三區(qū)均采用全自動(dòng)無(wú)負(fù)壓供水，加壓總戶數(shù)390戶。其中：低區(qū)加壓戶數(shù)：144戶，中區(qū)加壓戶數(shù)：144戶，高區(qū)加壓戶數(shù)：102戶。

 

3.2 設(shè)備參數(shù)計(jì)算

3.2.1 流量計(jì)算 根據(jù)《建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50015-2003）第3.6.4-3條款的規(guī)定確定住宅樓生活給水設(shè)計(jì)流量。

以下計(jì)算的建筑均為1衛(wèi)1廚，按低區(qū)、中區(qū)和高區(qū)分別計(jì)算。

1）低區(qū)加壓總戶數(shù)為144戶，每戶的衛(wèi)生器具及當(dāng)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(jī)水嘴1個(gè)（N=1.0），其他（N=0.5）。戶當(dāng)量為4，總當(dāng)量為576。

用水定額：250 L/人·d，戶均人數(shù)：3.5人。

用水時(shí)數(shù)：24 h，時(shí)變化系數(shù)Kh=2.5。

#大用水時(shí)衛(wèi)生器具給水當(dāng)量平均出流概率為：

2）中區(qū)加壓總戶數(shù)為144戶,每戶的衛(wèi)生器具及當(dāng)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(jī)水嘴1個(gè)（N=1.0），其他（N=0.5）。戶當(dāng)量為4，總當(dāng)量為576。

用水定額：250 L/人·d，戶均人數(shù)：3.5人。

用水時(shí)數(shù)：24 h，時(shí)變化系數(shù)K h =2.5。

#大用水時(shí)衛(wèi)生器具給水當(dāng)量平均出流概率為：

3）高區(qū)加壓總戶數(shù)為102戶,每戶的衛(wèi)生器具及當(dāng)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(jī)水嘴1個(gè)（N=1.0），其他（N=0.5）。戶當(dāng)量為4，總當(dāng)量為408。

用水定額：250 L/人·d，戶均人數(shù)：3.5人。

用水時(shí)數(shù)：24 h；時(shí)變化系數(shù)Kh=2.5。

#大用水時(shí)衛(wèi)生器具給水當(dāng)量平均出流概率為：

3.2.2 水泵揚(yáng)程計(jì)算 按照《建筑給水排水排水設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定，水泵直接供水時(shí)所需揚(yáng)程進(jìn)行計(jì)算，（以滿足#不利用水點(diǎn)要求時(shí)水泵所需揚(yáng)程為計(jì)算依據(jù)）：

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(shù)。

通過(guò)上述計(jì)算，采用無(wú)負(fù)壓供水時(shí)用水高峰時(shí)水泵滿足#不利點(diǎn)所需的水壓低區(qū)Hb≥33 m，中區(qū)Hb≥58 m，高區(qū)Hb≥87 m。

采用丹麥格蘭富水泵選型：

低區(qū)：Q=26m 3 /h Hb=33 m

選泵的型號(hào)為：

主泵：CR15-4 N=4KW（2臺(tái)）

無(wú)負(fù)壓罐型號(hào)為：GW600-150

設(shè)備總型號(hào)：150ZWG2/CR15-4

中區(qū)：Q=26m 3 /h Hb=58 m

選泵的型號(hào)為：

主泵：CR15-6 N=5.5 KW（2臺(tái)）

無(wú)負(fù)壓罐型號(hào)為：GW600-150

設(shè)備總型號(hào)：150ZWG2/CR15-6

高區(qū)：Q=21m 3 /h Hb=87m

選泵的型號(hào)為：

主泵：CR15-7 N=5.5 KW（2臺(tái)）

無(wú)負(fù)壓罐型號(hào)為：GW600-150

設(shè)備總型號(hào)：150ZWG2/ CR15-7

3.3 設(shè)備耗電量計(jì)算

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

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

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

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

4 結(jié)束語(yǔ)

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

目前，南寧局集團(tuán)公司已在桂林市的高層住宅項(xiàng)目中推廣使用這一供水模式及設(shè)備。