摘 要：在對二次供水三種模式即水箱變頻供水模式、無負壓供水模式和壓力變送器無負壓供水模式分析比較后得出壓力變送器無負壓供水模式具有節(jié)能環(huán)保優(yōu)勢的基礎上，從理論和實踐相結合的角度重點闡述了所建議選擇使用和推廣的壓力變送器無負壓供水設備結構、工作原理和應用情況，定性定量地證明了這一供水技術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。

 

隨著我國城鎮(zhèn)化建設步伐不斷加快，土地資源日益短缺、高層住宅數量驟增的現象將會成為常態(tài)。由于高層住宅住戶集中、用水量大，需要采用二次供水設施才能保障他們日常用水。鑒于目前二次供水設備產品類型繁多,且城市二次供水現狀存在諸多問題，選擇何種穩(wěn)定性經濟性俱佳的二次供水方式已然成為相關企業(yè)亟待破解的課題。筆者認為應用壓力變送器無負壓供水技術可以推動高層建筑二次供水向既可靠又節(jié)能的方向發(fā)展，并試從理論與實踐結合的角度略陳管見。

 

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備聯合供水、低水位水池和工頻加壓設備和高水位水箱聯合供水、無負壓設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水放入低位水箱變成零壓力的靜水，再由變頻設備將其加壓至用水網點。這種供水模式雖具有用水壓力穩(wěn)定和可靠的特點，但自來水原有壓力未能充分利用，導致能源浪費。加之，置于地下室的低位水箱為敞開式結構，各種雜質、污染物極易進入水中，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 傳統無負壓供水模式 無負壓供水設備直接與供水管網連接，通過全自動微機智能控制實現穩(wěn)流調節(jié)器和負壓抑制器動作執(zhí)行部件實時自動調節(jié)，使穩(wěn)流調節(jié)器內壓力平衡，抑制管網內負壓的產生，確保供水本設備不對供水管網產生負壓。這種供水模式可以充分利用自來水原有壓力，進行疊壓節(jié)能供水，加之，采用變頻調速和微機控制后，可以根據自來水的壓力對電機轉速予以調節(jié)，并對對自來水的壓力及所需壓力的差進行補壓，差多少補多少，不做無用功，節(jié)能效果顯著，與水箱變頻供水相比節(jié)電可達20%～90% 。

目前，應用#廣泛的無負壓供水設備主要求有如下兩種：吸排氣式無負壓設備、機械活塞式無負壓設備。地衣種吸排氣式無負壓設備主要由密封水罐（調節(jié)罐）、真空消除器（吸排氣閥）、水泵機組、管件閥組及其控制儀表等構成，其工作原理是罐體上的真空消除器，根據罐內液位的變化，通過開啟和閉合、進入和釋放空氣方式來消除真空，當液位下降到一定水位時，設備自動停機保壓或降低轉速或降低給定，犧牲用戶用水利益。無負壓實現是靠真空消除器（即呼吸閥）的進氣和排氣來完成的，無負壓技術不參與控制，只靠液位的變化來控制水泵的啟停。該產品并沒有達到全密閉運行，需與空氣接觸，與傳統的水箱（池）并沒有什么區(qū)別，易對水質產生污染。第二種機械活塞式無負壓設備主要由密封水罐（內置彈簧或氣體）、水泵機組、管件閥組及其控制儀表等構成。其工作原理是當用水處于高峰時通過設備中的彈簧的彈力（氣體壓力）推動檔板把水補償到用戶，防止產生負壓，由于其工作狀態(tài)形似活塞，故又稱之為“機械活塞式無負壓”。檔板要在罐體內滑動，罐內壁與檔板肯定存在潤滑劑，與水接觸產生二次污染，彈簧彈力使用一定時間彈力減退，影響水的補出量，同時兩個彈簧腔式占用罐的較大空間，真正補到用戶中的水有限，水也容易流入彈簧腔室，致使彈簧生銹。這兩種類型的無負壓供水設備因無法充分利用市政管網壓力，耗電高，節(jié)能效果不明顯，存在一定程度的二次污染，因而在正常供水時造成水泵低效運轉有違節(jié)能和環(huán)保的初衷。

 

1.3 壓力變送器無負壓供水模式 隨著二次供水技術不斷發(fā)展，壓力變送器無負壓供水技術應運而生，該技術系統利用無負壓流量平衡補償罐的高、低壓室儲存所需帶壓的自來水，同時將惰性氣體壓回到儲能罐中，通過無負壓流量調節(jié)平衡補償罐的高壓腔對系統實施穩(wěn)壓的作用，在小流量時不啟動水泵，避免水泵的頻繁啟動所產生的運行能耗，節(jié)能節(jié)電。整套設備為全密閉結構，保證水與空氣的完全隔離，避免對水產生任何污染。確保達到無負壓二次供水節(jié)能環(huán)保要求，全面提高了高層住宅供水可靠性。

 

1.4 比選結論 水箱變頻供水模式耗能、污染嚴重，傳統無負壓供水模式未能達到完全杜絕污染、高效運轉要求，壓力變送器無負壓供水模式能有效彌補上述兩種模式弊端，具有推廣使用的現實意義和廣闊前景。

 

2 穩(wěn)壓無負壓供水設備結構及工作原理

 

2.1 設備結構 壓力變送器無負壓供水設備主要由水泵、控制柜、穩(wěn)壓補償罐、能量儲存器、流量控制器、壓力送變器、雙向補償器和管路等組成。其結構如圖1所示。

2.2 基本工作原理 壓力變送器無負壓供水設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 在市政供水管網壓力正常情況下，水經過恒壓腔通過泵組加壓后進入用戶管網；當用水出現高峰時會導致市政供水管網壓力下降，此時，能量儲存器釋放帶壓氣體進高壓腔擠壓高壓腔的水向恒壓腔管網補水，匯同恒壓腔的市政水向用戶補水；同時高壓腔具有小流量供水保壓功能。當用戶低峰期供水時，管網利用雙向補償器將泵出水口端的高壓水引向高壓腔補水，隨著液面不斷上升不溶于水的惰性氣體，被擠壓回能量儲存器內，隨時準備下一個用水高峰期的到來。

 

2.2.2 確保無負壓的工作原理 壓力變送器無負壓供水設備具備兩種運行模式，一種是正常的供水模式，當市政水壓高于#低供水壓力保障值時，采用這種模式，此時設備中的穩(wěn)壓補償罐起一個穩(wěn)壓罐的作用；另一種供水模式為壓力變送器供水，當市政水壓低于#低供水壓力保障值時，流量控制器控制進水量，保持市政管網的壓力，因而可以穩(wěn)定市政水壓力的波動。流量控制器采用微積分控制原理，對于市政壓力微小波動進行控制，調節(jié)閥門的啟閉大小，進而控制進水量，使進水壓力始終保持在#低保障值之上，即能達到不會產生負壓，其控制精度非常高而且非常穩(wěn)定。

 

2.2.3 實現差量補償的工作原理 在用水#高峰時設備既要保護市政管網的壓力，同時也要滿足用戶安全持續(xù)供水的要求。當用水高峰期自來水管網輸出的水量與用戶所需的水量產生差量時，壓力變送器無負壓供水設備通過流量控制器、雙向補償器、能量儲存器、分腔式無負壓罐全方位地進行水量差量補償，并且在補償水量時完全杜絕與空氣接觸，真正實現水質無二次污染。市政壓力不足時，市政水壓低于#低供水壓力保障值，無負壓設備采用壓力變送器供水，流量控制器控制進水量，保持市政管網的壓力，穩(wěn)壓市政壓力的波動，但是由于控制了進水量，造成進水量與用戶用水量的流量差，此時雙向補償器會同時動作，將出水總管與穩(wěn)壓補償罐斷開，同時連通進水總管與穩(wěn)壓補償罐，此時利用能量儲存器內高壓惰性氣體的膨脹，釋放預充的一定壓力的氣體，把穩(wěn)壓罐高壓腔內的帶有一定壓力的水補償到恒壓腔中，形成雙路供水，進行差量補償，差多少補多少，以補充進水量的不足。通過以上控制模式，可以使設備既能保證管網不產生負壓又能滿足不間斷用戶的供水要求。

 

2.2.4 實現節(jié)能的工作原理 壓力變送器無負壓供水設備在正常工作時，通過雙向補償器對穩(wěn)壓補償罐進行蓄能，當夜間小流量用水時，利用穩(wěn)壓補償罐中高壓腔內所存的水是帶有一定壓力的高壓水，同時通過能量儲存器，雙向補償器實現既對用戶管道保壓，又在用戶小流量用水時對自來水管網起到保壓、穩(wěn)壓作用，充分利用了市政管網的壓力，有效避免了水泵頻繁啟動浪費電能和影響水泵壽命現象發(fā)生。系統采用的壓力變送器精que量取水壓，并將水壓信號發(fā)送到電控柜，通過變頻器計算、調節(jié)、輸出相應頻率的電源，使水壓始終穩(wěn)定在設定的壓力值上，精que度極高。當輸出頻率穩(wěn)定在一個很低的狀況時，經過一段時間后，變頻器轉為小流量工作模式。

 

2.2.5 防止二次污染的原理 壓力變送器無負壓供水設備在運行時與自來水管網全密閉聯接,在用水高峰期進行補償時不接觸空氣,保證水質不產生二次污染。設備當市政供水量不足，在一段時間內能進行差量補償的情況下，補償罐內的能量儲存器內預先充有一部分高壓氦氣，補償時通過釋放此部分氣體，使罐內的水流入進水總管，由于穩(wěn)壓補償罐與出水總管相通，補償結束后，罐與出水總管相連通，氣體被出水管的高壓壓回能量儲存器，因此只有罐內的氦氣被反復壓縮與膨脹，而與外界的空氣完全隔絕，這就完全杜絕了二次污染，真正實現全密閉供水。

 

3 壓力變送器無負壓供水設備應用

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。當地自來水原有壓力為0.2～0.3 MPa，#低保障供水壓力為0.15 Mpa。根據供水分區(qū)原則，將小區(qū)劃分三個區(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)均采用全自動無負壓供水，加壓總戶數390戶。其中：低區(qū)加壓戶數：144戶，中區(qū)加壓戶數：144戶，高區(qū)加壓戶數：102戶。

 

3.2 設備參數計算

3.2.1 流量計算 根據《建筑給水排水設計規(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計流量。

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

1）低區(qū)加壓總戶數為144戶，每戶的衛(wèi)生器具及當量為：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），洗衣機水嘴1個（N=1.0），其他（N=0.5）。戶當量為4，總當量為576。

用水定額：250 L/人·d，戶均人數：3.5人。

用水時數：24 h，時變化系數Kh=2.5。

#大用水時衛(wèi)生器具給水當量平均出流概率為：

2）中區(qū)加壓總戶數為144戶,每戶的衛(wèi)生器具及當量為：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），洗衣機水嘴1個（N=1.0），其他（N=0.5）。戶當量為4，總當量為576。

用水定額：250 L/人·d，戶均人數：3.5人。

用水時數：24 h，時變化系數K h =2.5。

#大用水時衛(wèi)生器具給水當量平均出流概率為：

3）高區(qū)加壓總戶數為102戶,每戶的衛(wèi)生器具及當量為：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），洗衣機水嘴1個（N=1.0），其他（N=0.5）。戶當量為4，總當量為408。

用水定額：250 L/人·d，戶均人數：3.5人。

用水時數：24 h；時變化系數Kh=2.5。

#大用水時衛(wèi)生器具給水當量平均出流概率為：

3.2.2 水泵揚程計算 按照《建筑給水排水排水設計規(guī)范》的規(guī)定，水泵直接供水時所需揚程進行計算，（以滿足#不利用水點要求時水泵所需揚程為計算依據）：

1.1—給水管網在#不利點流量分配情況下，克服水泵出口至#不利點用水間的水頭損失而考慮的系數。

通過上述計算，采用無負壓供水時用水高峰時水泵滿足#不利點所需的水壓低區(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

選泵的型號為：

主泵：CR15-4 N=4KW（2臺）

無負壓罐型號為：GW600-150

設備總型號：150ZWG2/CR15-4

中區(qū)：Q=26m 3 /h Hb=58 m

選泵的型號為：

主泵：CR15-6 N=5.5 KW（2臺）

無負壓罐型號為：GW600-150

設備總型號：150ZWG2/CR15-6

高區(qū)：Q=21m 3 /h Hb=87m

選泵的型號為：

主泵：CR15-7 N=5.5 KW（2臺）

無負壓罐型號為：GW600-150

設備總型號：150ZWG2/ CR15-7

3.3 設備耗電量計算

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

該設備投用五年來的實際耗電量與計算結果基本吻合，實踐證明壓力變送器無負壓供水設備加壓每方米水所需耗電量為0.3至0.6 Kwh之間。

4 結束語

廣西柳州鵝崗一區(qū)職工住宅綜合樓項目采用壓力變送器無負壓供水設備的實例證明，由于wuxu修建蓄水池或水箱，節(jié)省了土建費用；充分利用自來水管網壓力，不僅能選用揚程較小的加壓泵，減少設備投資，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；設備全密封運行，消除了空氣及異物進入管網系統導致的污染問題；設備智能化控制全自動運行，管理維護方便，運營成本降低；全面提高了供水可靠性。

目前，南寧局集團公司已在桂林市的高層住宅項目中推廣使用這一供水模式及設備。