高層無(wú)負壓供水系統設計原理與設計特點(diǎn)

1、高層無(wú)負壓供水系統的優(yōu)點(diǎn)

　?。?）設備投資省，占地面積小，無(wú)需修建蓄水池或水箱，也不需設置大型氣壓罐，一節省了投資，充分利用了自來(lái)水管網(wǎng)1次供水壓力，加壓泵選型可以減小，設備投資減少。二節約了系統占地面積，充分利用節約的土地提高地產(chǎn)利用率，符合國家節約土地資源的要求。

　?。?）衛生無(wú)污染，供水系統從自來(lái)水管網(wǎng)至用戶(hù)水龍頭為全密封結構，污染物不會(huì )進(jìn)入系統；水體不與空氣直接接觸，過(guò)流部件采用食品級不銹鋼制作，不對水質(zhì)產(chǎn)生污染。

　?。?）節能效果顯著(zhù)，設備直接與自來(lái)水管網(wǎng)串接，在自來(lái)水廠(chǎng)一次供水管網(wǎng)壓力的基礎上疊加所需的壓力，差多少，補多少，能充分利用管網(wǎng)的余壓；用水低峰期，設備甚至不需運行，節能效果顯著(zhù)，與傳統給水設備比，節能達30％～60％。

　?。?）安裝簡(jiǎn)便，高層無(wú)負壓供水系統為成套供應用戶(hù)，現場(chǎng)只需聯(lián)接進(jìn)出水管，施工周期短，安裝簡(jiǎn)單。

　?。?）運行成本低，由于加壓泵的選型較小，而且可采用多泵關(guān)聯(lián)供水，在用水低峰期直接利用城市一次供水壓力供水，設備不需啟泵或只啟動(dòng)1臺泵足以滿(mǎn)足用水需要，用水高峰時(shí)才會(huì )啟動(dòng)其他泵。因此，設備運行過(guò)程中能耗非常低，降低了運行成本。

　?。?）停電不會(huì )停止供水，由于設備有一條公共供水管路與用戶(hù)管網(wǎng)直接相通，在停電時(shí)加壓泵雖停止工作，但自來(lái)水廠(chǎng)一次供水壓力仍可維持供水。

　?。?）管理維護簡(jiǎn)便，高層無(wú)負壓供水系統為微機全自動(dòng)控制變頻調速運行，停電設備自動(dòng)停機，來(lái)電自動(dòng)開(kāi)機，完善的故障檢測、診斷技術(shù)和報警提醒使得設備的管理維護異常簡(jiǎn)便；由于不會(huì )產(chǎn)生污染，因此無(wú)需麻煩的清洗工作。

2、高層無(wú)負壓供水系統的工作原理

　　自來(lái)水管網(wǎng)的水通過(guò)進(jìn)水管道部分進(jìn)入穩流補償罐，穩流補償罐內空氣通過(guò)負壓消除器排出，直至罐內水滿(mǎn)，設備通電置于自動(dòng)工作狀態(tài)?？刂葡到y對設備進(jìn)水總管壓力與用戶(hù)管網(wǎng)壓力實(shí)時(shí)檢測，并將壓力信號轉換為數字信號儲存于寄存器中，與預先從觸摸式人機界面設置的并儲存于寄存器的壓力設定值進(jìn)行閉環(huán)運算，并將結果轉換為模擬量以控制變頻器的輸出頻率，控制水泵的運行轉速，在市政供水量大于用戶(hù)用水量時(shí)根據用戶(hù)管網(wǎng)壓力自動(dòng)調節水泵轉速，保證用戶(hù)管網(wǎng)壓力恒定；在市政供水量小于用戶(hù)用水量時(shí)，及時(shí)調低水泵轉速，控制供給用戶(hù)的水量，確保給水設備不對市政管網(wǎng)產(chǎn)生。

3、高層無(wú)負壓供水系統的設計特點(diǎn)

　?。?）變頻供水系統關(guān)鍵的調節部件是變頻器，控制設備是可編程控制器和人機界面觸摸屏，采用雙變頻器交互切換的設計，在水泵切換時(shí)，能保證系統水壓不會(huì )波動(dòng)。

　?。?）穩流罐選擇不銹鋼穩流罐，該罐為立式或臥式結構，嚴格按照國標GBl50《鋼制壓力容器》生產(chǎn)。穩流材質(zhì)采用SUS304-2B食品級不銹鋼，具有較強的耐腐性，符合國家衛生飲用水設備標準；穩流罐耐壓0.6MPa，具有較好的氣密性；罐體進(jìn)出口為法蘭連接方式，方便與系統其他設備的連接；穩流罐下方設置有排污口。側面安裝了不銹鋼液位計，罐中水位情況一目了然，整個(gè)罐體采用鏡面拋光技術(shù)，十分美觀(guān)。

　?。?）高層無(wú)負壓供水系統選用不銹鋼浮球式負壓消除裝置。加裝空氣過(guò)濾器，將空氣與水隔開(kāi)，杜絕污染，過(guò)濾級別為F5；≥5μm微粒去除率為99％；≤1μm微粒去除率為70％。

　?。?）設計雙重防止產(chǎn)生負壓，一是裝在穩流罐上的負壓抑制器在管網(wǎng)供水量小于用戶(hù)用水量時(shí)自動(dòng)開(kāi)啟，通過(guò)導氣口將穩流器與大氣導通，以避免市政管網(wǎng)產(chǎn)生負壓；二是在穩流器與市政管網(wǎng)連接管道上裝有壓力傳感器，由微機實(shí)時(shí)進(jìn)行檢測，當壓力值過(guò)低時(shí)微機向變頻器發(fā)出降低運行頻率指令，控制變頻器輸出頻率，調低水泵工作轉速，從而調低設備供水量，使設備供水量不大于市政管網(wǎng)供水量，這樣也保證了穩流器不會(huì )對市政管網(wǎng)形成負壓吸水的現象。

　?。?）沒(méi)備與管網(wǎng)連接處加裝倒流防止器（防污隔斷閥），能夠將供水沒(méi)備內同流水帶來(lái)的污染與市政管網(wǎng)完全隔開(kāi)，泵組設備為整機結構，由不銹鋼管或鋼骨架塑料復合管連接而成。

　?。?）系統中設置了膈膜氣壓罐。氣壓罐有緩沖和保壓的功能，配合節能型供水軟件，系統可以實(shí)現小流量“保壓停機”功能，可以大大節約運行費用。

　?。?）噪聲考慮。①選用低噪聲電機和沖壓水泵，采用改變變頻器載波頻率的方式來(lái)降低從供水設備上發(fā)出的噪音。②水泵基礎安放減振器，水泵進(jìn)出口等相連端采用橡膠軟接。

4、高層無(wú)負壓供水系統自控功能

　　高層無(wú)負壓供水系統設置有兩種工作方式：手動(dòng)、自動(dòng)。

　?。?）手動(dòng)方式是可靠而又最簡(jiǎn)單的方式。

　?。?）自動(dòng)工作方式是正常工作方式，有以下特點(diǎn)：①自動(dòng)系統每套可控制2～5臺水泵進(jìn)行互為備臺的工作，水泵的運行，遵循先開(kāi)先停、先停先開(kāi)、工作時(shí)間均衡的原則，各泵的工作強度相當，避免某臺水泵長(cháng)期使用引起過(guò)度磨損或銹蝕，從而有效延長(cháng)每臺水泵的使用壽命。②方便用戶(hù)使用，該系統采用可觸摸式人機界面。③實(shí)現水泵恒壓運行，壓力值輸出精度有效保證在0.01MPa內，通過(guò)計算機模擬管網(wǎng)特性曲線(xiàn)，調整水泵工作在高效區，整機效果更佳。④系統具備運行、停止及故障顯示功能等。

5、高層無(wú)負壓供水系統環(huán)保、節能分析

　?。?）節水方面，高層無(wú)負壓供水系統采用全密閉結構系統，徹底防止了蓄水池的溢、滲、滴、漏等浪費水資源的現象，同時(shí)也節省了定期清洗水箱時(shí)而造成對水資源的浪費。

　?。?）占地方面，傳統供水方式需設置蓄水池或高位水箱，在此蓄水池或高位水箱凈高均按2.5m計，則蓄水池占地面積約140㎡，而采用無(wú)負壓供水方案可節省占地面積約140㎡，這部分節省的面積作車(chē)庫或倉庫等。按3000元/㎡.計，則可節省約42萬(wàn)元的占地費用。

　?。?）管理費用，傳統供水方案所設水箱應每半年清洗1次，還要停水1d，在管理上還存在對供水安全的擔憂(yōu)，并需要增加必要的安全防護措施費用。水箱按50元/㎡考慮清潔費和檢疫檢驗費，其地下水箱的清洗面積約400㎡，每年的管理維護費用約50元/㎡×400㎡×2次=4萬(wàn)元，年，按15年考慮，則需約60萬(wàn)元的管理維護費用，而采用無(wú)負壓供水方案則可節省此筆管理費用。另外，無(wú)負壓供水設備采用全自動(dòng)運行，不需要設專(zhuān)人看護管理，傳統的供水方式自動(dòng)化程度低，需設專(zhuān)人值班，按2人，每人工資按1萬(wàn)元，年考慮，采用無(wú)負壓供水方案每年可節省人工福利費約2萬(wàn)元/年，可節省設備每年保養費約1萬(wàn)元，年，按15年考慮，則人工福利費及設備保養費約45萬(wàn)元。

　?。?）節能分析，高層無(wú)負壓供水系統可充分利用自來(lái)水管網(wǎng)壓力，采用變頻調速，水泵電機在微機的控制下，根據自來(lái)水的壓力調節電機的轉速，只對自來(lái)水的進(jìn)水壓力和所需壓力進(jìn)行補壓，當自來(lái)水的壓力滿(mǎn)足要求時(shí)設備就停止工作，節能效果非常明顯，分析如下：以該工程為例，自來(lái)水管網(wǎng)平時(shí)供水壓力為0.25MPa，高峰期供水壓力為0.15MPa，設計用水量為80m3/h，最大秒流量為40L/s，最高層需供水壓力100m，選用無(wú)負壓供水設備采用分區供水方式，低區流量5L/s，供水壓力50m；高區流量20L/s，供水壓力100m；考慮自來(lái)水供水壓力的不穩定性和克服阻力所損耗的壓力，高峰期利用自來(lái)水管網(wǎng)壓力0.12MPa，則低區供水壓力為38m，高區為88m，低峰期自來(lái)水管網(wǎng)壓力為0.25MPa，同上可利用的壓力為0.22MPa.根據用水規律，用水高峰約2H，中峰約5h，低峰約7h，小流保壓期約10h，則水泵每天電耗EP可通過(guò)下列公式計算，低區為例：

　　EP＝pTQmHA／102ηp式中：p：水的密度，1.03kg/L

　　T：及泵運行時(shí)間，h；

　　Qm：?jiǎn)挝粫r(shí)問(wèn)流量，L/s；

　　H：揚程，m；

　　A：變頻節能系數；

　　ηp：水泵、電機和傳動(dòng)裝置的總運行效率根據水泵樣本確定。

　　高峰期EPl=19.19kW.h，中峰期EP2=20.7kW.h，低峰期EP3=13.85kW.h，小流量保壓時(shí)間為10h，耗電基本為零，故低區EP=53.74kW.h。

　　同上，高區EP=133.28kW.h，則水泵每年運行電耗為187.02kW.h/天*365天*0.8元/kW.h=5.46萬(wàn)元/年。

　　傳統供水方案按選用2臺37kW水泵，水泵工頻運行，水泵按每天10h運行，則每天電耗W=370kW.h/天，那么每年運行電耗E1=370kW.h/天×365天×0.8元/W.h=10.8萬(wàn)元。

　　綜上與傳統供水相比，選用高層無(wú)負壓供水系統可節省年運行電耗5.34萬(wàn)元，年，以運行15年考慮，則可節省運行費用約80萬(wàn)元。