Analysis and Application of Steady Flow of Water Supply System in Modern Garden Quarter without Vacuum Pressurized Pipe Network

王桂云WANG Guiyun

摘 要:本文結合筆者多年自來水工程工作實踐，詳細介紹了無負壓管網增壓穩(wěn)流供水系統(tǒng)的工作原理;分析闡述了其與不同供水方式的比較和優(yōu)勢;并結合工程實例，對其供水系統(tǒng)設計與選型進行了詳細探討。

關鍵詞:自來水工程;供水系統(tǒng);供水方式;無負壓管網;增壓穩(wěn)流供水系統(tǒng)

中圖分類號:TU821.3

文獻標識碼:B

文章編號:1008-0422(2009)02-0138-02

1引言

隨著城市基礎設施的不斷完善，城市自來水管道一般都能滿足用戶的水量要求，但不能滿足用戶對水壓的要求，而傳統(tǒng)的供水方式均采用二次供水，一般都存在投資大，水質污染與能源浪費等問題，但采用全封閉結構的無負壓管網增壓穩(wěn)流供水系統(tǒng)，可充分利用城市自來水管網的壓力，節(jié)省投資，節(jié)約占地面積，而且可保證供水質量。

2無負壓管網增壓穩(wěn)流供水系統(tǒng)工作原理

無負壓管網增壓穩(wěn)流供水系統(tǒng)主要由加壓水泵、真空抑制器、穩(wěn)流補償器、壓力傳感器、微機變頻控制柜等組成。該設備通過微機檢測管網壓力，并與設定用水點工作壓力比較，通過反饋壓力來調節(jié)變頻器的頻率，如果實際壓力高于設定壓力，則降低變頻器頻率，反之則升高變頻器頻率。微機能夠隨機檢測管網壓力，計算速度快，調節(jié)也能瞬時完成，保證管網壓力始終保持在設定壓力值以上，確保用戶用水的需要。

該系統(tǒng)由于使用了真空抑制器這種設備，通過穩(wěn)流補償器中的檢測裝置能夠采集穩(wěn)流補償器內的負壓及水位信號，由微機控制真空抑制器及穩(wěn)流補償器中的控制裝置工作，抑制負壓產生，保證本設備不對城市自來水管網產生影響，這樣就不會被受城市供水條例限制，直接與城市自來水管網串接。另外該系統(tǒng)還增加了觸摸屏等操作界面，實現了人機對話，實時顯示動態(tài)畫面，操作簡單，安全可靠，其工作原理見圖1

1)當城市自來水管網的水壓能夠滿足用戶用水壓力的要求，即管網壓力大于設定壓力時，壓力傳感器6發(fā)出信號給微機變頻控制柜4，由其指令加壓水泵3停止工作，自來水可通過旁通管直接到達用戶用水點。

2)當城市自來水管網的水壓不能滿足用戶用水壓力的要求，即管網壓力小設定壓力時，壓力傳感器7發(fā)出信號給微機變頻控制柜4，由其指令加壓水泵3工作進行加壓供水，直至用戶管網實際壓力等于設定壓力時，微機變頻控制柜4控制加壓水泵3以恒定轉速運行。

3)用水高峰時，用戶管網壓力逐步下降，當降至設定壓力時，壓力控制器5發(fā)出信號給微機變頻控制柜4，通過升高變頻器的頻率，增加加壓水泵3的轉速，提高管網壓力，直至管網實際壓力等于設定壓力值。

4)用水低峰時，用戶管網壓力逐步上升，當大于設定壓力時，壓力控制器5發(fā)出信號給微機變頻控制柜4，通過降低變頻器的頻率，降低加壓水泵3的轉速，降低管網壓力，直至管網實際壓力等于設定壓力值。

5)停電時，加壓水泵3停止工作，自來水也可以通過旁道管到達低層用戶，從而保證較低層部分用戶的用水，不受停電的影響，來電時加壓水泵3自動開機，恢復所有用戶的正常供水。

3無負壓管網增壓穩(wěn)流供水系統(tǒng)與傳統(tǒng)供水方式的分析比較

對于高層建筑而言，傳統(tǒng)的供水方式分為水箱、水泵供水方式，變頻水泵機組供水方式，這兩種供水方式在投資、節(jié)能、節(jié)水、安裝以及水質污染等方面均不如無負壓管網增壓穩(wěn)流供水方式，比較結果如表1所示。

從表1可以看出:與傳統(tǒng)的供水設備相比，無負壓管網增壓穩(wěn)流供水系統(tǒng)具有以下優(yōu)勢:

1)節(jié)約能源:可直接與市政自來水管網串接，能充分利用市政自來水管網的壓力，在自來水管網剩余壓力的基礎上疊加不夠部分的壓力，不造成能源的浪費。

2)節(jié)電節(jié)水:由于充分利用了市政自來水管網的壓力，節(jié)電50%～90%，又因為沒有建造蓄水池、高位水箱，不會產生水泡、滴、漏、滲等現象，同時無需進行定期清洗，可以節(jié)約清洗用水，節(jié)水13%以上。

3)運行成本低:由于充分利用了市政自來水管網壓力，加壓水泵選型相對較小，而且采用多泵機組，變頻控制，節(jié)約了用電，降低了運行成本。

4)節(jié)省投資:由于無需修建大型蓄水池和高位水箱，節(jié)省了土建費用，又由于充分利用了市政自來水管網的壓力，加壓水泵選型相對較小，減少了設備投資，合計節(jié)省投資60%以上。

5)占地面積小:由于無需修建大型蓄水池和高位水箱，同時供水設備結構緊湊，減小了占地面積。

6)停電不停水:由于可以與城市自來水管道直接串接，停電時可通過旁道管給低層用戶供水，停電不停水。

7)管理方便:由于采用了世界上先進的人機界面控制系統(tǒng)，全自動智能控制和管理，友好的人機對話，操作簡單，管理方便。

其缺點主要體現在:1)供水可靠性一般。2)由于使用了真空抑制器這種設備，在產生負壓時使系統(tǒng)斷流，影響了周圍用戶的正常用水。

4工程應用實例分析

湖南新化世紀花園住宅小區(qū)，共有多棟幢5、6層，2幢10層住宅組成，建筑物最高高度32m，直供區(qū)戶數355戶，加壓區(qū)戶數376戶，泵房與最遠建筑物間室外管線距離約600m，用水高峰時自來水管網壓力約為0.2MPa，設備安裝在地下室，地下室層高3.2m。

4.1設計流量

根據GB50015-2003建筑給水排水設計規(guī)范規(guī)定，根據下式計算出最大用水時衛(wèi)生器具給水當量平均出流概率:

式中: ——生活給水管道最大用水時衛(wèi)生器具給水當量平均出流概率，%;

——最高用水日的用水定額，取220L/(p.d);

——每戶用水人數，=3.5人;

——小時變化系數，=2.5;

——每戶設置的衛(wèi)生器具給水容量數，=4;

T ——用水時間，T=24h;

0.2——1個衛(wèi)生器具給水容量的定額流量，L/s。

計算結果: ≈0.028

根據計算管段上的衛(wèi)生器具給水當量總數，按下式計算出該管段的衛(wèi)生器具給水當量的同時出流概率:

式中:——計算管段上的給水容量總數，

=1504;

——對應的不同的系數， =0.018。

計算結果:

根據計算管段上的衛(wèi)生器具給水當量同時出流概率，按下式計算出計算管段的設計秒流量:

式中:——計算管網的設計秒流量，L/s。

計算結果為: ≈12.7L/s≈46m3/h

4.2揚程

按照《建筑給水排水設計規(guī)范》的規(guī)定，水泵直接供水時所需揚程按下式進行結算:

Hb≥H1+H2+H3+H4-H0

式中:Hb——水泵揚程;

H1——引入管配水最不利點位置高度的要求靜水壓，H1=50m;

H2——水泵吸水管和出水管至配水最不利點管路的總水頭損失，包括沿程水頭損失和局部水頭損失;

H3——水流通過水表時的水頭損失;

H4——配水最不利點所需的流出水頭，H4=2m;

H0——室外給水管網所提供的最小壓力。

管道沿程水頭損失可根據GB50015-2003建筑給水排水設計規(guī)范第3.6.10條款依照下式計算給水管道水頭損失。

式中: ——管道單位長度水頭損失，kpa/m;

——管道計算內徑，m;——給水設計流量，m3/s;

——海澄-威廉系數，=100。

管道局部水頭損失可根據GN50015-2003建筑給水排水設計規(guī)范第3.6.1條款計算，也可取沿程水頭損失25%～30%，該工程取為30%，水表水頭損失:

式中: ——水表產生的水頭損失，kPa;

——通過管段的給水流量，m3/h;

——水表特性系數，可按下式計算，旋翼式水表=，——各類水表的最大流量，正常用水時，旋翼式水表水頭損失允許值應取24.5kPa。

計算結果為Hb=63m。我們選擇WWG(Ⅱ)-46-65-2型無負壓管網增壓穩(wěn)流供水設備，其參數分別為:Q=46m3/h，H=65m，N=7.5kW，穩(wěn)流補償器為CYQ80×150，可滿足供水系統(tǒng)的需要。

5結語

綜上所述，城市的高層建筑給水系統(tǒng)主要是采用二次供水，采用“水箱、水泵供水方式”，在該系統(tǒng)中，低樓層住戶由市政自來水管網直接供水，高樓層住戶由加壓水泵將水送至高位水箱，再由高位水箱二次供水，或采用“變頻水泵機組供水方式”。針對二次供水存在的問題，無負壓管網增壓穩(wěn)流供水系統(tǒng)應運而生，該系統(tǒng)結構緊湊，安裝方便，采用全封閉結構，供水安全可靠，不易造成二次污染。

參考文獻:

[1] 陶靈芝.給水管網預測及應用研究[D].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學碩士學位論文，2006，6.

[2] 自動噴水系統(tǒng)設計規(guī)范.GB50084-2001.[S].

[3] 田思慶，周啟龍.模糊控制實現的變屏恒壓供水系統(tǒng)[J].佳木斯大學學報，2007，5.