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(jié)合筆者多年自來水工程工作實(shí)踐，詳細(xì)介紹了無負(fù)壓管網(wǎng)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(jié)合工程實(shí)例，對其供水系統(tǒng)設(shè)計與選型進(jìn)行了詳細(xì)探討。

關(guān)鍵詞:自來水工程;供水系統(tǒng);供水方式;無負(fù)壓管網(wǎng);增壓穩(wěn)流供水系統(tǒng)

中圖分類號:TU821.3

文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B

文章編號:1008-0422(2009)02-0138-02

1引言

隨著城市基礎(chǔ)設(shè)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(zhì)污染與能源浪費(fèi)等問題，但采用全封閉結(jié)構(gòu)的無負(fù)壓管網(wǎng)增壓穩(wěn)流供水系統(tǒng)，可充分利用城市自來水管網(wǎng)的壓力，節(jié)省投資，節(jié)約占地面積，而且可保證供水質(zhì)量。

2無負(fù)壓管網(wǎng)增壓穩(wěn)流供水系統(tǒng)工作原理

無負(fù)壓管網(wǎng)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(bǔ)償器、壓力傳感器、微機(jī)變頻控制柜等組成。該設(shè)備通過微機(jī)檢測管網(wǎng)壓力，并與設(shè)定用水點(diǎn)工作壓力比較，通過反饋壓力來調(diào)節(jié)變頻器的頻率，如果實(shí)際壓力高于設(shè)定壓力，則降低變頻器頻率，反之則升高變頻器頻率。微機(jī)能夠隨機(jī)檢測管網(wǎng)壓力，計算速度快，調(diào)節(jié)也能瞬時完成，保證管網(wǎng)壓力始終保持在設(shè)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(shè)備，通過穩(wěn)流補(bǔ)償器中的檢測裝置能夠采集穩(wěn)流補(bǔ)償器內(nèi)的負(fù)壓及水位信號，由微機(jī)控制真空抑制器及穩(wěn)流補(bǔ)償器中的控制裝置工作，抑制負(fù)壓產(chǎn)生，保證本設(shè)備不對城市自來水管網(wǎng)產(chǎn)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(wǎng)串接。另外該系統(tǒng)還增加了觸摸屏等操作界面，實(shí)現(xiàn)了人機(jī)對話，實(shí)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(dāng)城市自來水管網(wǎng)的水壓能夠滿足用戶用水壓力的要求，即管網(wǎng)壓力大于設(shè)定壓力時，壓力傳感器6發(fā)出信號給微機(jī)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(dá)用戶用水點(diǎn)。

2)當(dāng)城市自來水管網(wǎng)的水壓不能滿足用戶用水壓力的要求，即管網(wǎng)壓力小設(shè)定壓力時，壓力傳感器7發(fā)出信號給微機(jī)變頻控制柜4，由其指令加壓水泵3工作進(jìn)行加壓供水，直至用戶管網(wǎng)實(shí)際壓力等于設(shè)定壓力時，微機(jī)變頻控制柜4控制加壓水泵3以恒定轉(zhuǎn)速運(yùn)行。

3)用水高峰時，用戶管網(wǎng)壓力逐步下降，當(dāng)降至設(shè)定壓力時，壓力控制器5發(fā)出信號給微機(jī)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(zhuǎn)速，提高管網(wǎng)壓力，直至管網(wǎng)實(shí)際壓力等于設(shè)定壓力值。

4)用水低峰時，用戶管網(wǎng)壓力逐步上升，當(dāng)大于設(shè)定壓力時，壓力控制器5發(fā)出信號給微機(jī)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(zhuǎn)速，降低管網(wǎng)壓力，直至管網(wǎng)實(shí)際壓力等于設(shè)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(dá)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(jī)，恢復(fù)所有用戶的正常供水。

3無負(fù)壓管網(wǎng)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(jī)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(zhì)污染等方面均不如無負(fù)壓管網(wǎng)增壓穩(wěn)流供水方式，比較結(jié)果如表1所示。

從表1可以看出:與傳統(tǒng)的供水設(shè)備相比，無負(fù)壓管網(wǎng)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(wǎng)串接，能充分利用市政自來水管網(wǎng)的壓力，在自來水管網(wǎng)剩余壓力的基礎(chǔ)上疊加不夠部分的壓力，不造成能源的浪費(fèi)。

2)節(jié)電節(jié)水:由于充分利用了市政自來水管網(wǎng)的壓力，節(jié)電50%～90%，又因?yàn)闆]有建造蓄水池、高位水箱，不會產(chǎn)生水泡、滴、漏、滲等現(xiàn)象，同時無需進(jìn)行定期清洗，可以節(jié)約清洗用水，節(jié)水13%以上。

3)運(yùn)行成本低:由于充分利用了市政自來水管網(wǎng)壓力，加壓水泵選型相對較小，而且采用多泵機(jī)組，變頻控制，節(jié)約了用電，降低了運(yùn)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(fèi)用，又由于充分利用了市政自來水管網(wǎng)的壓力，加壓水泵選型相對較小，減少了設(shè)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(shè)備結(jié)構(gòu)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(jìn)的人機(jī)界面控制系統(tǒng)，全自動智能控制和管理，友好的人機(jī)對話，操作簡單，管理方便。

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

4工程應(yīng)用實(shí)例分析

湖南新化世紀(jì)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(shù)355戶，加壓區(qū)戶數(shù)376戶，泵房與最遠(yuǎn)建筑物間室外管線距離約600m，用水高峰時自來水管網(wǎng)壓力約為0.2MPa，設(shè)備安裝在地下室，地下室層高3.2m。

4.1設(shè)計流量

根據(jù)GB50015-2003建筑給水排水設(shè)計規(guī)范規(guī)定，根據(jù)下式計算出最大用水時衛(wèi)生器具給水當(dāng)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(dāng)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(shù)，=3.5人;

——小時變化系數(shù)，=2.5;

——每戶設(shè)置的衛(wèi)生器具給水容量數(shù)，=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(jié)果: ≈0.028

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

式中:——計算管段上的給水容量總數(shù)，

=1504;

——對應(yīng)的不同的系數(shù)， =0.018。

計算結(jié)果:

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

式中:——計算管網(wǎng)的設(shè)計秒流量，L/s。

計算結(jié)果為: ≈12.7L/s≈46m3/h

4.2揚(yáng)程

按照《建筑給水排水設(shè)計規(guī)范》的規(guī)定，水泵直接供水時所需揚(yáng)程按下式進(jìn)行結(jié)算:

Hb≥H1+H2+H3+H4-H0

式中:Hb——水泵揚(yáng)程;

H1——引入管配水最不利點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)所需的流出水頭，H4=2m;

H0——室外給水管網(wǎng)所提供的最小壓力。

管道沿程水頭損失可根據(jù)GB50015-2003建筑給水排水設(shè)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(nèi)徑，m;——給水設(shè)計流量，m3/s;

——海澄-威廉系數(shù)，=100。

管道局部水頭損失可根據(jù)GN50015-2003建筑給水排水設(shè)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(chǎn)生的水頭損失，kPa;

——通過管段的給水流量，m3/h;

——水表特性系數(shù)，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(yīng)取24.5kPa。

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

5結(jié)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(wǎng)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(jī)組供水方式”。針對二次供水存在的問題，無負(fù)壓管網(wǎng)增壓穩(wěn)流供水系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，安裝方便，采用全封閉結(jié)構(gòu)，供水安全可靠，不易造成二次污染。

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