蒙聯(lián)光 廣西經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 530021

變頻調(diào)速“無(wú)負(fù)壓”供水技術(shù)的應(yīng)用

蒙聯(lián)光 廣西經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 530021

城市飲用水供水系統(tǒng)的“二次污染”問(wèn)題直接影響到人們的身體健康。要解決這個(gè)問(wèn)題需要采用變頻調(diào)速“無(wú)負(fù)壓”恒壓供水技術(shù)。變頻調(diào)速“無(wú)負(fù)壓”恒壓供水節(jié)能技術(shù)能解決“二次污染”問(wèn)題，還有“減少供水系統(tǒng)的設(shè)備投資”、“節(jié)能、節(jié)水、節(jié)地”等優(yōu)點(diǎn)?！盁o(wú)負(fù)壓”恒壓供水技術(shù)已經(jīng)成熟，推廣應(yīng)用變頻調(diào)速恒壓供水技術(shù)會(huì)帶來(lái)社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

供水;二次污染; 變頻調(diào)速; 無(wú)負(fù)壓; 節(jié)能

一、應(yīng)用“無(wú)負(fù)壓”恒壓供水技術(shù)的意義

城市供水的水質(zhì)量和安全是關(guān)系到廣大市居民身體健康、生命安全、社會(huì)穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重大問(wèn)題。我國(guó)幾年前己將“水質(zhì)污染控制技術(shù)與治理工程”列為國(guó)家“十一、五”期間12個(gè)重大科技專項(xiàng)之一。并將“提高供水安全保障程度”列為國(guó)家重點(diǎn)資助領(lǐng)域。

我國(guó)大部分城市高層樓宇供水系統(tǒng)，由于樓高水壓低無(wú)法送到需要的高度（城市供水壓力服務(wù)規(guī)范要求0.14MPa）。一般四層以上都應(yīng)采用二次加壓供水方式。水務(wù)公司目前供應(yīng)的飲用水都是從江、湖抽上后都經(jīng)過(guò)水廠嚴(yán)格消毒、凈化處理，符合國(guó)家生活飲用水水質(zhì)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，可直接飲用。但在輸送、儲(chǔ)蓄和二次加壓過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生二次污染，造成了供水水質(zhì)以及供水安全的問(wèn)題。其中，蓄水池和高位水箱是主要的污染源。原因是水池中的儲(chǔ)水，長(zhǎng)時(shí)間露空產(chǎn)生氧化作用，使池中生長(zhǎng)藻類。蓄水池如果防護(hù)、密封不好，水中掉有蚊、蟲、蟻等小動(dòng)物，嚴(yán)重污染了水源。如果使用變頻調(diào)速技術(shù)控制加壓泵“無(wú)負(fù)壓”供水（下稱變頻調(diào)速“無(wú)負(fù)壓”恒壓供水技術(shù)），就可以根除二次污染。這樣，既能使居民放心地用上沒(méi)有污染的、新鮮潔凈的自來(lái)水，又能提高民眾對(duì)政府提供的社會(huì)公益服務(wù)的滿意度，產(chǎn)生良好的社會(huì)效益。

先了解什么叫“負(fù)壓”？怎樣產(chǎn)生？如果不經(jīng)蓄水池直接在市政管網(wǎng)中串水泵抽水，在水流的過(guò)渡過(guò)程中，水泵的進(jìn)口水量少于泵的出口水量時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)水柱分離及再?gòu)浐犀F(xiàn)象，從而破壞了非恒定流動(dòng)的連續(xù)性，產(chǎn)生所謂的“負(fù)壓”。“負(fù)壓”是壓力管路中氣囊、氣阻、水錘、壓力振蕩等危及管網(wǎng)安全的主要隱患。所以，“負(fù)壓”現(xiàn)象在市政供水壓力管網(wǎng)中是不允許出現(xiàn)的。變頻調(diào)速恒壓供水技術(shù)就可以做到防止“負(fù)壓”現(xiàn)象的產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)“無(wú)負(fù)壓”供水。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)目前有不少的新產(chǎn)品陸續(xù)推出，性能越來(lái)越先進(jìn)，安全供水越來(lái)越可靠。由于變頻調(diào)速“無(wú)負(fù)壓”恒壓供水技術(shù)成熟，我國(guó)許多城鎮(zhèn)己放開(kāi)了供水條例的相關(guān)禁令。

二、變頻調(diào)速“無(wú)負(fù)壓”恒壓供水技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

1、減少供水系統(tǒng)的用地和基建投資

根據(jù)GB50015-2003建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范第3.7條規(guī)定，生活蓄水池容積(在缺乏資料時(shí))按最高日用水量的20%～25%確定，由水泵加壓提升進(jìn)入高位水箱的生活用水調(diào)節(jié)容積，不宜小于最大用水時(shí)水量的50%。為保證水質(zhì)，防止被污染，還需設(shè)置紫外線消毒器等多套二次供水消毒設(shè)備。市政管網(wǎng)的自來(lái)水被放入水池中，再用水泵抽到高位水箱，使得市政自來(lái)水管網(wǎng)中原有的壓力（約0.3MPa左右）得不到充分的利用，浪費(fèi)了水頭壓力。同時(shí)，修建水池和水箱也增加了基建投資和占用場(chǎng)地空間。采用變頻調(diào)速“無(wú)負(fù)壓”恒壓供水技術(shù)可以將供水設(shè)備直接串接在市政管網(wǎng)上，不需要建造蓄水池，減少了供水系統(tǒng)的用地和基建投資。

2、保證供水質(zhì)量

傳統(tǒng)的供水方式，極容易產(chǎn)生二次污染，因?yàn)樵谒畡?wù)公司的自來(lái)水流入水池和水箱的過(guò)程中，其他各種雜質(zhì)、污染物極易進(jìn)入水池中。尤其是夏天，水質(zhì)極易變質(zhì)、變味，嚴(yán)重污染了水源，影響了人們的身體健康。尤其是在“非典”及突發(fā)其他傳染病的時(shí)期，水源的污染對(duì)人們的身體健康危害更大。另外，如果設(shè)計(jì)、施工過(guò)程中水池水箱的制作和防腐材料選擇不當(dāng)，也將直接污染水質(zhì)。而變頻調(diào)速恒壓供水技術(shù)的供水設(shè)備為全封閉運(yùn)行，水與空氣不直接接觸，異物與其他各種雜質(zhì)更不易進(jìn)入管網(wǎng)系統(tǒng)中，從而保證了供水系統(tǒng)的水質(zhì)安全；同時(shí)，供水設(shè)備本身采用了符合衛(wèi)生規(guī)定的不銹鋼優(yōu)質(zhì)材料或進(jìn)行防腐處理，不會(huì)滋生藻類，達(dá)到了不污染水質(zhì)，滿足人們對(duì)生活用水的衛(wèi)生要求。

3、節(jié)能、節(jié)水、節(jié)地

傳統(tǒng)的供水方式將自來(lái)水放入水池中，壓力變?yōu)榱?，再由零開(kāi)始重新加壓，造成能量的浪費(fèi)，用水量越大，浪費(fèi)的能源就越多?！盁o(wú)負(fù)壓”恒壓供水設(shè)備與市政管網(wǎng)串接，在原有水頭壓力的基礎(chǔ)上疊加到所需要的壓力，差多少補(bǔ)多少，充分利用管網(wǎng)余壓，有明顯的節(jié)電效果。

因?yàn)楸妙悓儆谄椒叫拓?fù)載，根據(jù)水泵特性的關(guān)系式：

式中，P為運(yùn)行時(shí)的軸功率；Pe為電機(jī)的額定功率；n為運(yùn)行轉(zhuǎn)速；ne為額定轉(zhuǎn)速。

從上式可以看出，在保證管道壓力和水流量在設(shè)計(jì)值的前提下，可降低水泵的運(yùn)行轉(zhuǎn)速。如果運(yùn)行轉(zhuǎn)速是額定轉(zhuǎn)速的一半，根據(jù)（1）式的計(jì)算結(jié)果，理論上，運(yùn)行時(shí)的功率為電機(jī)額定功率的八分之一。根據(jù)多年的安裝實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)市政管網(wǎng)余壓達(dá)0.30～0.40MPa時(shí)，變頻器運(yùn)行設(shè)置“睡眠”參數(shù)，加裝用戶管網(wǎng)穩(wěn)壓氣罐，總體節(jié)能可達(dá)到50%以上。

在節(jié)水方面，由于無(wú)負(fù)壓供水設(shè)備采用的是全封閉系統(tǒng)，徹底解決了水池、水泵、水箱的跑、冒、漏、滴等浪費(fèi)水源的現(xiàn)象，同時(shí)也節(jié)省了定期清洗水池、水箱而造成的水資源的浪費(fèi)；并可免去清刷水池、消毒等麻煩的常規(guī)管理工作和費(fèi)用。在節(jié)地方面，傳統(tǒng)的供水方式需在室外或室內(nèi)地下室建造貯水池、水泵房，在屋頂設(shè)置高位水箱、消毒間。而無(wú)負(fù)壓供水設(shè)備占地面積很少，且可多棟樓房合用。

三、變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的組成

圖1是我國(guó)某廠變頻調(diào)速“無(wú)負(fù)壓”恒壓供水設(shè)備的外形實(shí)物圖。該產(chǎn)品的主要零部件由變頻水泵電機(jī)組、各種閥門、進(jìn)口蓄水罐、出口氣壓罐、電氣控制柜等組成。圖2是變頻調(diào)速“無(wú)負(fù)壓”恒壓供水系統(tǒng)示意圖。

四、工作原理

市政管網(wǎng)自來(lái)水進(jìn)入蓄水罐，罐內(nèi)的空氣從真空消除器內(nèi)排出，待水充滿后，真空消除器自動(dòng)關(guān)閉，使蓄水罐內(nèi)的壓力達(dá)到市政管網(wǎng)的水壓。當(dāng)自來(lái)水能夠滿足用戶管網(wǎng)的壓力和用水量的要求時(shí)，供水設(shè)備通過(guò)旁通止回閥直接向用戶水管網(wǎng)供水，供水設(shè)備處于“睡眠”狀態(tài)；當(dāng)自來(lái)水管網(wǎng)的水壓和水量不能滿足用戶管網(wǎng)要求的水壓和用水量時(shí)，系統(tǒng)通過(guò)壓力傳感器向變頻器發(fā)出信號(hào)，軟啟動(dòng)水泵，使其處于變頻調(diào)速運(yùn)行狀態(tài)，并根據(jù)用戶用水量的大小依次加泵減泵，以維持用戶管網(wǎng)的水壓恒定，保證樓宇高層用水量?？删幊炭刂破鱌LC根據(jù)控制程序進(jìn)行工頻、變頻運(yùn)行切換或各水泵輪換運(yùn)行，避免出現(xiàn)死水區(qū)。水泵運(yùn)行供水時(shí)，若市政自來(lái)水管網(wǎng)的水量大于水泵輸出流量，系統(tǒng)繼續(xù)加壓保持向樓宇高層正常供水。用水高峰期時(shí)，若市政自來(lái)水管網(wǎng)水量小于水泵輸出流量時(shí)（用戶用水量），蓄水罐內(nèi)的水作為補(bǔ)充水源仍能正常加壓供水，此時(shí)，空氣由真空消除器進(jìn)入蓄水罐，消除了市政自來(lái)水管網(wǎng)的負(fù)壓。用水高峰期過(guò)后，系統(tǒng)恢復(fù)正常的狀態(tài)。若市政自來(lái)水管網(wǎng)供水不足或管網(wǎng)停水而導(dǎo)致蓄水罐內(nèi)的水位不斷下降到最低水位，液位控制器發(fā)出水泵停機(jī)信號(hào)，以保護(hù)水泵機(jī)組。夜間及小流量供水時(shí)可通過(guò)小型氣壓罐短時(shí)維持用戶管網(wǎng)水壓，保證夜間小流量正常供水，免使水泵頻繁啟動(dòng)，延長(zhǎng)使用壽命。如遇到停電時(shí)，則依靠市政管網(wǎng)壓力通過(guò)旁通止回閥向樓宇低層用水戶維持供水。

圖1 變頻調(diào)速“無(wú)負(fù)壓”恒壓供水設(shè)備外形圖

圖2 變頻調(diào)速“無(wú)負(fù)壓”恒壓供水系統(tǒng)示意圖

變頻調(diào)速“無(wú)負(fù)壓”恒壓供水設(shè)備關(guān)鍵技術(shù)部分為智能控制系統(tǒng)(變頻調(diào)速)和蓄水罐的真空消除。智能控制系統(tǒng)核心部件采用西門子PLC可編程控制器（S7-2000）以及瑞士ABB電氣公司的變頻器（ACS510）。程序軟件的編制、設(shè)計(jì)及變頻器運(yùn)行參數(shù)的設(shè)置，應(yīng)由專業(yè)技術(shù)工程人員根據(jù)水泵的運(yùn)行特點(diǎn)精心編制。管網(wǎng)進(jìn)出口壓力檢測(cè)儀表，采用4～20mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)壓力傳感器，其精度高，抗干擾性能好，使用壽命遠(yuǎn)高于通常的遠(yuǎn)傳壓力表。變頻調(diào)速“無(wú)負(fù)壓”恒壓供水設(shè)備具有界面直觀，操作簡(jiǎn)便可靠，性能穩(wěn)定，智能化高等諸多特點(diǎn)。能在市政管網(wǎng)的余壓上安全疊加，依靠蓄水罐上真空消除器。其在罐內(nèi)儲(chǔ)水被抽空前及時(shí)消除罐內(nèi)真空，從而達(dá)到罐內(nèi)外壓力平穩(wěn)，由此不會(huì)對(duì)市政管網(wǎng)造成負(fù)壓，不會(huì)影響市政管網(wǎng)其他用戶的正常用水。同時(shí)要在市政管網(wǎng)水源進(jìn)口處安裝過(guò)濾網(wǎng)和止回閥，預(yù)防發(fā)生意外產(chǎn)生回流，污染公共水源。

五、 結(jié)束語(yǔ)

變頻調(diào)速“無(wú)負(fù)壓”恒壓供水技術(shù)的研究到問(wèn)世，已有十多年的經(jīng)歷。因其在“節(jié)能、節(jié)地、防污染”等各個(gè)方面都具有傳統(tǒng)供水方式所不可比擬的優(yōu)勢(shì)，具有廣闊的發(fā)展空間。變頻調(diào)速“無(wú)負(fù)壓”恒壓供水應(yīng)用技術(shù)利國(guó)利民。特別是“節(jié)能、防污染”、能源日趨緊張以及人們對(duì)生活質(zhì)量水平要求越來(lái)越高的今天，是一種較為合理的供水方式。隨著市政管網(wǎng)“準(zhǔn)入”管理制度的健全和改革開(kāi)放，科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展和供水設(shè)備不斷革新，變頻調(diào)速“無(wú)負(fù)壓”恒壓供水技術(shù)在不久的將來(lái)，將廣泛地用于用戶水壓不足的居民區(qū)、工廠、醫(yī)院、機(jī)關(guān)、賓館等場(chǎng)合，或其他需要二次增壓恒壓供水的地方。

[1] 張燕賓. 變頻調(diào)速應(yīng)用實(shí)踐[M].機(jī)械工業(yè)出版社.2001.

[2] 朱玉堂. 變頻恒壓供水系統(tǒng)的研究開(kāi)發(fā)與應(yīng)用[d].浙江大學(xué).2005.

[3] 劉忠.談管網(wǎng)疊壓(無(wú)負(fù)壓)給水設(shè)備的正確應(yīng)用.給水排水.2007,33(6)

10.3969/j.issn.1001-8972.2010.14.060