王志峰

（中鐵建設(shè)集團(tuán)有限公司 北京 100040）

1 引言

近十多年的城鎮(zhèn)化建設(shè)中，房屋建筑供水設(shè)施的數(shù)量快速增加，截止到2010年底，全社會(huì)擁有二次供水設(shè)施25萬(wàn)余套，且每年以2萬(wàn)余套的速度在快速增加。供水形式由高位水池、氣壓供水、低位水池變頻供水到現(xiàn)在的無(wú)負(fù)壓供水模式，不斷在節(jié)能方面進(jìn)行提升［1］。

2 無(wú)負(fù)壓供水設(shè)備的定義

無(wú)負(fù)壓設(shè)備為一種能與市政供水管網(wǎng)直接連接，在從市政供水管網(wǎng)取水時(shí)能夠保護(hù)管網(wǎng)的壓力，同時(shí)滿足用戶用水需求的二次加壓供水設(shè)備，稱之為無(wú)負(fù)壓供水設(shè)備［2-3］。

無(wú)負(fù)壓設(shè)備的核心要求在于：保護(hù)市政管網(wǎng)壓力不能低于最低服務(wù)壓力值，高層用水不間斷。

3 無(wú)負(fù)壓設(shè)備補(bǔ)償罐的計(jì)算與選型

3.1 計(jì)算方式

為達(dá)到無(wú)負(fù)壓設(shè)備的核心要求，保護(hù)市政管網(wǎng)壓力不能低于最低服務(wù)壓力值，高層用水不間斷，不僅需要技術(shù)邏輯和功能的保證，更需要精確計(jì)算來(lái)驗(yàn)證無(wú)負(fù)壓罐體能夠補(bǔ)壓補(bǔ)流量。

現(xiàn)行的無(wú)負(fù)壓補(bǔ)償罐的計(jì)算方式分析如下：

穩(wěn)壓補(bǔ)償罐調(diào)蓄容積選用時(shí)，應(yīng)按流入量和供出量的變化曲線經(jīng)計(jì)算確定。按（1）式計(jì)算：

式中，VR為穩(wěn)壓補(bǔ)償罐調(diào)蓄容積（m3）；QD為設(shè)計(jì)流量（m3／h），即計(jì)算出用戶的用水需求量；Qmax為供水管網(wǎng)在最低服務(wù)壓力時(shí)，所能供給的最大供水量，為市政供水量，可查《管徑流速流量對(duì)照表》，得出DN100的管徑在流速1.5 m／s的情況下流量為42 m3／h；△T為用水高峰持續(xù)時(shí)間，一般△T為5～15 min。

3.2 計(jì)算結(jié)果分析

（1）當(dāng)用戶的用水量小于市政供水量時(shí)，得出的是負(fù)數(shù)。

用戶用水量為 40 m3／h，計(jì)算為（40 m3／h-42 m3／h）×15 min＝-0.5 m3（負(fù)數(shù)）。

（2）當(dāng)用戶的用水量等于市政供水量時(shí)，得出的是0。

用戶用水量為 42 m3／h，計(jì)算為（42 m3／h-42 m3／h）×15 min＝0 m3（零）。

（3）當(dāng)用戶的用水量大于市政供水量時(shí)，得出的有以下兩種。

用戶用水量為 45 m3／h，計(jì)算為（45 m3／h-42 m3／h）×15 min＝0.75 m3（0＜結(jié)果 ＜1）。

用戶用水量為 50 m3／h，計(jì)算為（50 m3／h-42 m3／h）×15 min＝2 m3（結(jié)果 ＞2）。

綜上所述，得出使用罐式無(wú)負(fù)壓需具備的安全條件為：用戶用水量最好小于等于市政用水量。如果用戶的用水量比市政的用水量大，且結(jié)果大于2時(shí)，通常建議選用帶水箱的無(wú)負(fù)壓來(lái)保證安全。水箱的容積的取值為用戶用水量與市政來(lái)水的差量，經(jīng)計(jì)算，箱式無(wú)負(fù)壓的水箱容積為日供水量的5%［4-5］。無(wú)負(fù)壓設(shè)備選型見(jiàn)表1。

表1 無(wú)負(fù)壓設(shè)備選型

4 無(wú)負(fù)壓設(shè)備在具體工程中的節(jié)能比較

無(wú)負(fù)壓供水設(shè)備節(jié)能是源于此設(shè)備與自來(lái)水管道直接串聯(lián)，可充分利用自來(lái)水管道原有的壓力，差多少，補(bǔ)多少［6-7］。

4.1 工程概況

北京恒大城項(xiàng)目位于北京市昌平區(qū)，該項(xiàng)目共6棟主樓，樓層均為28層，樓高為84 m。1～5層為市政直供；6～15層為加壓中區(qū)，最不利供水點(diǎn)標(biāo)高45 m，16～28層為高區(qū)，最不利供水點(diǎn)標(biāo)高84 m。

泵房在地下二層，泵房擬從室外市政給水管上接出一根DN100的自來(lái)水管進(jìn)入泵房，市政供水水壓為0.30～0.35 MPa。一廚一衛(wèi)，用一套無(wú)負(fù)壓設(shè)備。

4.2 原圖紙?jiān)O(shè)計(jì)變頻供水設(shè)備耗電情況

生活供水中區(qū)：設(shè)備型號(hào)65DL30-15×6，流量36 m3／h，揚(yáng)程78 m，功率15 kW×2＝30 kW （水泵兩用一備）。

生活供水高區(qū)：設(shè)備型號(hào)65DL30-15×8，流量36 m3／h，揚(yáng)程120 m，功率18.5 kW×2＝37 kW（水泵兩用一備）。

為了了解原設(shè)計(jì)變頻供水設(shè)備實(shí)際運(yùn)行情況，針對(duì)完全相同項(xiàng)目恒大城A7地塊進(jìn)行了檢測(cè)，并通過(guò)檢測(cè)工具檢測(cè)出從2014年3月31日15：40～2014年4月11日14：39這一時(shí)段整體的運(yùn)行情況。檢測(cè)出設(shè)備供水量420 t，耗電量524 kWh（見(jiàn)表2）。

表2 原設(shè)計(jì)設(shè)備運(yùn)行情況

通過(guò)上述數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表明，變頻供水設(shè)備中水泵長(zhǎng)期在小流量下運(yùn)行，導(dǎo)致水泵電機(jī)效率過(guò)低，經(jīng)過(guò)分析得到原設(shè)計(jì)供水設(shè)備統(tǒng)計(jì)區(qū)間的供水量為 420 m3／d，耗電量 524 kWh／d，單位水耗電量為1.25 kWh／m3［8-11］。

為了更好地比較其節(jié)能效果，特別引入1 000 t水耗電量，按（2）式計(jì)算。

式中，δ為1 000 t水耗電量，設(shè)備供1 000 t水提高1 MPa的耗電量；P為水泵做功揚(yáng)程（m）。

4.3 無(wú)負(fù)壓設(shè)備耗電情況

無(wú)負(fù)壓供水設(shè)備供水可以有效地保證小區(qū)整體管網(wǎng)平衡。并對(duì)市政管網(wǎng)具備保護(hù)能力。即市政來(lái)水正常時(shí)，無(wú)負(fù)壓設(shè)備取水時(shí)始終保持市政來(lái)水端壓力不低于當(dāng)?shù)刈詠?lái)水設(shè)定值。

為了了解無(wú)負(fù)壓設(shè)備實(shí)際運(yùn)行情況，通過(guò)檢測(cè)工具檢測(cè)出從2014年6月13日11：33～2014年6月18日11：31這一時(shí)段無(wú)負(fù)壓的運(yùn)行情況。檢測(cè)出設(shè)備供水量190 t，耗電量83 kWh（見(jiàn)表3）。

表3 無(wú)負(fù)壓設(shè)備運(yùn)行情況

生活供水中區(qū)：設(shè)備型號(hào)100ZWG3／WDL16-5，流量36 m3／h，揚(yáng)程51 m，功率5.5 kW×2＝11 kW（水泵兩用一備）。

生活供水高區(qū)：設(shè)備型號(hào)100ZWG3／WDL12-10，流量36 m3／h，揚(yáng)程94 m，功率7.5 kW×2＝15 kW（水泵兩用一備）。

通過(guò)上述數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表明，根據(jù)實(shí)際的用水規(guī)律，確定大小泵實(shí)際用時(shí)時(shí)數(shù)，得到小泵長(zhǎng)期在小流量下運(yùn)行，水泵電機(jī)效率高，經(jīng)過(guò)分析得到現(xiàn)有供水設(shè)備供水量為190m3／d，耗電量83 kWh／d，單位水耗電量為0.437 kWh。

為了更好地比較其節(jié)能效果，特別引入1 000 t水耗電量，按（2）式計(jì)算。

5 使用無(wú)負(fù)壓設(shè)備的經(jīng)濟(jì)分析

中區(qū)：原水泵功率為30 kW（兩用一備），而選用無(wú)負(fù)壓設(shè)備后，功率為11 kW（兩用一備）。平時(shí)正常供水時(shí)段時(shí)間約為16 h，一臺(tái)水泵在運(yùn)行，高峰期2臺(tái)同時(shí)運(yùn)行約4 h，夜間有4 h的休眠狀態(tài)。

計(jì)算過(guò)程按實(shí)際1 kWh電0.5元（非照明用電）計(jì)算為：

變頻供水設(shè)備：（15 kW×16 h+30 kW×4 h）×365＝131 400 kWh

131 400×0.5＝65 700元

無(wú)負(fù)壓設(shè)備：（5.5 kW×16 h+11 kW×4 h）×365＝48 180 kWh

48 180×0.5＝24 090元

使用無(wú)負(fù)壓比變頻節(jié)省41 610元。

同理，高區(qū)，計(jì)算過(guò)程按實(shí)際1 kWh電0.5元（非照明用電）計(jì)算為：

變頻供水設(shè)備：（18.5 kW×16 h+37 kW×4 h）×365＝162 060 kWh

162 060×0.5＝81 030元

無(wú)負(fù)壓設(shè)備：（7.5 kW×16 h+15 kW×4 h）×365＝65 700 kWh

65 700×0.5＝32 850元

使用無(wú)負(fù)壓比變頻節(jié)省48 180元。

無(wú)負(fù)壓供水設(shè)備比傳統(tǒng)的變頻供水設(shè)備1年節(jié)省電費(fèi)89 790元，10年可節(jié)省電費(fèi)897 900元，而設(shè)備的使用壽命為25年［12］。

6 結(jié)論及意義

通過(guò)設(shè)備的選擇，水泵的選擇，并通過(guò)設(shè)備高效地運(yùn)行，其科學(xué)有效的節(jié)能手段達(dá)到了高效節(jié)能的目的，而大量的數(shù)據(jù)也表明無(wú)負(fù)壓設(shè)備具有高效的節(jié)能性。

通過(guò)以上計(jì)算可知：變頻供水設(shè)備的1 000 t水耗電量為1 950 kWh。無(wú)負(fù)壓設(shè)備的1 000 t水耗電量為704.6 kWh。無(wú)負(fù)壓設(shè)備相對(duì)于變頻供水設(shè)備的節(jié)能率為63.87%。通過(guò)經(jīng)濟(jì)性地比較分析，使用無(wú)負(fù)壓設(shè)備5年即能收回先期多投入的資金。