王光裕

（太原供水集團(tuán)有限公司 山西太原 030000）

0 引言

現(xiàn)階段，部分城市的市政供水管受到成本過(guò)高等因素影響，整個(gè)供水管網(wǎng)壓力不高，無(wú)法契合高層住宅需要的壓力等級(jí)。傳統(tǒng)無(wú)負(fù)壓供水設(shè)備多是通過(guò)在地下室當(dāng)中布設(shè)生活水池進(jìn)行供水，容易導(dǎo)致水源出現(xiàn)二次污染，同時(shí)也存在較高的能源消耗[1]。而罐式、箱式無(wú)負(fù)壓供水設(shè)備不僅節(jié)約空間，由于全密閉設(shè)計(jì)，還減小了對(duì)水質(zhì)的影響。下面便對(duì)各類無(wú)負(fù)壓供水設(shè)備工作原理和應(yīng)用情況展開(kāi)探析。

1 無(wú)負(fù)壓供水設(shè)備原理探析

1.1 控制原理

無(wú)負(fù)壓供水設(shè)備可以基于微機(jī)來(lái)對(duì)變頻調(diào)速器進(jìn)行控制，從而達(dá)到恒壓供水的目的?？刂七^(guò)程主要分成如下環(huán)節(jié)：首先需要結(jié)合供水實(shí)際來(lái)計(jì)算供水點(diǎn)對(duì)應(yīng)的工作壓力，同時(shí)需要對(duì)市政管網(wǎng)壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。若所需壓力超過(guò)管網(wǎng)壓力，此時(shí)調(diào)速器需要提升水泵轉(zhuǎn)速來(lái)提升壓力，直到二者壓力持平。隨后還要確保水泵保持恒定轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)，從而達(dá)成恒壓供水的目的。若某時(shí)段水量增加，水泵轉(zhuǎn)速也會(huì)相應(yīng)提升；若水量降低，此時(shí)水泵轉(zhuǎn)速也會(huì)相應(yīng)降低[2]。穩(wěn)流補(bǔ)償器、真空抑制器等設(shè)備能夠有效地避免負(fù)壓的產(chǎn)生。

1.2 供水原理

（1）罐式無(wú)負(fù)壓供水設(shè)備。罐式無(wú)負(fù)壓供水設(shè)備適用于市政管網(wǎng)壓力始終≥0.25MPa，水泵直接與市政管網(wǎng)相連，二者中間設(shè)置了智能無(wú)負(fù)壓供水設(shè)施，全部為密閉設(shè)備，不會(huì)對(duì)水質(zhì)產(chǎn)生影響。

如圖1所示，當(dāng)自來(lái)水進(jìn)到調(diào)節(jié)罐之后，罐體當(dāng)中的氣體便會(huì)在真空抑制器的作用下排出，等到水充滿之后，抑制器則會(huì)關(guān)閉。若供水管網(wǎng)達(dá)到壓力及用量標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，供水設(shè)備便會(huì)利用旁路止回閥進(jìn)行供水[3]。如果管網(wǎng)壓力未能達(dá)到上述要求，系統(tǒng)則可以借助壓力傳感器或者是電接點(diǎn)壓表發(fā)出信號(hào)來(lái)啟動(dòng)水泵。水泵供水階段，如果管網(wǎng)水流量超過(guò)水泵流量，此時(shí)系統(tǒng)保持正常運(yùn)轉(zhuǎn)。如果管網(wǎng)流量低于水泵流量，此時(shí)調(diào)節(jié)罐當(dāng)中的水便會(huì)作為補(bǔ)充源進(jìn)行供水，空氣會(huì)借助調(diào)節(jié)器進(jìn)入到罐體當(dāng)中，從而降低管網(wǎng)負(fù)壓，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定供水。如果管網(wǎng)水量不夠或者是出現(xiàn)停水情況使得罐體當(dāng)中水位下降時(shí)，液位控制器則會(huì)發(fā)出信號(hào)來(lái)維護(hù)機(jī)組[4]。

圖1 罐式無(wú)負(fù)壓供水設(shè)備工作原理

（2）箱式無(wú)負(fù)壓供水設(shè)備。箱式無(wú)負(fù)壓供水設(shè)備對(duì)市政管網(wǎng)壓力無(wú)較高要求，水泵直接與市政管網(wǎng)相連，二者中間較罐式無(wú)負(fù)壓供水設(shè)備增加不銹鋼水箱，用于儲(chǔ)水。

（3）傳統(tǒng)生活水池?zé)o負(fù)壓供水設(shè)備。傳統(tǒng)生活水池?zé)o負(fù)壓供水設(shè)備適用于市政管網(wǎng)壓力＜0.25MPa，安裝設(shè)備前需進(jìn)行選址，修建生活水池用于儲(chǔ)水。運(yùn)行原理與箱式無(wú)負(fù)壓供水設(shè)備相似。

2 高層住宅無(wú)負(fù)壓供水設(shè)備應(yīng)用情況及合理選用

2.1 工程概況

某高層住宅小區(qū)有高層8棟，均為32層，樓高99m，供水戶數(shù)共計(jì)2048戶，閑時(shí)的供水壓力是0.25MPa，高峰時(shí)期壓力會(huì)出現(xiàn)較大波動(dòng)，其中管網(wǎng)壓力通常情況下低于0.2MPa。

2.2 參數(shù)計(jì)算

該小區(qū)每戶約為3.5人，人均最高用水日的用水定額q0取200L/d，本案例取其小時(shí)變化系數(shù)Kh為2.47。每戶均為一廚兩衛(wèi)，衛(wèi)生器具包含洗滌盆、盥洗盆、淋浴器、大便器、家用洗衣機(jī)水嘴，給水當(dāng)量Ng為6.0，計(jì)算管段上的給水當(dāng)量總數(shù)為Ng=6.0×2048=12288。

根據(jù)《建筑給水排水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB50015-2019）第3.7.5條款。

按下式計(jì)算出的最大用水時(shí)衛(wèi)生器具給水當(dāng)量平均出流概率：

計(jì)算結(jié)果：U0≈0.016676311

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

其中：Ng-計(jì)算管段上的給水當(dāng)量總數(shù)，Ng=12288。

根據(jù)《建筑給水排水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50015—2019）附錄B，計(jì)算可得：對(duì)應(yīng)于不同U0的系數(shù)，αc=0.008306。

計(jì)算結(jié)果：U=0.016580366

根據(jù)計(jì)算管段上的衛(wèi)生器具給水當(dāng)量同時(shí)出流概率，按下式計(jì)算得計(jì)算管段的設(shè)計(jì)秒流量：

qg=0.2·U·Ng

其中：qg-計(jì)算管網(wǎng)的設(shè)計(jì)秒流量（L/s）。

計(jì)算結(jié)果：設(shè)計(jì)流量 qg=0.2·U·Ng=40.747L/s=146m3/h。

按照《建筑給水排水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定，水泵直接供水時(shí)所需揚(yáng)程按下式進(jìn)行估算：

Hb≥1.05Hy+Hc+Hf+Σh-Hd

其中：Hb——水泵滿足最不利點(diǎn)所需水壓；

Hy——最不利配水點(diǎn)與引入管的標(biāo)高差（0.00～水箱最頂處），取104m；

Hc——最不利配水點(diǎn)所需流出水頭，取10.00m（定值）；

Hf——設(shè)備所在地平面與最不利用水點(diǎn)所在地平面間的地勢(shì)差（設(shè)備所在地面標(biāo)高～0.00），本工程為8.3m；

Σh——泵房與最高建筑物間管線的管路損失及沿程損失，本工程損失經(jīng)過(guò)計(jì)算取7.5m；

Hd——可利用的最低設(shè)備進(jìn)口壓力（市政自來(lái)水壓力），本工程高峰期自來(lái)水壓力為0.20MPa，經(jīng)計(jì)算取10.00m；

1.05 ——給水管網(wǎng)在最不利點(diǎn)流量分配情況下，克服水泵出口至最不利點(diǎn)用水間的水頭損失而考慮的系數(shù)。

通過(guò)上述計(jì)算：

設(shè)計(jì)流量用水高峰期時(shí)水泵滿足最不利點(diǎn)所需的水壓Hb≈125m。

2.3 設(shè)備選擇

基于市政管網(wǎng)供水壓力未能始終保持0.25MPa及以上，無(wú)法選用罐式無(wú)負(fù)壓供水設(shè)備，因此本案例選取箱式無(wú)負(fù)壓供水設(shè)備，保證高層住宅穩(wěn)定供水。經(jīng)過(guò)計(jì)算得出，設(shè)計(jì)流量為146m3/h，最不利點(diǎn)所需水壓為125m，將兩項(xiàng)數(shù)據(jù)交由設(shè)備生產(chǎn)廠家，由廠家對(duì)照參數(shù)設(shè)計(jì)表提供相應(yīng)的設(shè)備型號(hào)、功率、價(jià)位。

在選擇最終設(shè)備時(shí)，應(yīng)認(rèn)真考慮設(shè)備成本、區(qū)域大小、用戶反饋、節(jié)能降耗等，真正達(dá)到優(yōu)選的目的。

3 各類無(wú)負(fù)壓供水設(shè)備優(yōu)劣勢(shì)分析

（1）罐式無(wú)負(fù)壓供水設(shè)備。該類設(shè)備優(yōu)點(diǎn)在于節(jié)約成本、節(jié)約用地，無(wú)需配置水池水箱，同時(shí)設(shè)備與市政管網(wǎng)直連，不會(huì)對(duì)水質(zhì)造成影響；缺點(diǎn)在于對(duì)市政管網(wǎng)供水壓力要求較高，壓力必須始終保持0.25MPa以上，適用面有限。

（2）箱式無(wú)負(fù)壓供水設(shè)備。該類設(shè)備優(yōu)點(diǎn)在于適用面較廣，對(duì)市政管網(wǎng)供水壓力無(wú)明顯要求，自身配置水箱可滿足高峰期低壓時(shí)供水需求，此外不銹鋼水箱建造成本較水塔、水池更低，占地更小；缺點(diǎn)在于密閉水箱大小選擇要求較嚴(yán)格，如果內(nèi)部水體循環(huán)出現(xiàn)問(wèn)題，會(huì)導(dǎo)致死水產(chǎn)生和余氯減少，另外水箱每年需進(jìn)行2次消毒清潔，增加了運(yùn)行成本。

（3）傳統(tǒng)生活水池?zé)o負(fù)壓供水設(shè)備。該類設(shè)備較以上兩種設(shè)備占地面積較大，需獨(dú)立選址；修建時(shí)耗時(shí)耗力，人工成本更高；非密閉空間對(duì)水質(zhì)影響較大，需定期消毒清潔。

4 總結(jié)

現(xiàn)階段，由于箱式、罐式無(wú)負(fù)壓供水設(shè)備日趨完善，變頻技術(shù)更加優(yōu)化，大幅度降低了日常能耗，組成部分采用全密封結(jié)構(gòu)，灰塵、細(xì)菌等都無(wú)法對(duì)水質(zhì)造成二次污染。而傳統(tǒng)生活水池?zé)o負(fù)壓供水設(shè)備由于能耗高、成本高、水質(zhì)影響大、占地面積廣，后期各種問(wèn)題逐步突顯出來(lái)，因此在選用設(shè)備上，不推薦此類設(shè)備。