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浅析高层建筑中无负压供水技术的应用荆门市供水总公司 邹红梅 胡士荣 赵天贵2011年12月16日 来源：中国供水节水自来水厂传统上通过城市输、配水管道供水，水压一般在2kg/cm2左右，夜间可达2527kg/cm2。随着城市建设发展，相继出现了次高层建筑，高层建筑。这就涉及到二次增压供水的问题。如何在满足使用功能的情况下实现安全、经济供水，选用何种供水系统，成了摆在给排水工程师们面前的课题，本文结合荆门供水工程实例阐述了传统二次供水工艺与无负压技术的优缺点及如何更好地应用无负压技术。一、无负压技术引进的背景荆门市中心城区建成区面积50.5平方公里，人口46.8万，属于低山丘陵地区，地貌大致为低山、丘陵和平原低地三种类型。市区规划建设用地地势海拔在4米163米不等，由于部分区域地势较高以及次高层建筑，高层建筑出现。以往传统的二次加压设备已不能满足用户的需求，如：1、市政水地下蓄水池水泵加压用水点19世纪80年代末都是应用的这种模式，这种模式的最大缺陷是：水池未经卫生监督部门的预防性卫生监督。由于这种设施属于各自的房屋产权单位，与市政供水脱节，如果不能对蓄水池进行定期清洗、消毒和卫生防护，就有可能出现水质二次污染。2、市政水地下蓄水池水泵加压屋顶蓄水池用水点这种模式与1的模式差别不大，与1相比有如下优点和缺点，优点是水泵不需要24小时运转，减少了用电量，也减少了水管长期负荷的压力，降低水泵及水管的维修费用；缺点是增加了一个蓄水池，前期费用大，增加了污染的可能性。如何杜绝水质二次污染，又能满足用户用水需求，针对这个问题，市场上就有了无负压设备的生产。下面谈谈荆门无负压技术的实际应用。二、无负压技术的实际应用1、工程概况荆门东方国际供水工程，29层2幢住宅楼，双卫一厨，最高建筑物高度92米 。工程中水源由DN200市政自来水管网供给，且水质符合国家生活饮用水卫生标准（GB5749-2006版）要求。用水高峰期设备进水口自来水压力不小于0.40MPa。市政开口为DN150，泵房进出水管管径按不低于DN125设计， 管材为衬塑管；泵房尺寸5m4m3m，泵房进出通道均不得小于1.5m，根据以上参数，本着既能节约成本，又能满足用户长期使用要求的原则，给用户拟定了两套供水方案以供选择1.1方案1：分中(7-18层)、高区(19-29层)供水，两套设备中区配置1：配用水泵型号：CR15-5两台格兰富泵水泵参数：Q=18m3/hH=53mN=4.0Kw；配件：稳流补偿器CYQ60130一套（极瓷处理）；过滤器一套（不锈钢）；远传压力表三块；负压表一块；真空抑制器ZBQF-150一套（不锈钢）；压力控制器一套；智能控制柜一套；其它管件阀门为不锈钢配置2：配用水泵型号：CR15-5两台格兰富泵水泵参数：Q=18m3/hH=53mN=4Kw；配件：稳流补偿器CYQ60130一套（不锈钢）；过滤器一套（不锈钢）；远传压力表三块；负压表一块；真空抑制器ZBQF-150一套（不锈钢）；压力控制器一套；智能控制柜一套；其它管件阀门为不锈钢高区配置1：配用水泵型号：CR15-9两台格兰富泵水泵参数：Q=18m3/hH=96mN=7.5Kw；配件：稳流补偿器CYQ80150一套（极瓷处理）；过滤器一套（不锈钢）；远传压力表三块；负压表一块；真空抑制器ZBQF-200一套（不锈钢）；压力控制器一套；智能控制柜一套；其它管件阀门为不锈钢配置2： 配用水泵型号：CR15-9两台格兰富泵水泵参数：Q=18m3/hH=96mN=7.5Kw；配件：稳流补偿器CYQ80150一套（不锈钢）；过滤器一套（不锈钢）；远传压力表三块；负压表一块；真空抑制器ZBQF-200一套（不锈钢）；压力控制器一套；智能控制柜一套；其它管件阀门为不锈钢1.2方案2：合用一套设备配置1：配用水泵型号：CR32-6 两台格兰富泵水泵参数：Q=29m3/hH=93mN=11Kw；配件：稳流补偿器CYQ80150一套（极瓷处理）；过滤器一套（不锈钢）；远传压力表三块；负压表一块；真空抑制器ZBQF-200一套（不锈钢）；压力控制器一套；智能控制柜一套；其它管件阀门为不锈钢配置2：配用水泵型号：CR32-6 两台格兰富泵水泵参数：Q=29m3/hH=93mN=11Kw；配件：稳流补偿器CYQ80150一套（不锈钢）；过滤器一套（不锈钢）；远传压力表三块；负压表一块；真空抑制器ZBQF-200一套（不锈钢）；压力控制器一套；智能控制柜一套；其它管件阀门为不锈钢2、无负压设备与传统水池供水方式一次性投资及运行费用比较2.1、传统水池供水一次性投资2.1.1、按照国家规范要求至少需设生活用地下水箱50m3的两个，综合性投资约计15万元。2.1.2、普通变频供水设备2套，根据配制的不同投资约计40万元左右。2.1.3、需水池消毒设施2套，约计5万元。2.1.4、因用水池供水，建筑占地面积较大，近100m2,仅此一项按节约的空间按每平米2000元计算，就多投资约计20万元。2.1.5、因传统水池供水无远程监控系统，设备陈旧落后，操作管理复杂，因此物业管理、维护费及人工费可多投资近3万元。该工程若采用普通的水池方案解决生活供水，一次性投资约计：83万元。2.2、运行费用的比较2.2.1、设备节能方面，按照设备机组运行时间1年，供水压力为0.93Mpa，直接与自来水管串接，市政管网压力为0.4Mpa，充分利用现有自来水管网压力，比传统设备节能：0.4MPa /0.93MPa100%=43%11KW2台365天24小时43%0.6元/度=49721.8元。2.2.2、因无负压设备具有变量变压专利技术，假设设备在用水高峰期和低峰期的管网压力损失为：P差=0.2Mpa计算。用水高峰期为20%时间，低峰期为80%时间，则变压值应按P差=0.16Mpa计算。节能比为：0.16MPa /0.93MPa100%=17.2%11KW2台365天24小时17.2%0.6元/度=19888.7元。2.2.3、无负压设备具有保压功能。无负压设备具有小流量保压运行功能，避免水泵的长时间低速耗能运行，此技术节能可按1台泵小流量低速运转变频停机节能计算。机组节能为：11KW1台365天24小时43%0.6元/度=24860.9元按照设备运行10年计算，可节约运行费用约计94.5万元。2.2.4、运行维护方面。无负压设备集计算机网络技术、通讯技术、电子技术、微机压缩和解码技术于一体。可同时实现远程与近程联合监控、预警、管理、操作、服务，减少了人工值守费用，维护费用几乎为零，比传统的设备每年至少节约维护费用4-5万元/年，按照10年计算，至少可节约40万-50万元；2.2.5、其它方面。因无负压设备的应用可不用水池因此节约了大量的清洗费,按照国家标准每年两次,约计每年需要1.5万元左右的清洗费。2.2.6、因无负压设备的应用可不用水池因此可节约消毒设施运行费用，约计每年2万元左右。2.2.7、因无负压设备不用水池因此节约了大量的水资源，避免了水池的跑、冒、漏、渗等、约计每年可节约水费2万元左右。2.2.8、比传统的设备每年至少节约维护费用5.5万元/年，按照10年计算，至少可节约55万元；综上所述：本工程无负压设备设计使用最低寿命为20年，现按照10年计算比较， 与传统的水池相比，无负压设备可节约运行费用189.5-199.5万元。三.无负压给水设备工作原理及优越性1、无负压（无吸程）管网增压稳流给水设备主要由微机变频控制柜、水泵机组、稳流补偿器、真空抑制器、压力传感器以及各种管件阀门等构成，并可根据工程情况预留加氯机、臭氧发生器等接口，如图1所示。该设备可串接到市政自来水管网上直接增压，不产生负压，并可稳定流量。此设备的核心部分是稳流补偿器和真空抑制器及其控制系统。稳流补偿器是连接在自来水管网与水泵吸入口之间的特制密闭容器，以实现增压稳流的功能，同时配合真空抑制器抑制真空形成。真空补偿器则是根据稳流补偿器内的水量及压力等一系列信号，通过其控制系统自动调节控制，实现平衡稳流补偿器内的压力使之不产生负压，从而避免了水泵与管网直接连接运行时对管网内其它用户供水压力产生影响。真空补偿器中的控制系统包括压力检测机构控制系统、液位检测机构控制系统和补偿机构控制系统等三部分。压力检测机构通过压力传感器检测稳流补偿器内的压力反馈给中央处理器；液位检测机构通过液位传感器检测稳流补偿器内的流量及水位并将其反馈给中央处理器；补偿机构则是利用“活塞”原理，通过“活塞”式的移动来调节进水管的压力和流量波动，以保证设备正常运行时不对管网内其它用户产生压力影响。而中央控制器可对系统内各部分压力、流量信号进行分析计算，并对稳流补偿器、真空抑制器及水泵发出各种控制信号。无负压（无吸程）管网增压稳流给水设备的工作原理是采用微机控制变频调速多变量控制，通过稳流补偿预压平衡系统、真空抑制系统、空气隔断系统、负压反馈系统联合作用来实现无负压供水。其控制流程如图2所示：无负压（无吸程）管网增压稳流给水设备是集计算机控制技术、网络通讯技术、自动化技术、远程监控、监测、中心网络管理等技术为一体，根据用水量的变化，自动调节，自动适应，使系统始终处于高效节能的、无人值守的全自动运行状态。该设备采用微机控制变频调速实现恒压供水，系统通过微机检测管网压力，用负压反馈及供水管网压力变化来适时、恰当地调节变频器的频率，既能实现保持设定的供水压力，又能满足供水量变化的要求。首先根据实际情况设定用水点工作压力，检测出水管实际压力并与设定压力进行比较，如果实际压力高于设定压力，则降低变频器频率，反之升高变频器频率。另外，全密封结构及负压反馈抑制系统使本设备可以和自来水管网直接串接，利用水泵工作的叠加原理，设备可以充分利用自来水原有的压力，增加了变频调速恒压给水设备的节能点。当自来水压力不足致使压力下降时，设备通过系统中的检测装置采集水量及压力信号，实时反馈，通过微机控制，自动调节，抑制管网负压产生，保证了本设备不对城市管网产生任何影响。2、无负压给水设备与传统设计变频加压给水方式相比具有如下优越性如下：2.1、供水方式先进可靠传统设计通常采用“地下生活水池水泵”的普通变频加压给水方式。其供水方式如下：该供水方式由市政外网供水至地下生活水池，再利用水泵的二次加压后直接向各用水点供水。采用变频调速供水方式虽然能够利用微机的变频技术来调节水泵的转速，从而达到节能的目的（据经验统计，与常规继电接触器控制相比（水泵恒速运行），可节电约20%左右），但由于自来水全部被放入水池中，原有的自来水压力全部变为零，不能利用自来水原有压力，系统电耗大；安装维护麻烦；同时因需修建生活水池而带来的如一次性投资高，占地面积大，易造成二次污染、漏水等一系列弊病。无负压给水设备的供水方式，其加压设备可直接串接在自来水输送管网上，采用全密闭的预压平衡式稳流补偿器、真空抑制及补偿系统，利用微电脑控制，自动调节，使自来水管道不产生负压；同时可充分利用自来水管网压力，由泵组进行补压式供水，以满足用户供水压力的要求。当自来水管网压力满足要求时，设备即可停止工作，而由自来水管网直接供水。采用无负压给水方式时，系统不需设水箱等调节构筑物；采用100%全密闭结构，不与空气接触；并且可充分利自来水剩余压力。故无负压方案较传统设计加压给水方式比较，具有占地面积小、一次性投资省、运行费用低、便于安装维护管理、水质卫生环保，杜绝了水资源的“跑、冒、滴、漏”等浪费现象。因为，无负压设备不仅不会影响周围用户的用水，而且可充分利用自来水原有的压力，达到节能的目的(节电可达50%90%以上)，另外可消除因加设水箱等储水构筑物而引起的一系列弊病。2.2、杜绝二次污染根据有关专家研究，生活饮用水产生二次污染主要环节是在二次加压系统中的水池等调节储水装置。因为将纯净的自来水放入水池中，各种杂质、污染物极易进入水中，尤其是夏天，水质极易变质、变味，严重污染了水源，影响了人们的身体健康。另外，水池的内衬材料选择不当，也将直接污染水质。而三利方案所选用的WWG无负压（无吸程）给水设备不需设水池，且为全封闭系统，取消了二次污染的主要环节，保证了供水系统中的水质安全。故选用无负压管网增压稳流给水设备，系统采用全封闭结构，水源没有任何污染，供水安全可靠，是真正的卫生、环保的绿色产品。2.3、节省了一次性综合投资无负压管网增压稳流给水设备可直接串接到任何自来水压力不足的管网上进行加压供水，不需设水池同时也可省去因二次污染而投入的消毒设备。省掉了水箱等构筑物的购置费及水质二次污染的消毒处理费用，少则几万，多则十几万。2.4、运行费用低将饮用水源放入地下生活水池中，再用水泵加压向各用水点供水的原设计加压给水方式存在着自来水原有供水压力被白白浪费。而无负压给水设备与自来水输水管网直接串接，可以充分利用自来水管网原有的压力；设备的电机泵在微机控制的控制下，根据自来水的压力来调节电机的转速，只对自来水的进水压力和所需压力的差进行补压，不做无用功；同时荆门水司采用专利技术-小流量停机保压功能：在用水量大时，用水全由加压设备直接供至用户，在小流量或不用水时，由微机控制中心检测信号，控制系统自动停机并保压。故选用三利供水方案节能效果显著，与传统的采用常规继电接触器控制的供水设备相比，节电可达50%90%以上。而采用水箱加压的普通变频调速给水设备与采用常规继电接触器制的给水设备（水泵恒速运行）相比，只能节电10%20%。(节电分析详见“WWG无负压（无吸程）给水方案与传统设计加压给水方式的经济分析对比表”)2.5、自动化程度高无负压管网增压稳流给水设备完全模拟人脑智能技术对设备进行全自动控制，并具有过压、过流、过载、水源无水、语音报警等多种保护功能；而且该设备可根据用户需要配备远程监控、监测系统，在该司监控中心可24小时对设备的实时监测监控，也可协助用户建立一套集中监控中心，监测水泵电流、电压、进出水管的压力、水泵频率等，一旦出现异常，设备立即报警，一些软故障（如突然的电磁干扰、电压的波动等引起的故障），可通过远程监控来消除；另外在监控中心还可远程控制设备的启停等。2.6、管理维护费用低传统水池加压给水方案中，水池需定期清洗（扫）和处理，按国家城市供水条例明文规定，水池（箱应每半年清洗一次，而且还要停水1天。同时，在管理上还存在着对供水安全的担忧，并需要相应增加必要的安全防护措施费用。选用无负压方案时无需水池等调节构筑物，减少了相应的清洗费用。另外，无负压（无吸程）管网增压稳流给水设备，采用全自动运行，不需专人值守，在设备设定的供水压力下，系统全智能运行，水泵自动切换，设备质量可靠，维护管理运行极为简单方便。但传统设计的加压给水系统自动化程度低，需设专人值班。2.7、节省了水资源采用无负压管网增压稳流给水设备时，系统采用全密闭结构，彻底防治了有水池的跑、冒、滴、漏等浪费水资源的现象，同时也节省了定期清洗而造成对水资源的浪费。2.8、占地面积少采用无负压（无吸程）管网增压稳流给水方案无需设水池等调节构筑物，节省了相应的占地面积，分面积可作它用，如作车库或仓库等。2.9、设计、施工及安装等方面传统设计中需加设地下生活水池，相应地增加了供水系统中管路的复杂性和安装维护的不方便性，因为水池需设有浮球阀，溢