變頻調速“無負壓”供水技術的應用

蒙聯光 廣西經貿職業技術學院 530021

變頻調速“無負壓”供水技術的應用

蒙聯光 廣西經貿職業技術學院 530021

城市飲用水供水系統的“二次污染”問題直接影響到人們的身體健康。要解決這個問題需要采用變頻調速“無負壓”恒壓供水技術。變頻調速“無負壓”恒壓供水節能技術能解決“二次污染”問題，還有“減少供水系統的設備投資”、“節能、節水、節地”等優點。“無負壓”恒壓供水技術已經成熟，推廣應用變頻調速恒壓供水技術會帶來社會效益和經濟效益。

供水;二次污染; 變頻調速; 無負壓; 節能

一、應用“無負壓”恒壓供水技術的意義

城市供水的水質量和安全是關系到廣大市居民身體健康、生命安全、社會穩定和經濟發展的重大問題。我國幾年前己將“水質污染控制技術與治理工程”列為國家“十一、五”期間12個重大科技專項之一。并將“提高供水安全保障程度”列為國家重點資助領域。

我國大部分城市高層樓宇供水系統，由于樓高水壓低無法送到需要的高度（城市供水壓力服務規范要求0.14MPa）。一般四層以上都應采用二次加壓供水方式。水務公司目前供應的飲用水都是從江、湖抽上后都經過水廠嚴格消毒、凈化處理，符合國家生活飲用水水質衛生標準，可直接飲用。但在輸送、儲蓄和二次加壓過程中，會產生二次污染，造成了供水水質以及供水安全的問題。其中，蓄水池和高位水箱是主要的污染源。原因是水池中的儲水，長時間露空產生氧化作用，使池中生長藻類。蓄水池如果防護、密封不好，水中掉有蚊、蟲、蟻等小動物，嚴重污染了水源。如果使用變頻調速技術控制加壓泵“無負壓”供水（下稱變頻調速“無負壓”恒壓供水技術），就可以根除二次污染。這樣，既能使居民放心地用上沒有污染的、新鮮潔凈的自來水，又能提高民眾對政府提供的社會公益服務的滿意度，產生良好的社會效益。

先了解什么叫“負壓”？怎樣產生？如果不經蓄水池直接在市政管網中串水泵抽水，在水流的過渡過程中，水泵的進口水量少于泵的出口水量時，就會出現水柱分離及再彌合現象，從而破壞了非恒定流動的連續性，產生所謂的“負壓”。“負壓”是壓力管路中氣囊、氣阻、水錘、壓力振蕩等危及管網安全的主要隱患。所以，“負壓”現象在市政供水壓力管網中是不允許出現的。變頻調速恒壓供水技術就可以做到防止“負壓”現象的產生，實現“無負壓”供水。隨著科學技術的發展，我國目前有不少的新產品陸續推出，性能越來越先進，安全供水越來越可靠。由于變頻調速“無負壓”恒壓供水技術成熟，我國許多城鎮己放開了供水條例的相關禁令。

二、變頻調速“無負壓”恒壓供水技術的優點

1、減少供水系統的用地和基建投資

根據GB50015-2003建筑給水排水設計規范第3.7條規定，生活蓄水池容積(在缺乏資料時)按最高日用水量的20%～25%確定，由水泵加壓提升進入高位水箱的生活用水調節容積，不宜小于最大用水時水量的50%。為保證水質，防止被污染，還需設置紫外線消毒器等多套二次供水消毒設備。市政管網的自來水被放入水池中，再用水泵抽到高位水箱，使得市政自來水管網中原有的壓力（約0.3MPa左右）得不到充分的利用，浪費了水頭壓力。同時，修建水池和水箱也增加了基建投資和占用場地空間。采用變頻調速“無負壓”恒壓供水技術可以將供水設備直接串接在市政管網上，不需要建造蓄水池，減少了供水系統的用地和基建投資。

2、保證供水質量

傳統的供水方式，極容易產生二次污染，因為在水務公司的自來水流入水池和水箱的過程中，其他各種雜質、污染物極易進入水池中。尤其是夏天，水質極易變質、變味，嚴重污染了水源，影響了人們的身體健康。尤其是在“非典”及突發其他傳染病的時期，水源的污染對人們的身體健康危害更大。另外，如果設計、施工過程中水池水箱的制作和防腐材料選擇不當，也將直接污染水質。而變頻調速恒壓供水技術的供水設備為全封閉運行，水與空氣不直接接觸，異物與其他各種雜質更不易進入管網系統中，從而保證了供水系統的水質安全；同時，供水設備本身采用了符合衛生規定的不銹鋼優質材料或進行防腐處理，不會滋生藻類，達到了不污染水質，滿足人們對生活用水的衛生要求。

3、節能、節水、節地

傳統的供水方式將自來水放入水池中，壓力變為零，再由零開始重新加壓，造成能量的浪費，用水量越大，浪費的能源就越多。“無負壓”恒壓供水設備與市政管網串接，在原有水頭壓力的基礎上疊加到所需要的壓力，差多少補多少，充分利用管網余壓，有明顯的節電效果。

因為泵類屬于平方型負載，根據水泵特性的關系式：

式中，P為運行時的軸功率；Pe為電機的額定功率；n為運行轉速；ne為額定轉速。

從上式可以看出，在保證管道壓力和水流量在設計值的前提下，可降低水泵的運行轉速。如果運行轉速是額定轉速的一半，根據（1）式的計算結果，理論上，運行時的功率為電機額定功率的八分之一。根據多年的安裝實踐經驗，當市政管網余壓達0.30～0.40MPa時，變頻器運行設置“睡眠”參數，加裝用戶管網穩壓氣罐，總體節能可達到50%以上。

在節水方面，由于無負壓供水設備采用的是全封閉系統，徹底解決了水池、水泵、水箱的跑、冒、漏、滴等浪費水源的現象，同時也節省了定期清洗水池、水箱而造成的水資源的浪費；并可免去清刷水池、消毒等麻煩的常規管理工作和費用。在節地方面，傳統的供水方式需在室外或室內地下室建造貯水池、水泵房，在屋頂設置高位水箱、消毒間。而無負壓供水設備占地面積很少，且可多棟樓房合用。

三、變頻調速恒壓供水系統的組成

圖1是我國某廠變頻調速“無負壓”恒壓供水設備的外形實物圖。該產品的主要零部件由變頻水泵電機組、各種閥門、進口蓄水罐、出口氣壓罐、電氣控制柜等組成。圖2是變頻調速“無負壓”恒壓供水系統示意圖。

四、工作原理

市政管網自來水進入蓄水罐，罐內的空氣從真空消除器內排出，待水充滿后，真空消除器自動關閉，使蓄水罐內的壓力達到市政管網的水壓。當自來水能夠滿足用戶管網的壓力和用水量的要求時，供水設備通過旁通止回閥直接向用戶水管網供水，供水設備處于“睡眠”狀態；當自來水管網的水壓和水量不能滿足用戶管網要求的水壓和用水量時，系統通過壓力傳感器向變頻器發出信號，軟啟動水泵，使其處于變頻調速運行狀態，并根據用戶用水量的大小依次加泵減泵，以維持用戶管網的水壓恒定，保證樓宇高層用水量。可編程控制器PLC根據控制程序進行工頻、變頻運行切換或各水泵輪換運行，避免出現死水區。水泵運行供水時，若市政自來水管網的水量大于水泵輸出流量，系統繼續加壓保持向樓宇高層正常供水。用水高峰期時，若市政自來水管網水量小于水泵輸出流量時（用戶用水量），蓄水罐內的水作為補充水源仍能正常加壓供水，此時，空氣由真空消除器進入蓄水罐，消除了市政自來水管網的負壓。用水高峰期過后，系統恢復正常的狀態。若市政自來水管網供水不足或管網停水而導致蓄水罐內的水位不斷下降到最低水位，液位控制器發出水泵停機信號，以保護水泵機組。夜間及小流量供水時可通過小型氣壓罐短時維持用戶管網水壓，保證夜間小流量正常供水，免使水泵頻繁啟動，延長使用壽命。如遇到停電時，則依靠市政管網壓力通過旁通止回閥向樓宇低層用水戶維持供水。

圖1 變頻調速“無負壓”恒壓供水設備外形圖

圖2 變頻調速“無負壓”恒壓供水系統示意圖

變頻調速“無負壓”恒壓供水設備關鍵技術部分為智能控制系統(變頻調速)和蓄水罐的真空消除。智能控制系統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、設計及變頻器運行參數的設置，應由專業技術工程人員根據水泵的運行特點精心編制。管網進出口壓力檢測儀表，采用4～20mA標準信號壓力傳感器，其精度高，抗干擾性能好，使用壽命遠高于通常的遠傳壓力表。變頻調速“無負壓”恒壓供水設備具有界面直觀，操作簡便可靠，性能穩定，智能化高等諸多特點。能在市政管網的余壓上安全疊加，依靠蓄水罐上真空消除器。其在罐內儲水被抽空前及時消除罐內真空，從而達到罐內外壓力平穩，由此不會對市政管網造成負壓，不會影響市政管網其他用戶的正常用水。同時要在市政管網水源進口處安裝過濾網和止回閥，預防發生意外產生回流，污染公共水源。

五、 結束語

變頻調速“無負壓”恒壓供水技術的研究到問世，已有十多年的經歷。因其在“節能、節地、防污染”等各個方面都具有傳統供水方式所不可比擬的優勢，具有廣闊的發展空間。變頻調速“無負壓”恒壓供水應用技術利國利民。特別是“節能、防污染”、能源日趨緊張以及人們對生活質量水平要求越來越高的今天，是一種較為合理的供水方式。隨著市政管網“準入”管理制度的健全和改革開放，科學技術不斷發展和供水設備不斷革新，變頻調速“無負壓”恒壓供水技術在不久的將來，將廣泛地用于用戶水壓不足的居民區、工廠、醫院、機關、賓館等場合，或其他需要二次增壓恒壓供水的地方。

[1] 張燕賓. 變頻調速應用實踐[M].機械工業出版社.2001.

[2] 朱玉堂. 變頻恒壓供水系統的研究開發與應用[d].浙江大學.2005.

[3] 劉忠.談管網疊壓(無負壓)給水設備的正確應用.給水排水.2007,33(6)

10.3969/j.issn.1001-8972.2010.14.060