淺談無負壓供水設備在現代居住小區中的應用

吳慶竹

（山東亞新設計工程有限公司 山東 煙臺 264003）

隨著城市現代化水平的逐步提高，高層建筑不斷增加，特別是高層住宅在城市居住小區所占的比例不斷增加，市政管網一次供水已不能滿足小區居民的生活要求了，二次供水局部增壓技術應運而生，特別是最近幾年，無負壓供水設備在我國大中城市得到了大力的推廣應用。以煙臺市為例，城區市政管網一次供水壓力約為0.35～0.5MPa，只能保障多層住宅的生活用水，高層和小高層住宅小區均需要配套建設二次供水加壓設施 (也有局部地區加壓與否須視具體情況而定)。從2000年到現在10多年的時間里，無負壓供水技術得到了充分的發展和應用。

二次供水是指通過二次加壓供水設施，間接向用戶提供供水，早期采用的形式有水塔式供水、高位水箱供水，后來發展為氣壓供水、變頻供水。這些傳統的二次供水方式有兩個不可回避的缺點，一是沒有利用市政管網的原有水壓，不利于節能，二是難以避免生活用水的二次污染。而無負壓供水設備的出現，恰恰解決了這兩個難題。

1 無負壓供水設備的工作原理及組成

無負壓供水設備是利用變頻調速給水技術，真空抑制與穩流補償技術和全密閉自平衡結構設計，實現與市政供水管道直接串接加壓而不產生負壓，不影響其他用戶用水的給水裝置。

無負壓供水設備采用微機控制變頻調速實現恒壓供水，其中的負壓補償系統克服了對管網的不良影響。如果市政管網壓力高于設定壓力值時，壓力變送器將該信號送到變頻控制柜，使水泵機組處于休眠狀態。自來水則可通過旁通管路直接到達用戶管網實施供水。當市政管網壓力下降或用戶管網用水量增加時，壓力傳感器將用戶管網壓力低于設定值的信號反饋給變頻控制柜中的控制器，并通過其啟動水泵機組，調整變頻器的輸出頻率，調節水泵轉速以保持恒壓供水；如果少數泵啟動尚不能滿足供水要求時，變頻器將控制多臺泵變頻或工頻運行，以達到恒壓變量供水的要求。

當水泵機組的供水與自來水管網的進水保持平衡時，負壓消除器使穩壓補償器與外界隔離，水泵機組可利用自來水的壓力進行恒壓供水。一旦平衡破壞，負壓消除器使穩壓補償器與外界相通，并通過穩壓補償器中的檢測裝置，采集穩壓補償器內的真空度及水位信號反饋給微機，通過微機控制負壓消除器動作，抑制負壓產生，保證設備在維持正常供水的前提下不對城市管網產生任何負面影響。

當市政管網停水時，水泵機組仍可繼續工作，直到穩壓補償器中的水位下降至液位的下限后自動關機，來水后又自動開機。控制系統停電時，水泵機組停止工作，自來水可通過市政管網與用戶之間的連通管進入用戶管網，為低樓層用戶供水，來電時機組自動開機恢復正常供水。

無負壓供水設備主要由穩流補償器、真空抑制器、水泵、變頻控制器、控制儀表、管道配件等組成，并可根據需要預留加氯機或臭氧發生器接口。目前市場上常見的無負壓供水設備大致可分為兩種：罐式無負壓供水設備和箱式無負壓供水設備。罐式無負壓供水設備的調蓄能力比較小，適用于市政管網水力條件較好，進水量與用戶用水量差值不太大的情況。箱式無負壓供水設備的調蓄能力比較大，適用于市政管網水力條件較差，進水量與用戶用水量差值比較大的情況。

2 無負壓供水設備的優點

無負壓供水設備供水方式較之傳統二次加壓供水設備供水存在以下優點：

2.1 不用建水池或設水箱，可以直接與市政給水管網串接，可充分利用自來水原有的壓力，節能效果顯著。

2.2 無須設置水池、水箱及相應的消毒設備，節省占地和投資。

2.3 系統為全封閉結構，不與外界空氣聯通，無“跑、冒、滴、漏、滲”等現象，杜絕水質污染，保證用戶供水質量。

2.4 穩流補償器可緩沖進水壓力波動和調節流量，設備運行穩定、可靠。

2.5 自動化控制程度高，保護功能齊全，無需值守，全自動運行，維護簡單，管理方便，設備使用壽命長。

3 無負壓供水設備的應用實例

無負壓設備有效地利用了自來水原有的壓力，差多少，補多少，節能效果顯著。以筆者完成設計的煙臺某小區為例，該小區建筑面積約30萬m2，共26棟樓，最高層為24層，此建筑高度最高為82m。 其中1-12層為中區，12-24層為高區，均由箱式無負壓供水設備供水。

此項目低區若采用普通變頻供水模式，系統流量為155m3/h，揚程為71米，采用三用一備供水模式，單臺泵功率為 18.5kW，變頻節能效率按65%計，每年用電金額約為：

3*18.5kW*24小時 *30天 *12月 *0.5元/度電 *0.65=155844元

而采用箱式無負壓供水設備之后可利用管網2-3公斤左右的壓力，流量為155m3/h，水泵選型揚程為66米(保守計算)，采用三用一備供水模式，單臺泵功率為15kW。

用戶用水高峰時，三臺水泵同時運轉，運轉時間約為8小時：

3*15kW*8小時*30天*12月*0.5元/度電=64800元

用戶用水低峰時，水泵由兩臺或單臺運轉，運轉時間約12小時，夜間水泵處休眠狀態：

1*15kW*12小時*30天*12月*0.5元/度電=32400元

每年用電金額約為：64800元+32400元=97200元

由此可見，低區生活供水設備運行1年，使用箱式無負壓供水設備比普通變頻供水設備可節省電費約155844元-97200元=58644元，同理可計算出高區生活供水設備運行1年可節省電費約28296元，節能效果比較顯著。

4 無負壓供水設備在應用中必須注意的幾點問題

無負壓供水設備雖然較傳統的二次加壓方式有很多優點，但在其應用中必須注意一下幾點問題：

4.1 由于無負壓供水設備調節容積相對較小，對市政市政給水管網的要求比較高，若項目水力條件差，比如城市郊區的市政給水管網末端，供水壓力與流量均不能保證，這種情況就不宜采用無負壓供水設備。因此項目前期一定搞清楚所在地的市政供水條件。

4.2 由于停電時只能保證市政給水壓力范圍內的用戶供水，無負壓供水設備對電源要求比較高，必須可靠，保護功能要求齊全。電源條件達不到要求的地區，不宜不宜采用無負壓供水設備。

4.3 有些城市和地區供水主管部門可能還沒有對無負壓給水設備的使用給予完全認可，這時候，和當地主管部門的溝通就非常重要。

4.4 無負壓供水設備設計流量與揚程的確定。設計流量應滿足給水系統設計流量的要求，按最大秒流量或最大小時流量進行選泵計算。設計揚程應滿足系統最不利點所需水壓。

4.5 設置有旁通管路的系統，應增設旁通管路放水及沖洗設施，定期排水沖洗，以避免旁通管在較長時間不啟用水流腐化變質，再次啟用時造成對管網水質的二次污染。

4.6 無負壓供水設備不宜用于可能對市政管網造成不良影響的相關行業（如生化、核工業、有毒物質、輻射）的二次加壓給水工程。

［1］中國建筑設計研究院,主編.建筑給水排水設計手冊[Z].

［2］無負壓給水設備[M].2版.2008年10月,第一章1.11節.