淺談無負壓供水設備的運行機制及在高校供水中的應用

李 勇，張 勇，郭 忠

山東泰安泰山醫學院

淺談無負壓供水設備的運行機制及在高校供水中的應用

李 勇，張 勇，郭 忠

山東泰安泰山醫學院

無負壓供水是指直接在市政自來水供水管網上開口取水，采用泵組連續增壓、全過程密閉的供水方式，與使用蓄水池二次加壓供水相比，其有水源直取，在自來水一次水壓基礎上進行二次加壓（壓力疊加），全程正壓密閉，防止水質污染，優勢明顯。在高校應用中，由于高校使用特點突出：高峰用水時間集中、瞬時用水量較大，所以根據各學校不同情況合理進行設備的選型及設置供水應急預案具有重要意義。

無負壓供水；運行機制；高校；應用

在我國社會發展的現階段，隨著城市化發展進程的加快，規模不等的居住小區、商圈、市場的相繼建立，而隨著人們生活水平的進步，生活質量的不斷提升，對供水的要求也不斷提高，供水要及時、壓力要平穩、水質要潔凈等等的要求，無不為市政供水能力提出了新的挑戰。水塔供水、蓄水池二次加壓供水、囊式壓力罐調壓供水等方式不斷出現，怎樣能夠做到既能做到保證供水質量、減少初投資及運行費用、還能保障市政自來水管網的安全，無負壓供水方式的出現，有效地解決了以上問題。

一、無負壓供水設備的運行機制

無負壓供水是指市政自來水直接供水水壓無法滿足某個區域的用水水壓要求，直接在市政自來水供水管網上開口取水，充分利用自來水自有水壓，在全過程密閉的條件下進行二次加壓，提供給終端用戶的供水方式。此設備常采用自動控制加壓設備的變頻調速來用水終端的壓力恒定，主要組成設備為：穩流補償器、真空抑制器、加壓設備（泵組）、變頻控制器、偵測控制儀表和用水管網等組成。無負壓供水形式與蓄水池二次加壓供水相比有如下優點：首先節能效果好，直接用無負壓供水設備與終端用水管網連接在一起，充分利用了供水管網中的一次水壓，在一定程度上不會產生負壓，有利于市政管網的安全運行和供水平衡，能夠有效節省能源。而且由于設備全過程密閉的條件下進行二次加壓，無蓄水池、開式水箱這樣的開放式儲水容器，保證了外界雜物不會進人全密閉系統之中，而且不再采用額外的二氧化氯發生器等消毒設備，因而更符合人們安全用水的需要。其次無負壓供水系統安裝簡單，占地面積相對較小，運行成本較低。

目前常見的無負壓供水工作形式有兩種：罐式無負壓供水形式和箱式無負壓供水形式。罐式無負壓供水形式（見圖一）調節能力較低，適用于市政自來水管網一次供水壓力相對較高、供水量相對較大的情況；箱式無負壓供水形式的調節能力較高，適用于市政自來水管網一次供水壓力相對較低、供水量相對較小的情況。根據罐式無負壓供水形式工作原理圖，對于市政自來水供水壓力分別高于和低于用戶系統設定壓力兩種情況說明無負壓設備是如何工作的。

在市政自來水供水壓力高于用戶系統設定壓力時，無負壓供水設備將不再承擔其主要動力，壓力傳感器傳送信號至變頻控制柜，泵組停止運行，水源由旁路直接輸送至用戶管網，這種情況是理想狀況。

在市政自來水供水壓力低于用戶系統設定壓力時，無負壓供水設備將進行其常規作業：電接點壓力表感受壓差變化，將壓力信號傳導至變頻控制柜，繼而啟動泵組，首先根據系統設置，第一臺泵降壓啟動至工頻狀態，如第一臺泵工頻狀態無法滿足需要，第二臺泵繼續降壓啟動至工頻狀態，在偵測到壓力傳感器傳導的系統壓力達到或超過設定壓力時，以先入先出的原則遞次退出，直至在變頻狀態下能夠滿足系統供水需要。與此同時真空抑制器便會使穩流補償器與外界相連通，偵測穩流補償器內的真空度和液位，將產生的信號傳輸到變頻控制柜中，變頻控制柜內的PLC控制真空抑制器運行，能夠抑制負壓的產生，使供水設備既能保證正常的供水品質，又不會對市政自來水供水管網產生影響。在用水壓力、用水量持續居高不下時，穩流補償罐內的真空度和液位最終會低于系統設定的保護數值，變頻控制柜將控制泵組停止運行，待穩流補償罐內真空度和液位高于設定的開機壓力和液位時，系統又將自動啟動，對系統進行供水。

二、無負壓供水設備在某高校的實際應用

以泰安市某高校為例，該高校有師生員工2萬余人，建筑規模50余萬平方米，還有20余萬平方米的建設規劃，整個校區采用一套無負壓變頻設備供水，市政管網供水壓力0.2MPa，校區需用供水壓力0.45MPa，系統設定保護壓力為0.08 MPa。根據高校用水特點，明顯存在三個用水高峰：早5:30—7:30、中10:30—12:00、晚5:30—9:00，此三個時間段用水量占全天用水量的65%以上。

通過十余年的運行，在正常狀況下，市政管網供水壓力較為恒定，約為0.2MPa，無負壓供水設備密閉的連續接力增壓供水方式，可以有效地降低泵的耗電量。單臺水泵功率37KW，流量160M3，在用水高峰時段兩臺泵都接近工頻運行，白天非用水高峰時段一臺工頻，一臺變頻，夜間用水低峰時，一臺泵變頻運行即可達到使用要求。考慮寒暑假放假因素，每年用電量為(37X7X2+ 37X0.5X7.5+37X1.2X9.5)X320+37X0.4X24X45=361120KWH，每年電費361120X0.55=198616元，根據公式計算，管網連續接力增壓供水相對于普通變頻供水節能率為0.3165，每年節約電費198616÷（1-0.3165）-198616=91970.7元，11年節約電費91970.7 X11=1011677.7元。

三、無負壓供水設備應用中的優點及局限性

通過該校十余年的運行實踐，在正常情況下，無負壓供水設備密閉的連續增壓供水方式，確實具有節約能源、在水源輸送過程中不存在二次污染，泵房設置靈活、占地面積小的優點，系統保護壓力的設定，也能夠保護市政自來水供水管網不受損害、區域流量平衡所受影響較小。但是，無負壓供水設備調節能力相對較小，對于市政自來水管網的一次供水壓力不能太低，在用水高峰期，市政自來水管網供水能力接近極限的情況下，設備的供水壓力和供水量無法得到有效滿足。該校多年的使用總結出針對此情況的應急預案：設備在自動模式存在啟停過于頻繁的情況，對設備及控制系統帶來不利影響，將該套系統切換至手動模式，手動控制泵組向系統供水。雖能解決部分問題，但增加了人力成本，供水壓力和流量均難以保障，尤其是對于2萬余學生規模的高校來講，隱患更加突出。另外系統的旁通管是在市政管網水壓高于系統設定壓力及停電時水泵機組不運行的情況下，通過旁通管的開啟，將自來水直接供給用戶。在正常供水狀況下，旁通管不開啟，此管段自來水易變質，再好采用不定期手動泄水來排空此管段存水。

四、總結

無負壓供水設備具有節能、衛生安全、管理方便等優點，正確使用無負壓供水設備在我國社會發展的現階段具有十分重要的意義。

[1]潘書通,張斌,孫建民.直接管網疊壓供水設備的工作原理與應用[J].給水排水,2003,29(12):70-72.

[2]黃桂彬.無負壓供水技術的應用現狀與發展趨勢[J].廣東建材.2010(08)

[3]樊建軍,周鴻,張立秋,曹勇鋒.管網疊壓供水相對于普通變頻調速供水的節能率計算[J].給水排水,Vol.34 No.11 2008（194-196）