無負壓供水技術在二次供水系統中的應用

孫立生

摘 要：本公司在東沽藍苑小區采用先進的無負壓供水技術，成功替代了原有的“市政水先到水池，再由水泵加壓供水”的二次供水模式，使市政自來水直接供給社區居民用戶，消除了自來水在二次加壓環節中的水質污染，并且無負壓供水系統在市政管網的供水壓力基礎之上再加壓，避免了電能浪費，節約了寶貴的能源，減少了污染和對環境的破壞。

關鍵詞：無負壓供水技術；二次供水；效益

中圖分類號：TU991 文獻標志碼：A

0 引言

隨著社會經濟的不斷發展，人們對生活質量的要求和環保意識越來越高，特別是飲用水水質。而城市建設速度的不斷加快，導致一次供水管網的局部供水壓力不足，一些社區普遍存在著用水高峰期供水壓力過低，造成用戶用水困難。傳統的處理方法是修建蓄水池，通過水泵二次加壓供水，但這種二次加壓方式存在幾點缺點：（1）基建和維護費用大：初期需要修建大容量蓄水池，在使用過程中還要定期清洗水池，日常維護費用大；（2）水質污染：由于蓄水池與外界相通，外界的有害細菌、微生物很容易進入水中，污染了水源，影響了我們的身體健康。（3）能源浪費：市政管網的水先進入水池，水壓變為0，而水泵抽取水池中水加壓供給，使一次供水壓力無法利用，造成了電能浪費。（4）人工成本高：傳統的供水系統無遠程監控系統，泵房必須設置值班運行人員。無負壓供水系統可以實現沿程監控，達到泵房無人值守，節省人工成本。

1 無負壓供水系統組成及原理

無負壓供水系統主要由變頻調速水泵組、穩流補償器、真空抑制器、壓力和流量傳感器、智能控制柜、給水管道和控制閥門等構成，該系統可與市政自來水管網串聯增壓，無負壓產生。設備的核心部件是穩流補償器和真空抑制器。

穩流補償器是一個密閉容器，兩端連接自來水管網與水泵吸入口，起到增壓穩流的目的，同時配合真空抑制器抑制管網中真空的形成。

真空抑制器具有負壓自動消除功能，當市政管網供水量小于用戶所需的出水量時，設備中防負壓裝置自動打開，進入清潔空氣，防止負壓的產生影響市政管網。當市政管網供水恢復正常時，設備能通過防負壓裝置排出空氣，并自動關閉，穩流補償器正壓工作，設備正常運行。

整個無負壓供水系統工作原理：采用微機控制技術，根據用戶用水量，自動調節水泵組變頻調速或增減水泵臺數，來實現恒壓供水。首先根據用戶的供水所需壓力設定恒定的工作壓力，如果市政管網壓力值比用戶所需壓力低，微機調節水泵轉速升高，當達到用戶所需壓力時，水泵恒定轉速運行，恒壓供水。如果市政管網供水壓力比用戶所需的壓力高，水泵停止運轉，利用市政壓力直接給用戶供水。設備運行中微機自動控制真空抑制器及穩流補償器，既充分利用了市政管網的壓力，又不產生負壓，保證了用水安全。

2 改造前供水現狀及改造原則

2.1 改造前供水現狀

藍苑小區共有居民樓39幢， 5層樓設計，一廚一衛的戶型，1400戶，位于塘沽自來水市政管網末梢，供水壓力不穩定，最低市政供水壓力約為0.1MPa。自藍苑小區建成以來，公司一直采用“市政水—地下水池—水泵加壓—用戶”這種傳統的二次供水方式，先將市政水泄壓進一座1500m3的水池，再由泵房的給水設備（4臺單級單吸離心泵，流量93.8m3/h，揚程70m，功率30kW，基本上只用1臺，其他3臺備用）抽取水池中水供給，這樣的供水方式容易造成：（1）水池有通氣孔與外界相通，很容易造成水污染；（2）市政水進水池時壓力由0.1MPa變成了0MPa，水泵加壓至0.25MPa，浪費了電能；（3）每年兩次對地下水池進行清洗消毒，約3萬元。綜上所述，對泵房供水系統的改造時很有必要的。

2.2 改造原則

通過無負壓供水技術，實現市政水封閉式供水，避免對水質產生二次污染。供水量能保證用戶的需求，在保證用戶水量穩定的情況下，保持泵的啟停頻率穩定。在保證最不利點用戶的出水水頭的前提下，使供水水壓穩定。最大限度降低能耗及后期運行成本費用。

3 改造設計

3.1 無負壓設備所用水泵流量計算

根據下列公式可計算出最大用水時所有衛生器具給水當量平均出流概率：

其中： U0：表示給水管道最大用水時衛生器具給水當量平均出流概率；q0：表示用水最高日的用水定額，本工程設定為130 L/（人·天）；m：表示每戶戶用水人數，本工程設定3人；Kh ：表示小時變化系數，本工程設定2.0；Ng：表示每戶的衛生器具給水當量數，本工程設定2；T ：表示用水時間，本工程設定24h；0.2：表示一個衛生器具給水當量的定額流量L/s。

通過計算，得出結果： U0=0.024

再根據藍苑小區給水管網的衛生器具給水當量總數，按照下列公式可計算出衛生器具給水當量的同時出流概率：

其中：Ng—表示計算管段給水當量總數；ac—表示對應于U0不同的系數。

根據出流概率計算公式及ac系數取值表得出ac=0.014

計算結果：U=0.032

根據出流概率，按照下列公式式計算可得計算管段的設計秒流量：

qg=0.2·U·Ng

其中：qg：表示計算管段的設計秒流量（L/s）。

計算結果：qg =21.84L/s=65m3/h。

3.2 無負壓設備揚程計算

根據《建筑給水排水設計規范》中的規定，市政直接供水時所需揚程根據下式進行估算：

Hb≥ 1.2Hy+Hc+∑h+Hn

其中：Hb：表示水泵滿足給水管網最不利點所需水壓；Hy：表示最不利配水點與引入管的標高差；（最高建筑為5層，每層按3m，得出15m）；Hc：表示最不利配水點所需流出水頭，一般取7m～10m，本項目取10.00m；∑h：表示給水泵房與最遠建筑物間給水管線的水力損失，包括沿程水頭損失hf和局部水頭損失hd。

根據項目實際情況，一般取5m～10m，本項目取10m ；

Hn—表示水表的水頭損失，取1.5m；

1.2—表示給水管網在最不利點流量分配情況下，考慮到克服水泵出口至最不利點用水間的水頭損失而設定的系數。

計算得出結果： H≥39.5m

由上式可知供水所需揚程為0.395MPa，因為無負壓設備可利用市政自來水壓力，則無負壓設備提供揚程可按照下列公式計算：

Hn=Hb-Hc

式中： Hn—表示設備揚程，單位為MPa；Hb—表示供水所需揚程，單位為MPa；Hc—表示市政管網可利用壓力，單位為MPa。

由于本項目要考慮到供水的可靠性和安全性，要求市政管網可利用壓力不小于0.10MPa，則

Hn=0.395-0.10=0.295MPa，設備揚程應大于29.5m。

根據設計流量和揚程計算結果，考慮到水泵過流部件對水質的影響，選擇兩臺食品級不銹鋼、低噪聲、節能型多級離心泵（型號：100DFCL65-20-1，流量65 m3/h，揚程32m，功率11kW）。

3.3 穩流補償器容積計算

穩流補償器調節容積根據國家標準《無負壓管網增壓穩流給水設備》上的計算公式來確定：

Vt=（Qq-Q0）×△T

式中：Vt—穩流補償器調節容積（m3）；Qq—設計流量（m3/h），65m3/h；Q0—市政管網給水量（m3/h），在1.0MPa供水壓力下推算為59.3 m3/h；△T—用水高峰期持續時間，一般取0.05h～0.5h，本項目取0.25h。

根據公式推算出Vt=1.425m3

穩流補償器總容積：

V0= Vt/β

式中：V0—穩流補償器總容積（m3）；Vt—穩流補償器調節容積（m3）；β—穩流補償器可利用容積系數，一般取0.75～0.85。

根據公式推算出V0=1.9m3

根據計算結果，并考慮罐體對水質的影響，也選擇食品級不銹鋼穩流補償器WLG1200×2000，容積2m3。

4 節能環保與經濟效益

4.1 節能效益

原來的供水模式是市政水先進水池，再由水泵從壓力為0加壓至0.25MPa供給居民用戶，現在供水模式是供水系統直接由市政壓力值的基礎上加壓至0.25MPa供水，不僅節約了市政供水系統的電能，也節約了公司供水的大量電能，根據泵房電表讀數記錄，原來系統日耗電量120度，現在的供水系統耗電量據公司測算日耗電僅24度電，節約電能高達4/5。

4.2 環保效益

無負壓供水系統替代了原來的“市政水先到水池，再由水泵加壓供水”二次供水模式，使市政水得以直供。供水設備為全封閉系統，消除了以前供水模式下水池與外界相通而造成水質的二次污染，保證了生活飲用水的良好水質。

4.3 經濟效益

除上述節電每小時可節約4/5的電費外，新系統為全自動運行，能夠遠程控制，達到了泵站無人值守，節省了公司人工成本。另外，每年不再對地下水池進行消毒清洗，可節約費用約3萬元，并且不銹鋼水泵使用壽命較長，節省了一定的修理費用。

結語

無負壓供水技術改變了渤海石油藍苑小區自建成多年來“市政水先到水池，再由水泵加壓供水”二次加壓供水的傳統模式，使飲用水得以直供到居民用戶，避免了二次污染，讓藍苑社區居民喝上了放心水，并且節省了每年兩次的水池清洗消毒費用及大量的電能，使供水運行費用降低。藍苑小區無負壓供水技術改造的成功奠定了渤海石油其他片區的供水系統改造的基礎，給渤海石油其他社區二次供水系統改造提供了技術依據。

參考文獻

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