高層住宅無負壓供水設備的合理化選擇

王光裕

（太原供水集團有限公司 山西太原 030000）

0 引言

現階段，部分城市的市政供水管受到成本過高等因素影響，整個供水管網壓力不高，無法契合高層住宅需要的壓力等級。傳統無負壓供水設備多是通過在地下室當中布設生活水池進行供水，容易導致水源出現二次污染，同時也存在較高的能源消耗[1]。而罐式、箱式無負壓供水設備不僅節約空間，由于全密閉設計，還減小了對水質的影響。下面便對各類無負壓供水設備工作原理和應用情況展開探析。

1 無負壓供水設備原理探析

1.1 控制原理

無負壓供水設備可以基于微機來對變頻調速器進行控制，從而達到恒壓供水的目的。控制過程主要分成如下環節：首先需要結合供水實際來計算供水點對應的工作壓力，同時需要對市政管網壓力進行實時監控。若所需壓力超過管網壓力，此時調速器需要提升水泵轉速來提升壓力，直到二者壓力持平。隨后還要確保水泵保持恒定轉速運轉，從而達成恒壓供水的目的。若某時段水量增加，水泵轉速也會相應提升；若水量降低，此時水泵轉速也會相應降低[2]。穩流補償器、真空抑制器等設備能夠有效地避免負壓的產生。

1.2 供水原理

（1）罐式無負壓供水設備。罐式無負壓供水設備適用于市政管網壓力始終≥0.25MPa，水泵直接與市政管網相連，二者中間設置了智能無負壓供水設施，全部為密閉設備，不會對水質產生影響。

如圖1所示，當自來水進到調節罐之后，罐體當中的氣體便會在真空抑制器的作用下排出，等到水充滿之后，抑制器則會關閉。若供水管網達到壓力及用量標準時，供水設備便會利用旁路止回閥進行供水[3]。如果管網壓力未能達到上述要求，系統則可以借助壓力傳感器或者是電接點壓表發出信號來啟動水泵。水泵供水階段，如果管網水流量超過水泵流量，此時系統保持正常運轉。如果管網流量低于水泵流量，此時調節罐當中的水便會作為補充源進行供水，空氣會借助調節器進入到罐體當中，從而降低管網負壓，實現穩定供水。如果管網水量不夠或者是出現停水情況使得罐體當中水位下降時，液位控制器則會發出信號來維護機組[4]。

圖1 罐式無負壓供水設備工作原理

（2）箱式無負壓供水設備。箱式無負壓供水設備對市政管網壓力無較高要求，水泵直接與市政管網相連，二者中間較罐式無負壓供水設備增加不銹鋼水箱，用于儲水。

（3）傳統生活水池無負壓供水設備。傳統生活水池無負壓供水設備適用于市政管網壓力＜0.25MPa，安裝設備前需進行選址，修建生活水池用于儲水。運行原理與箱式無負壓供水設備相似。

2 高層住宅無負壓供水設備應用情況及合理選用

2.1 工程概況

某高層住宅小區有高層8棟，均為32層，樓高99m，供水戶數共計2048戶，閑時的供水壓力是0.25MPa，高峰時期壓力會出現較大波動，其中管網壓力通常情況下低于0.2MPa。

2.2 參數計算

該小區每戶約為3.5人，人均最高用水日的用水定額q0取200L/d，本案例取其小時變化系數Kh為2.47。每戶均為一廚兩衛，衛生器具包含洗滌盆、盥洗盆、淋浴器、大便器、家用洗衣機水嘴，給水當量Ng為6.0，計算管段上的給水當量總數為Ng=6.0×2048=12288。

根據《建筑給水排水設計標準》（GB50015-2019）第3.7.5條款。

按下式計算出的最大用水時衛生器具給水當量平均出流概率：

計算結果：U0≈0.016676311

根據計算管段上的衛生器具給水當量總數，按下式計算出該管段的衛生器具給水當量的同時出流概率：

其中：Ng-計算管段上的給水當量總數，Ng=12288。

根據《建筑給水排水設計標準》（GB 50015—2019）附錄B，計算可得：對應于不同U0的系數，αc=0.008306。

計算結果：U=0.016580366

根據計算管段上的衛生器具給水當量同時出流概率，按下式計算得計算管段的設計秒流量：

qg=0.2·U·Ng

其中：qg-計算管網的設計秒流量（L/s）。

計算結果：設計流量 qg=0.2·U·Ng=40.747L/s=146m3/h。

按照《建筑給水排水設計標準》的規定，水泵直接供水時所需揚程按下式進行估算：

Hb≥1.05Hy+Hc+Hf+Σh-Hd

其中：Hb——水泵滿足最不利點所需水壓；

Hy——最不利配水點與引入管的標高差（0.00～水箱最頂處），取104m；

Hc——最不利配水點所需流出水頭，取10.00m（定值）；

Hf——設備所在地平面與最不利用水點所在地平面間的地勢差（設備所在地面標高～0.00），本工程為8.3m；

Σh——泵房與最高建筑物間管線的管路損失及沿程損失，本工程損失經過計算取7.5m；

Hd——可利用的最低設備進口壓力（市政自來水壓力），本工程高峰期自來水壓力為0.20MPa，經計算取10.00m；

1.05 ——給水管網在最不利點流量分配情況下，克服水泵出口至最不利點用水間的水頭損失而考慮的系數。

通過上述計算：

設計流量用水高峰期時水泵滿足最不利點所需的水壓Hb≈125m。

2.3 設備選擇

基于市政管網供水壓力未能始終保持0.25MPa及以上，無法選用罐式無負壓供水設備，因此本案例選取箱式無負壓供水設備，保證高層住宅穩定供水。經過計算得出，設計流量為146m3/h，最不利點所需水壓為125m，將兩項數據交由設備生產廠家，由廠家對照參數設計表提供相應的設備型號、功率、價位。

在選擇最終設備時，應認真考慮設備成本、區域大小、用戶反饋、節能降耗等，真正達到優選的目的。

3 各類無負壓供水設備優劣勢分析

（1）罐式無負壓供水設備。該類設備優點在于節約成本、節約用地，無需配置水池水箱，同時設備與市政管網直連，不會對水質造成影響；缺點在于對市政管網供水壓力要求較高，壓力必須始終保持0.25MPa以上，適用面有限。

（2）箱式無負壓供水設備。該類設備優點在于適用面較廣，對市政管網供水壓力無明顯要求，自身配置水箱可滿足高峰期低壓時供水需求，此外不銹鋼水箱建造成本較水塔、水池更低，占地更小；缺點在于密閉水箱大小選擇要求較嚴格，如果內部水體循環出現問題，會導致死水產生和余氯減少，另外水箱每年需進行2次消毒清潔，增加了運行成本。

（3）傳統生活水池無負壓供水設備。該類設備較以上兩種設備占地面積較大，需獨立選址；修建時耗時耗力，人工成本更高；非密閉空間對水質影響較大，需定期消毒清潔。

4 總結

現階段，由于箱式、罐式無負壓供水設備日趨完善，變頻技術更加優化，大幅度降低了日常能耗，組成部分采用全密封結構，灰塵、細菌等都無法對水質造成二次污染。而傳統生活水池無負壓供水設備由于能耗高、成本高、水質影響大、占地面積廣，后期各種問題逐步突顯出來，因此在選用設備上，不推薦此類設備。