疊壓供水在二次供水改造中的應用與分析

郭維劍

(鄭州高新供水有限責任公司，河南 鄭州 450000)

0 引言

為緩解城市人多地少的壓力，建筑工程逐步向高層化、大型化方向發展。隨著樓層的不斷增高，供水管網壓力不斷加大。若采用常規二次供水方式，很容易出現供水管網水壓不足現象，因此，需要將管網供水引入水池或水箱進行二次加壓。在長期實踐中，人們發現，這種二次加壓方式存在很大弊端，如投資多、占地面積大、施工難度高等，甚至因無法充分利用管網壓力而浪費資源或使污染加劇。

疊壓供水也被稱為無負壓供水，該技術依托模糊PID控制理論，能夠合理調度若干臺水泵，并對供水管網的原有壓力進行充分利用，可通過變頻調速的模式對水壓進行合理控制，進而達到疊壓供水的效果。

1 疊壓供水的原理

疊壓供水是指通過室外給水管網余壓進行抽水并增壓，最終實現二次供水的目標。傳統供水模式往往與蓄水池密不可分，通常情況下，多采用自來水管上的水供給蓄水池，此時有壓力的水引入蓄水池之后，水壓將歸為“0”，進而導致大量水被浪費。疊壓供水可以有效克服傳統供水缺陷，其與傳統供水方法的優缺點對比情況如表1所示。

表1 疊壓供水和傳統供水的優缺點對比

2 疊壓供水技術要點分析

2.1 控制技術

疊壓供水系統須進行恒定壓力值設置，相比設定壓力值，若管網壓力過高，壓力變送器便可向變頻控制柜反饋管網壓力，利用直供管路自來水可直接送入用戶管網，滿足用戶供水需求。在市政管網壓力產生改變或用戶管網用水量變化較大時，此時相比設定壓力值，管網壓力較低，管網壓力通過壓力變送器可以向變頻控制柜內的PID控制器進行信息反饋，隨后按照反饋情況進行變頻器輸出頻率調節，并將水泵機組自動啟動及適當調整水泵轉速，實現恒壓供水的效果。

2.2 無負壓技術

疊壓供水主要采用的是無負壓供水系統，其主要應用技術包括：微機變頻技術、負壓處理技術；同時，本設備還屬于全封閉結構，能夠直接串聯自來水管網，可減少對管網的影響。

2.3 壓力自動補償技術

按照系統阻力原理，流量增大，系統阻力也將隨之增大，兩者成正比關系。在用水量較大的情況下，為滿足用水需求，必須增加系統揚程，來克服系統阻力。普通供水系統在設定壓力時，往往以最大流量為標準，但是，當流量下降后，將會浪費大量能源。疊壓供水可以有效解決此問題，可根據用水量的多少，自動調整系統壓力設定值，若用水量少，系統運行則會自動設定為低壓力值。伴隨用水量的增長，根據水力特征，系統設定的壓力值也將隨之增大，這種壓力自動補償技術，可以大幅降低能源浪費。

3 二次供水改造中疊壓供水的應用優勢

目前，大量早期城市二次供水設備已呈現出諸多問題，例如老化、陳舊等，這些問題的產生，不僅會影響供水效率，甚至會產生水質安全風險。疊壓供水是一種安全、節能、成本低的二次供水技術，將其用于二次供水改造中，具有以下應用優勢。

3.1 節約土地，安裝簡單，節省投資

相比傳統二次供水方式，疊壓供水不僅對二次供水加壓泵選型無太大要求，同時還能合理利用自來水管網一次供水的余壓。在占地面積方面，不用設置蓄水池、大型氣壓罐；安裝方面，僅直接連接進出水管；投資方面，工期短、基建少。

3.2 全封閉運行，保證衛生和供水安全

在“自來水管網—用戶水龍頭”整個環節，疊壓供水系統都處于全封閉運行狀態，水體不會直接接觸空氣，可采用食品級不銹鋼材料制作過濾部件，消除二次污染的威脅，進一步提高供水安全。

3.3 節能減排效果明顯，減少運行成本

相比傳統二次供水方法，疊壓供水節能減排效果更加明顯，疊壓供水系統可以直接串聯到自來水管網，可以充分利用自來水管網一次供水的壓力，換言之，若一次供水壓力不足，僅需做適當補充。當用水量不大時，供水設備甚至無需運行，大大降低了運行成本。此外，疊壓供水無蓄水池等設施，這樣就減少了清洗、檢驗水質等環節，避免浪費大量水資源。

3.4 自動控制，便于日常管理

在日常管理方面，疊壓供水具有自動控制功能，更方便、更安全、更快捷，大幅減輕了日常管理的勞動強度。其主要自動控制功能如表2所示。

表2 疊壓供水主要自動控制功能

4 案例分析

某小區為多層建筑，共2 200戶居民，屬于某國企的家屬院。本小區存在的供水問題主要是水量小的情況較為嚴重，特別是在夏季用水高峰期時段，小區5、6層居民集中反映水量很小，嚴重影響正常生活。據該區域泵站進出壓力某天實時曲線觀測，泵站出泵壓力全天基本保持在1.6～2.4 kg，僅6:30-13:00，出泵壓力有所加大，約2.6 kg。在管線水損失與附近小區集中用水的作用下，到達本小區的市政供水水壓將大幅下降。基于現狀，為保證本小區供水正常，滿足居民生活需求，需要進行二次供水改造。

在對小區調查分析中發現，本小區泵房已處于報廢狀態，目前被改造成了老年活動場所。此外，本小區供水壓力問題屬于間歇性情況，若重新安裝傳統變頻設備很不利，一方面場地不充足；另一方面，傳統變頻設備穩壓屬于全天模式，將嚴重浪費資源，因此，該方法并不理想。經調查可知，本小區所在區域上水管線配置較為合理且充足。例如小區西側位置的上水管線處，水量充足，日常可達到720 m3/h流量，相比本小區168 m3/h流量，要高出很多。

結合上述分析，認為采用管網疊加變頻供水技術進行小區供水處理效果更加明顯。疊壓設備情況如表3所示。

表3 疊壓設備規格型號一覽表

在正常運行階段，將0.25 MPa設為日常運行的啟動壓力，在白天為滿足居民水壓和用水需求，可設為0.28 MPa，無需啟動泵站內水泵，僅通過市政壓力供水即可。若市政供水水壓在0.25 MPa以下時，則須及時將變頻泵開啟，在原有市政供水水壓的前提下，通過管網壓力疊加變頻滿足供水需求。在運行成本方面，每月此泵站所需電費約為4 000元，小區用戶為2 200戶，均攤到每一個用戶每一個月，僅需電費1.8元，因此，在投資效益方面效果顯著。

5 結語

現代化建筑工程正向大型化、高層化、智能化邁進，樓層增加，用水量和耗能量也會隨之增加。傳統二次供水方法須設置蓄水池，不僅占地面積大，浪費水資源，還會增加水質安全風險。疊壓供水是一種高效、節能、成本低的供水方式，將其用于二次供水改造，可有效克服傳統二次供水方法的弊端，提高供水效率，滿足居民生活用水需求。