無負壓自來水供水設備施工優化選型研究

池新宇

（山西省工業設備安裝集團有限公司，山西 太原 030000）

城市化進程導致高層建筑在城市中占比不斷加大，要求自來水供水系統施工必須具備二次加壓功能，但傳統的二次供水系統對原有市政管網壓力利用率偏低，造成能量損失，不利于節能降耗，因此無負壓技術應運而生，無負壓供水系統利用變頻調速、穩流補償和真空抑制等多種先進技術保證了自來水供水系統的壓力恒定，有效防止了二次供水設備對供水管網產生的負壓，并且能夠提高自來水供水水質，是城市自來水供給領域廣泛運用的一項技術，在無負壓供水設備施工過程中，關鍵設備如水泵、補償罐的選型是確保整體施工性能質量的關鍵要點，施工單位應該根據現場施工情況和供水負載需求，進行優化選型，以確保系統施工完成后滿足設計預期標準。

1 無負壓自來水供水系統工作原理分析

無負壓供水系統屬于二次供水系統，與市政管網相連接，在運行時并不產生負壓，同時還能夠實現壓力穩定和流量補償功能。常見的無負壓供水系統施工主要包括以下設備，有穩壓補償器、真空抑制器、流量控制器、增壓泵、變頻驅動器、各種壓力和流量傳感器等。無負壓供水設備在市政供水管網的壓力基礎上進行加壓，使供水壓力滿足供水實際需求，這種技術方案能夠有效降低設備投入成本，并且在使用過程降低能耗，具有很強的經濟性。無負壓供水關鍵設備增壓泵采用變頻驅動，自動控制器采集管網實際壓力和目標壓力進行比較，根據壓差來動態控制水泵轉速，從而維持供水壓力的穩定。當市政管網壓力高于供水壓力需求時，無負壓設備進行停機狀態，將直接利用管網壓力給用戶供水，完全不需要任何能耗。

當增壓水泵供水與自來水管網供水達到流量平衡時，真空抑制器可將穩流補償器與外界隔離，水泵機組可利用自來水壓力恒壓供水。一旦平衡被打破，真空抑制器使電流穩定補償器與外界連接。通過穩流補償器的檢測裝置，采集穩流補償器中的真空度和水位信號，反饋給自動控制器，真空抑制器的動作由微機控制，并抑制負壓，保證設備在維持正常供水的前提下不會對城市管網產生任何負面影響。

2 無負壓自來水供水設備施工選型存在的問題

無負壓自來水供水設備的流量與揚程等關鍵參數不盡相同，如果未能根據實際工況準確進行設備選型，將會對自來水供水系統施工性能和完成質量造成負面影響，常見的設備選型問題主要包括以下幾個方面。

2.1 流量計算偏差

供水流量計算是無負壓設備選型的主要參數依據，在進行無負壓供水系統施工設計時，要充分掌握建筑居民用水的動態變化規律，計算出最優化的流量需求參數。但在實際工程施工的選型過程中，設計施工單位為了滿足瞬時最大流量需求來選擇水泵，這導致計算設計流量遠遠大于供水實際需求，一定程度上造成了選型設計的浪費，不但增加了施工成本投入，而且在后續使用過程中水泵設備利用效率偏低，造成能耗增加，經濟性較差。

2.2 與主管網匹配度低

在供水系統設備選型時，有些施工單位并未將市政管網水壓和管路特征作為選型參考依據，只是單純通過計算供水設備額定功率來計算水泵揚程和流量，具有較強的片面性，容易造成無負壓供水設備與已有的供水管網參數不匹配問題。此外，在施工選型過程中，選型人員隨意性較大，缺乏嚴格的校核和審批流程，導致設備選型準確性不高，也是影響無負壓供水系統施工質量的一個重要因素。

2.3 系統內部參數不匹配

在無負壓供水系統施工過程中，涉及到的設備選型種類較為多樣，包括泵電機、補償穩流罐、調節水箱、管路材料等，不同設備的選型和施工安裝可能由施工單位的不同部門負責，在具體執行時存在各自為政的現象，都是以各自的功能實現為選型依據，未能以系統總體集成設計角度進行設備選型，容易造成各個部件設備參數不匹配，給部件接口安裝施工造成一定的困難。

3 無負壓供水設備優化選型施工方法

3.1 單臺泵選型施工方法

在無負壓供水系統施工中，采用單臺泵技術方案時一般參照傳統的水泵選型方法，在進行選型時重點參照水泵額定轉速下的負載能力參數，主要包括水泵在額定轉速下的流量和揚程兩項參數，但區別于傳統供水泵施工選型的是無負壓系統水泵在工作時會受到市政供水管路的影響，導致水泵在正常運行時未在最高效率區，造成資源的浪費。因此，無負壓供水系統施工中進行單臺泵選型時，要引入水泵根據具體的工作范圍作為選型參數，首先應該根據水泵額定功率下的流量和揚程對已有的可用廠家提供的水泵數據進行仔細篩選，初步選擇參數范圍適用于供水工程的水泵，再根據實際運行工況進行參數校核工作，進一步縮小可選水泵范圍，在選型過程中，為了提高水泵運行效率，找到水泵最佳運行點，參數篩選標準可以根據以下公式執行：

在3-1和3-2兩式中，Q代表水泵流量，H代表水泵揚程，a、b分別代表水泵篩選的流量和揚程閾值，可以初步對水泵性能進行選型，然后在對實際工況點進行校正，在實際工程應用時，可以通過實驗數據擬合性能曲線，計算出更加符合實際工況的水泵參數，再根據流量和揚程完成單臺泵最終選型。在具體的施工過程中，要注意水泵葉片與電機的同軸度，安裝水泵時應按照額定功率選擇足夠平方數的動力電纜，并盡可能減少電纜的長度，防止電纜長度過長導致的電壓損耗，影響水泵輸出功率。

3.2 并聯泵選型施工方法

由于自來水供水系統設備在運行過程中流量是根據居民用水需求動態變化的，所以為了有效滿足居民變化的用水需求，并且能夠有效降低供水設備能耗，很多無負壓供水系統施工采用多組泵并聯的方式，通過控制水泵的多級啟停來實現系統的最優化運行。在設備運行時，利用流量傳感器實時檢測用水流量和供水壓力參數，并將測量數據上傳到自動控制器中，控制器軟件根據供水需求來動態控制投入運行水泵的數量，盡量使已經投入的水泵運行在高效率區域，減少電能消耗。在并聯水泵施工選型時，關鍵要點在于水泵參數的一致性把控，在安裝施工前，要對已選的泵分別進行實驗，盡可能使并聯運行的泵參數相同。通常并聯水泵的數量、流量選型標準如下所示：

在公式3-3和3-4中，ns表示所需水泵數量，Q表示水泵流量，c表示水泵流量閾值。在水泵數量選擇時，一般應該控制在5臺以下，這是由于過多臺水泵并聯會產生壓力不平衡造成供水系統運行效率下降，在流量計算上，可以簡單的按照多臺并聯水泵流量代數疊加的方式計算，從而完成并聯泵組每臺泵的選型工作。在具體施工時，要盡可能使并聯泵安裝位置處于同一水平面上，減少不同高度下水壓差對泵的影響，同時要盡量保證多臺并聯泵電源一致性，從而使各臺水泵的出力平均。

3.3 無負壓補償罐選型施工方法

為了確保無負壓自來供水能力滿足需求，同時應該盡可能保證市政管網壓力不低于最低服務壓力值，確保建筑高層用水不間斷，負壓供水系統施工時不僅需要安裝加壓水泵，同時也需要安裝無負壓補償罐來穩定供水壓力和流量。穩壓補償罐調蓄容積選用時應按流入量和供出量的變化曲線經計算確定，通常建議選用帶水箱的無負壓來保證供水安全，水箱的容積的取值為用戶用水量與市政來水的差量，通常計算得出的箱式無負壓水箱容積為自來水日供水量的5%左右最為合理。在補償罐安裝施工時，應該用水平儀對罐體安裝地腳進行找平，盡可能使補償罐內部各點壓力平衡，同時要加強罐體和管路連接部分的密封施工，對于有力矩需求的螺紋連接，需要采用專業的帶力矩值的安裝工具進行安裝。

4 結語

綜上所述，關鍵設備優化選型是無負壓自來水供水設備施工的關鍵要點，對提升系統供水效率，降低能耗有著至關重要的作用，供水建設施工單位應針對供水負載工況特點，準確計算供水流量和揚程，并計算出設備優化運行曲線，按照運行曲線對關鍵設備如供水泵，補償罐進行優化選型，在滿足自來水供水需求的同時降低系統能耗，節約電能資源，從而提高自來水供水設備的可靠性和經濟性。