無負壓供水在建筑給排水中的應用

張東需

（山東太航建筑設計有限公司菏澤分公司，山東 菏澤 274000）

無負壓供水技術一般指無負壓變頻供水，也叫變頻無負壓供水，是直接連接到供水管網上的增壓設備。傳統的供水方式離不開蓄水池，蓄水池中的水一般由自來水管供給，這樣有壓力的水進入水池后變成零，造成大量的能源白白浪費。無負壓供水設備是一種理想的節能供水設備，它是一種能直接與自來水管網連接，節能效果好，沒有水質二次污染的二次給水技術。

1 無負壓供水技術概述

當前我國很多建筑工程都應用了無負壓供水技術，因為其在很多方面都具有優勢，所以其在建筑工程領域有著極大的發展空間。對于無負壓供水技術而言，變頻技術在其中發揮著重要作用，借助變頻式無負壓供水設備能夠進一步提升供水管道壓力。傳統供水方式需要在特定水壓條件下才能進行水池注水，之后則需要依靠蓄水池進行供水，而這一供水過程不僅需要入水壓，還需要出水壓，在這兩種壓力下才能完成供水，但也會導致能源的浪費，而且難以達到節能環保要求[1]。在技術越發成熟的影響下，無負壓供水技術的應用變得越發常見，應用該技術能夠直接和供水管相連，利用特定壓力就可以進行供水，而且不再需要依靠蓄水池，這樣就可以規避這方面的能源消耗。無負壓供水是以市政管網為水源，充分利用市政管網原有壓力，形成密閉的連續接力增壓供水方式，其節能效果好，而且沒有水質二次污染，是變頻恒壓供水的發展和延伸。

對于建筑工程而言，如果運用了無負壓供水技術還需要借助穩壓式補償技術，以此來實現供水管道壓力的穩定，在供水過程中還需要借助智能化控制技術進行相應參數和流程的控制，以便可以確保連續性供水。應用無負壓供水系統以前，專業人員設定穩壓值往往會根據實際情況進行，一般就是建筑工程供水環境，之后為了防止出現供水管道壓力過大的情況，則會應用微變頻技術，借助該技術實現水壓調節。無負壓供水系統的運用比較適合應用真空補充技術，這樣才能實現供水管道的封閉式連接，而且可以防止其他雜質進入。進行實際供水時一般都會對供水管道阻力進行24 小時監控，如果發現供水管道阻力過大或是水流量過大就需要及時進行調整。

2 無負壓供水原理

應用無負壓供水設備能夠對設備和供水管網進行緊密相連，這樣就可以充分利用市政供水提供的壓力，而且可以構成疊壓式串聯供水系統，通過管控管網壓力可以將其控制在合適范圍，使其能夠不小于保護壓力，所以無負壓供水設備非常適合用在二次加壓型供水過程中。但應用無負壓供水設備時一定要注意創造良好的運行條件，以免出現負壓情況，同時可以避免市政管網系統運行受到干擾，主要就是來自供水機組的干擾。其實應用無負壓供水設備可以為用戶提供穩定、可靠的供水，而且并不會對周邊其他用戶的用水造成太大影響[2]。無負壓供水設備有很多種，比較常見的主要有兩種，一是箱式供水設備，二是罐式供水設備，當前還出現了更加先進的無負壓供水設備，其還應用了機電自控技術，是對供水系統進行進一步改進后的產物，其主要具有三種形式：第一，穩流模式。如果市政供水管能力不夠，需要利用真空抑制器從外部補充空氣，隨著空氣的流入，就可以有效控制負壓出現，為了更好地穩定水泵工作狀態，還需要使用液位控制裝置。第二，自控限流。當市政供水管網能力不夠時，壓力傳感器會發出提醒，這時就需要采取措施來確保水泵不超量取水，等到放管網壓力有所改變，在達到正常值后系統就可以繼續正常運行。第三，壓力控制。當市政供水管網能力不夠時還需要應用恒壓供水系統，等到壓力有所改變，變到和正常值相差無幾時，系統就可以繼續正常運行。

3 無負壓給排水系統的設計意義

3.1 可以實現節能環保目標

對于建筑給排水而言，節能環保一直都是其想要達到的重要目的。城市供水管網是為城市居民提供水資源的重要途徑，其往往存在一定壓力，所以對其進行設計時往往非常注意考慮城市供水水量，還會注意結合城市供水水壓，而且需要對這兩方面條件進行充分利用。設計多層建筑先會考慮直接供水，如果供水管道難以達到這個目標，就需要設計自來水箱。為了更好地滿足用戶用水需要，城市供水一般都會使用分流變頻泵，所以就需要設置水箱，而這又導致了水資源和壓力的浪費，并且長期使用水箱，還會不斷增加這種浪費，然而應用無負壓供水就可以解決浪費問題，這是因為其會直接利用城市供水壓力，所以可以實現節能目標[3]。

3.2 可以更好地保障水質安全

基于維護和通風需要，一般水箱的供水方式都不會太復雜，而這就導致很容易出現二次水污染。雖然建筑給排水設計規范中對自來水更新周期進行了規定，還對消毒設備的應用提出了明確要求，然而受到多種原因的影響，如，維修水平比較低、物業管理水平不高等，發生二次污染的概率還是非常高的，而且難以保障水質安全。但是應用無負壓供水卻可以有效降低水質二次污染的出現，從而能夠更好地確保水質安全。

4 建筑給排水中無負壓供水技術的實現路徑

4.1 應用前的準備工作

因為高層建筑高度比較高，如果只是單純依靠市政供水壓力是難以滿足高層用戶用水需要的，從而導致供水不足的出現，如果可以應用無負壓供水技術就可以對建筑內部給排水系統進行改進。但應用該技術之前還需要做好準備工作，首先需要對區域內水管網道的供水范圍進行研究，確保可以實現平穩供水，其次需要確定水泵安裝地點，還要統計住戶數量，明確供水點和穩壓值，以便可以營造良好的用水環境。完成上述準備工作后，相關人員就可以進行理論性計算，并根據計算結果設定相應的執行方案，確保用戶可以正常用水，而且不會造成太大的能源消耗。等到確定應用的技術后，還需預估硬件設備需要的成本，在不影響正常供水情況下實現最大的利用率，同時需要嚴格檢查設備質量，以免后期出現設備質量問題，并因此影響到建筑供水系統正常運行。我國對于無負壓供水技術的應用還不夠成熟，進行設備設計時相關人員可以引入先進技術，以便可以實現原有設備的改進，同時還可以學習國外這方面的先進經驗，進一步提升設備利用率。

4.2 應用中的注意事項

進行無負壓供水系統建設時需要嚴格按照《建筑給排水設計規范》實施，尤其是建設選型流程的設計，同時需要進行運行分析、節能分析，以便可以讓建設工作能夠有序、順暢進行。通常而言，供水系統并不是一成不變的，而是需要根據實際情況的改變而改變，如，自來水進水量、住戶實際用水量、樓層高等，這些實際情況不同，需要采用的工程選型計算方法也是不同的，設計方進行計算時一定要充分考慮實際情況[4]。運行分析涉及很多方面，不僅包括新建供水設備運行分析，還包括供水系統運行狀況分析，同時包括清理維護流程。通過上述分析可以幫助相關人員更好地了解供水系統運行情況，對于各個環節運行情況的了解也會更加精準，這樣就可以為方案優化提供有效參考。至于節能分析，則需要先了解供水網情況，之后還需要掌握新舊供水系統能耗，對兩種結果進行對比，這樣就可以了解無負壓供水技術的優勢。研究發現，相比傳統供水技術，應用無負壓供水技術可以節約30%左右的能源，甚至有的情況可以達到50%的節能。

4.3 無負壓供水技術實施要點

我國無負壓供水技術應用還不夠成熟，因此相關人員在選定需要使用的設備時必須要注意檢查水泵質量，同時需要注意要點技術的應用，至于設備的選用，則需要注重分析其使用年限，對于其能源消耗也不能忽略，而且需要提前設定好建筑內用水量，還需要制定多套方案，確保設備使用率。安裝無負壓供水設備時，因為一些地區水質比較差，所以需要制定凈化方案，以免因為水質問題損壞到設備，縮減設備使用年限。還有一些用戶因為長期不用水，長期存儲在管道內的水也會出現水質改變，相關人員一定要注意分析實際情況，確保水質能夠達到標準[5]。應用無負壓系統因為需要抽取外部氣體，以便可以增加管道壓力，但基于設備周圍氣體環境問題，也會導致管道內水質出現改變，為此相關人員一定要做好具體防護，同時需要安裝相應的過濾設備，這樣才能營造良好的用水環境。

5 無負壓供水設備的設計應用實例

某一高度為60m 的高層建筑，地上部分為居住樓層，地下部分為人防空間，對該建筑供水系統進行檢測發現其二次供水系統存在以下不足：一是水箱材料老化，并沒有得到及時更新，外壁存在大量銹蝕，而且還有污水管道直接通過；二是水箱各部位嚴重受損，主要表現在頂棚、底部和內墻部分，從而使得供水條件受到嚴重影響；三是使用了鑄鐵變頻水泵，使得水污染概率大幅提升，影響了水資源治療。改造該水箱一定要充分考慮現場空間條件，同時還要注意及時更換各個部件，如，水泵機組、泵房頂棚、泵房墻面等，因為改造存在極大的困難，所以需要比較長的時間中斷供水。對各方面因素進行綜合考慮后最終決定使用無負壓供水系統。

5.1 明確水源

該建筑給排水工程確定使用市政自來水管網的水資源，通過調查現場情況決定使用管徑為DN100 的連接管道，至于管網供水壓力也需要根據現場情況決定，最終決定將其控制在0.25～0.30Mpa 范圍內，管網水力條件則需要保持平穩，而且該建筑消防給水系統是獨立的，其和生活給水系統并沒有合并。

5.2 調查用戶用水情況

設計該建筑給水系統需要先調查用戶用水情況，如，每天白天最大水量、最不利供水點標高、每小時最大用水量等，調查后發現這三項數值分別為115m3/d、11m3/d 和60m，另外還發現該建筑五層到頂層都需要增加壓力才能正常供水，而且以十三層為分界線，這一層以下到五層的樓層都是中區，這一層以上到頂層則為高區。

5.3 制定給水系統布置方案

該建筑給排水系統改造原本計劃一層到四層、五層到頂層分別使用不同的供水方式，前者使用市政管網供水，后者使用水箱加變頻水泵供水。原來的給水系統使用了生活水箱，其一端和市政給水管直接相連，另一端和變頻加壓泵連接，同時還安裝了氣壓罐，而市政給水管則是從地下一層接入建筑泵房，之后分三路和低區供水管、生活水箱和消防供水系統相連。

5.4 制定改造方案

為了更好地滿足用戶實際用水需要，決定進行給排水系統改造，并提前制定了改造方案。實際改造決定對五層到頂層供水進行改變，變為無負壓設備疊壓供水，而五層以下的供水方式并不需要改變。為此需要先拆除相關設備，如生活水箱、水泵機組等，同時還要建設配有無負壓變頻給水設備的生活水泵房間，在原來生活水箱的位置建造即可，無負壓設備進水端一端和中區、高區用戶管網干管相連，其是出水端，另一端和原來生活水箱DN100 進水管相連，其是進水端。

6 結語

建造工程給排水設計、使用的技術等都和建筑物內用戶用水息息相關，能夠直接影響他們的生活質量。以往的高層建筑給水都會依靠市政自來水管中的壓力，再加上二次加壓來實現，但是這種供水方式會導致供水污染概率提升，還會產生耗能問題，為了解決這些問題，很多建筑工程給排水系統都應用了無負壓供水技術。該技術不僅節能效果好，而且不存在水質二次污染的問題。在建筑工程給排水中應用該技術不僅要提前做好準備工作，而且還有一些技術實施要點需要特別注意，所以需要對該技術的實際應用進行研究，這是一項有著重要現實意義和社會意義的工作。