无负压供水设备在高层建筑中的应用

随着城市化进程的不断扩张，高层建筑与日俱增，供水成了城市生活的一大焦点。原有的市政网管一次供水对于多层住宅可能具有比较好的效果，但在高层和小高层建筑面前却显得力不从心。早期通过气压、变频等方法对高层建筑进行二次加压供水来改变城市供水现状，这种传统的二次供水方法由于水池、水箱诸多中间构件的形成，不利于节能且对水资源容易造成二次污染。技术的日新月异，无负压供水设备随之诞生。在其发展至今的十多年时间，无负压供水这种新型的二次供水方式因为其良好的节地、节能、无污染性能，被现代高层建筑供水体系广泛的应用。
1 无负压设备供水简介
1.1无负压供水设备的组成
无负压供水设备主要由稳流补偿器、真空抑制器、水泵、压力传感器、负压表、过滤器、倒流防止器、排污阀、小流量保压管、旁通管、阀门等组成， 如图 1 所示。
图1 无负压供水设备组成
1—稳流补偿器； 2—真空抑制器； 3—压力传感器； 4—负压表； 5—过滤器； 6—倒流防止器 (可选)；7—排污阀； 8—小流量保压管 ； 9—旁通管 ； 10—水泵 ； 11—止回阀 ； 12—阀门 ； 13—压力控制器 ；14—压力传感器； 15—控制柜； a—接自来水管网或其他有压管网； b—接用户供水管网
1.2无负压设备控制工作原理
图2 无负压供水设备控制原理
如图2所示，无负压供水设备主要通过微机和变频器实现供水控制。首先根据供水及用水的实际情况设置恰当的压力值，在设备运转的过程中，微机对市政网管的压力实施实时监测，当网管压力不满足设定压力值时，变频器自动启动，通过提高水泵的转速提高网管压力，再通过恒定转速来保证恒压供水。如果启动一台水泵仍不能满足供水时，则控制启动多台水泵运行；而当网管压力高于设定压力时，通过信号变频控制使水泵处于休眠状态；当水泵机组的供水与自来水管网的进水保持平衡时，负压消除器使稳压补偿器与外界隔离，水泵机组可利用自来水的压力进行恒压供水。反之，系统则通过微机反馈控制消除负压，保证不对供水网管产生负面影响。
无负压供水设备在运行过程中，充分利用自来水原有压力来保证压力恒定供水。无负压供水设备取消了传统二次供水中的水池、水箱等，可以直接串联在原供水网管或其他有压网管上，微机对市政网管压力实施实时监测，真空抑制器与稳流补偿器可以抑制负压的产生，既充分利用了市政管网的压力，又不产生负压，从而对其他供水不产生影响。
1.3无负压设备供水的特点
无负压供水设备和传统的二次供水相比较，能直接和原有的供水网管或其他有压网管相串联，减少了中间比如水箱、水池等构件。具体地讲，具有以下几方面的优势：
1）对附近的供水不产生影响。由于无负压设备可直接串联在原有自来水供水网管或其他有压网管上，设备的感喟于控制装置不会导致负压产生，因此对附近的用水不会造成影响。
2）无负压设备供水，在设备上减少了许多中间环节，如水箱、水池。从经济的角度节约了投资成本；从施工的角度简化了流程，更便于安装；从干净卫生的角度少去了中间的环节，减少了水资源的二次污染；从节水的角度，从根源上避免了水在途中的渗漏，从而在一定程度上减少了水资源的浪费。
3）无负压设备供水串接在原有供水网管上，可以利用原有的压力，在不用水或者小流量时能“停泵保压”，具有良好的节能效果。
2 无负压供水设备在高层建筑中的应用
众所周知，无负压供水设备得以广泛的应用源于其各种优良的特性，但不可否认，无负压供水并非十全十美。在实际的工程中，并非所有情况都宜安装无负压设备：1）无负压设备调节容积相对较小，从而对市政供水网管由比较高的要求，基于这种情况，对于水力条件差、流量和水压不能得以保证的地区如城郊，不建议使用无负压供水设备；2）无负压供水设备的正常运转需有良好稳定可靠的电源作保障。所以对于电源条件较差的地区，不建议使用无负压供水设备；3）某些对市政网管造成不良影响的行业，如有毒物质、化工等，不适宜用无负压供水设备。所以在工程中，必须综合各方面的因素，结合实际充分考虑，是否适合实施无负压设备供水。
2.1工程概况
r工程为住宅小区，建筑共30层，属于一类高层建筑。该住宅大楼原供水系统分为3个系统：1-4层为低区，5-17楼为中区，18-30为高区。由市政自来水给水网管提供水源，供水管网输出端压力约为0.2mpa，其中中、高区在一次供水的基础上采用生活给水变频泵组和生活水池联合加压供给进行二次供水，室内生活调节水池需120m3。从供水的实际情况来看，原来的二次供水方式并不能很好的满足中、高区的供水需求，即中、高区供水未得到良好的保障。结合现代化供水的节能、环保、少占地、经济等综合要求，经专家组考察论证决定对此系统采取无负压供水设备供水改造，通过增加一套无负压供水设备直接连接到市政供水网管进行加压对中、高区进行二次供水。
2.2无负压供水设备在实际工程中的节水节能体现
由于无负压设备供水省去了传统二次供水的许多中间设备，如水箱、水池等，毫无疑问地避免了水资源渗漏现象，同时也免去了中间构件的定期清洗，大量的节约了水资源。
另外，无负压设备可以很好的利用自来水原来的压力，然后进行差额配补，具有良好的节能效果。下面以r工程为例，进行节能计算。
若此项目低区采用普通变频供水模式，系统流量为155m3/h，扬程为 71 米 ，采用三用一备供水模式 ，单台泵功率为18．5kw，变频节能效率按 65%计：
每年用电金额=3×18．5kw×24 小 时×30 天×12 月×0．5 元/度×65 %=155844元。
而采用箱式无负压供水设备之后可利用管网2-3 公斤左右的压力，流量为 155m3/h，水泵选型扬程为 66米(保守计算)，采用三用一备供水模式，单台泵功率为 15kw。
①用户用水高峰时， 三台水泵同时运转， 运转时间约为 8小时：
用电金额=3×15kw×8小时×30天×12月×0．5元/度=64800 元
②用户用水低峰时，水泵由两台或单台运转，运转时间约12 小时，夜间水泵处休眠状态：
用电金额=1×15kw×12 小时×30 天×12 月×0．5 元/度= 32400 元
每年用电总金额=64800元+32400 元= 97200元
155844元-97200 元=58644 元
在该工程中，在低区若使用箱式无负压设备供水，比传统普通变频设备供水1年可以节约电费58644元，具有良好的节能效果。
3 结语
我国供水系统经历了一次普通供水到通过变频、气压或者高位水箱的传统二次供水，在这一演变发展过程中，部分地解决了我国城市供水的紧张现状，但传统二次供水节能效果差，且容易造成水资源的再次污染，继而无负压供水设备新型二次供水方式应运而生，因其良好的节能、节地、环保的特性，得到了广阔的应用前景。