浅析无负压供水技术及其应用

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　　摘要：本文介绍了无负压给水设备的构造原理、优特点；正确使用无负压供水技术对提高系统安全可靠性、节能等具有十分重要的意义：并对其接入条件提出了自己的见解；对其应用前景进行了展望和建议。
　　关键词：无负压供水；工作原理；优特点；推广应用
　　 近年来随着城市建设的不断加快，高层建筑日益增多，二次供水设施成为自来水供水管网建设中不可缺少的一部分。然而，传统二次加压供水方式，水池、水箱造城市生活供水二次加压泵站已经是居民小区和城市高层建筑给水中不可缺少的组成部分，这是因为目前城市给水管网局部水压不够高，还不能将水直接送到高层用户，这样就必须先将市政自来水供至水池或水箱，然后通过二次加压泵站将水供给到用户，以保证每一个用户的用水要求。
　　 由于传统的气压供水设备和变频调速供水设备都不能有效地避免水泵抽水时市政管网产生负压的问题，所以市政供水部门一般不允许其加压水泵从管网直接抽水，需要设置贮水池，贮水池的存在导致市政管网剩余水压得不到利用，每年浪费的能量惊人。无负压供水技术是对传统的二次供水技术的革新，在市政管网压力允许的情况下，直接从市政管网中取水增压，从而达到节能的目的。无负压供水技术具有节能、卫生安全、节约投资、管理方便等优点，具有推广应用价值。
　　1传统二次供水方式的主要形式及存在的问题
　　传统的二次供水形式主要有以下几种:
　　(1)水泵与水池(箱)联合供水形式:指既设高(中)位水池(箱)，又设低位水池(箱)的供水形式。
　　(2)变频调速供水形式:指只设低位水池(箱)，采用变频调速设备的供水形式。
　　(3)压力罐供水形式:指只设低位水池(箱)，采用压力罐及变频调速设备的供水形式。
　　常规的二次供水方式在市政供水管网水压不足需要增压时，首先将市政管网供水流入水池，再进行二次加压，这种二次供水方式存在以下几个问题:
　　(1)无法充分利用市政供水管网原有的压力;
　　(2)存在着水质二次污染的严重问题;
　　(3)水池/箱需要定期清洗维护，增加了二次供水管理费用和难度;
　　(4)水池不仅占地面积较大又增加了设施的总投资等等。
　　由于常规的二次供水方式存在以上诸多问题，到20世纪90年代末期，无负压供水技术在日本、美国、西欧等发达国家已得到普遍使用，并且建立了一整套完善的产品标准体系。
　　2无负压给水设备的结构配置及工作原理
　　设备配置及运行原理:
　　(1)设备配置:(以罐式两台泵为例)设备进口处设置倒流防止器、过滤器和一个稳流调节罐。稳流调节罐顶部设一个真空消除器或负压消除器，罐内设液位探测传感装置。两台水泵并联，并设有旁通管。
　　(2)运行原理:当管网进水量大于设备出水量时，调节罐满水，水泵通过调节罐从管网里吸水。当管网进水量小于设备出水量时，调节罐内的压力和液位开始下降。当罐内压力低于大气压时，进/排气阀打开进气，防止罐内产生负压。当调节罐水位继续下降到设定的低液位时，水泵停止运行。
　　 (3)负压消除装置(真空消除器)经过多年持续不断的改进，真空消除器有以下几种形式:①在进/排气阀上加设过滤膜装置，对进入稳流调节器的空气进行过滤，以保证水质清洁;②用带气囊的隔膜气压罐代替无气囊的缓冲水罐，保证空气与水的隔离;③自平衡式;④预压式等多种负压抑制方式，保证了设备不产生负压和不被空气污染。无论哪一种都应当在稳流调节器上装设压力传感装置和液位控制装置，当罐内压力低于设定值或罐内液位低于设定值时，强制水泵停止运行等等。应当说目前国内大多数无负压供水设备利用水力、机械或电气控制等措施，可以有效地防止水泵吸水时在管网中产生负压。
　　3无负压供水设备的种类
　　目前，市场上所用的无负压供水设备主要有3种:密封式、稳流罐式、调节水箱式。但细节上也有不同之处:
　　(1)密封式:该方式将电机、水泵等设备完全密封于不锈钢容器内，基本杜绝了水质二次污染，占地少，安装灵活，可安装在楼梯间、地下池子等地方，施工周期短，但无储备水量，城市公共供水管网停水时，容易出现断水现象。
　　(2)稳流调节罐式:该方式在水泵前装设可承压的稳流调节罐，靠其调节作用，可进一步降低对城市公共供水管网的影口向。
　　(3)调节水箱式:该方式设有不承压的调节水箱，调节水箱与水泵并联，通过电控装置，使调节水箱内的水每天至少循环两次，确保水质不变。当市政管网的水量、水压条件能满足无负压供水方式要求时，直接从市政管网取水;否则，从调节水箱取水。可用于自来水管网供水不稳定的区域。由于存在水箱，仍要按规定进行清洗消毒。
　　4无负压供水设备的选型
　　根据《建筑给水排水设计规范》(GB50015-2003)第3.6.4条款计算设计流量、根据用户配置的用水器具及供水、用水时间额定、自来水进水量(由自来水管径、压力长度等条件确定)、顾客实际用水量、建筑物高度等数据来综合确定的。稳流调节罐是按照自来水满足顾客要求的情况下估算的，如果自来水管径很细或压力很低，进水流量不能满足用水高峰的要求，需要重新计算稳流调节罐的容积，计算公式如下:
　　
　　式中：
　　Q进――是用水高峰的自来水进水量（m3/h）;
　　Q出――用水高峰的顾客用水量（m3/h）;
　　△t――用水高峰持续时间（h）。
　　5无负压供水与变频恒压供水的比较（见下表）
　　比较名称 无负压供水设备 变频恒压给水设备
　　基础建设 不用建水池、水箱、基础投资小 需建地下水池或不锈钢水箱，基础投资较大
　　水质污染 绿色环保型，全封闭，无污染 地下水池存在少量的二次供水污染
　　相同用户水泵功率 利用原管网水压，水泵运行功率小，节能更多 原管网水压不能利用，水泵运行功率相对偏大
　　供水流量 零星流量时，通过旁通管直供水，无需启泵，节水，全封闭系统无渗漏不需维护水池 零星流量时，辅泵与气压罐交替工作，启动辅泵
　　组成 调节罐+水泵+智能控制系统 地下水池+水泵+智能控制系统
　　特点 无负压管网叠压，变频控制 变频恒压
　　用电节能 节能50%以上 节能30%以上
　　环保方面 全封闭系统，无二次污染，节水 敞开式水池，有二次污染
　　占地面积 结构简单、紧凑，空间利用率高，占地面积少，建设周期短，易安装 需地下水池，占地面积较大，建设周期较长
　　6无负压给水设备存在的问题
　　无负压供水技术存在的几个问题:
　　(1)无负压供水设备在来水不足时为了实现无负压功能必须以牺牲用户用水，即停止或减少水泵吸水作为代价。
　　(2)无负压供水设备仅仅解决了水泵吸水口处的压力临界于负压时水泵如何停止吸水的问题，但并没有对管网可能产生的影。向(如水压波动、水表计量等)作全面的分析和预防。
　　(3)使用无负压供水设备时必须充分考虑当地城市管网系统的水力条件。无负压供水技术应用不当可能出现影响周围用户的水压、降低用水可靠性、水泵效率偏低、旁通管路水质下降等问题;过分的强调或夸大设备的“无负压”功能，是不科学的。在外部管网水力条件不匹配的情况下，任何设备都无法实现真正意义上的无负压。
　　(4)旧前，国内大部分城市没有出台相应的城市二次供水管理办法。无负压技术在二次供水领域的应用基本处于无政府管理状态，为今后二次供水管理及安全优质供水埋下了隐患。为了保证城市二次供水的安全可靠，不断增强依法管理的自觉性，加大对二次供水管理的力度，建立健全配套的管理制度，使二次供水管理工作走上规范化、法制化的轨道，很显然，此问题已经提上了议事日程。

　　7无负压给水设备的管网接入条件探讨
　　我国1994年颁布的《城市供水条例》中规定:“禁止在城市管网公共供水管道上直接装泵抽水。”这是因为在城市供水条件尚不成熟的情况下，没有控制和保护措施，从管网直接抽水可能会对管网水质、水压产生不良影响，甚至造成管网破坏。随着城市供水条件的完善以及供水技术、自动化控制技术的发展，无负压供水技术在国内推广使用的条件日趋成熟。
　　我们认为，既然无负压供水技术仍存在不少的问题，这就要对其接入管网的条件进行约束和规定。
　　(1)应当规定当室外给水管网的水量、水压达到一定要求时，方可选用直接增压二次供水设备。
　　其中:①水量要求用户需水量低于管道供水量时(供水量可按经济流速计算)，即可满足水量要求;用户需水量高于管道供水量时，可以采取加大配水管管径或适当增加稳流调节罐容积的方式满足用水需要。否则，不得选用直接增压方式。②水压要求:室外给水管网的压力不得低于0.2MPa(参考值)。这些数据的获得必须咨询用户所在地的自来水公司。换句话说，从技术角度讲，要想接入无负压供水设备理应到自来水公司技术部门进行备案审批。
　　(2)无负压供水设备必须有多重的、可靠的防负压、防倒流、防水表计量冲击等措施。
　　(3)为了避免对城市公共供水管网的水质造成污染，这就需要有质量技术监督部门的鉴定证书，证书中应特别注明防负压、防倒流方面的鉴定结论，以确定能否具备直接接入管网的条件。
　　(4)引为防止设备本体对水质造成污染，无负压供水设备还必须具有市级卫生监督部门的卫生许可证。
　　8关于无负压给水技术推广应用的几点建议
　　(1)加强无负压供水技术的推广应用宣传工作。通过新闻媒体等形式广泛进行宣传，使全社会认识到这种供水方式的优点，对新建、改建、扩建的二次供水设施，在符合条件的区域，建议采用无负压供水方式。
　　(2)无负压供水技术在国内还属于一种新型的供水技术，目前尚没有任何关于无负压供水技术的国家标准。为使无负压供水的工程设计、施工、验收能够做到技术先进、经济合理、安全适用、运行可靠，业内专家强烈呼吁现阶段应尽快建立无负压供水方式的应用法规、技术规程等。
　　(3)明确采用无负压供水方式的区域应满足的供水条件。我们认为:防负压方面，至少应设电控装置和机械装置;防倒流方面，应尽可能设多层防护措施，确保对城市公共供水管网水质不产生任何影响;节能方面，应考虑夜间用水量很小情况下的能耗问题。实施此类供水方式时，应该从供水设计开始，考虑增加相应的设施，例如采用加设孔板、加设流量调节阀、加设定时启闭阀等手段，严格控制进水管的最大瞬时流量在水表额定流量范围内，对水表规格的选择要合理，以避免对管网压力和计量水表造成冲击，尽量减少无负压供水设备的负面效应。
　　(4)加强无负压供水新技术的研发工作。鼓励引导设备生产厂家在防负压、防倒流、节能等方面进一步攻关。
　　(5)严把无负压供水设备的质量关。技术监督部门应严格按照企业标准对无负压供水设备进行技术鉴定，鉴定合格的，颁发有关证件。且每年可对鉴定合格厂家的设备进行抽检，确保设备质量过关。对性能先进的设备可进行公示或下发文件推广应用。
　　(6)积极创造条件，尽可能满足无负压供水方式用水需求。今后新敷设和更换自来水管道时，用户应具有超前意识，尽量加粗管径，以满足接入无负压供水方式和周围用户对水量的需求。
　　(7)供水企业有义务为用户提供良好服务，对二次供水系统的规范管理提供支持，而不是放任不管或管得过死。
　　
　　注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。

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