论文部分内容阅读
摘要：由于城市建设急速发展，土地资源紧张，能源紧缺，还有对供水质量和供水系统可靠性的要求不断提高，采用高性能、高节能、高环保，能适应不同领域的无负压(叠压)供水设备成为必然趋势。无负压(叠压)供水技术在环保、节能、节水等关键技术方面取得了突破性的进步，具有传统供水方式不可比拟的优势，是传统供水设备的替代产品；该型供水设备研制成功必然带来二次供水的革新。本文将对无负压供水技术的工作原理、技术优势、应用技术要求及不足之处进行技术上的探讨。
关键词：无负压(叠压)供水；技术优势；系统组成；工作原理；技术要求；不足
Abstract: Due to the rapid development of urban construction, the strain on the resources of land, energy shortages, there are increasing demands on water quality and water system reliability, high-performance, high energy saving, environmental protection, and it can adapt to different areas of non-negative pressure (stack pressure) water supply facilities become an inevitable trend. This article discussed no negative pressure water technology works, and technical advantages, the application of technical requirements and the inadequacies of the technical.
Key words: negative pressure (overlying) water; technical advantages; system components; works; technical requirements; lack
中圖分类号：TK284.7文献标识码： A 文章编号：
一、无负压(叠压)供水的技术优势
随着城镇化水平的快速发展，城市人口急剧增加，建筑楼层不断的加高，现有城市一次供水管网的供水压力日显不足，大部分地区普遍存在着用水高峰期高层供水压力过低，造成高层用户用水困难。传统的处理方法是修建蓄水池和高位水箱，通过水泵进行二次加压供水，造成了极大地浪费。为了减少供水能源的浪费，随着供水设备深入研究，研制开发了无负压供水设备。下面将对两种给水设备作一下比较：
传统水池给水设备与无负压给水设备对比表
传统水池给水设备 无负压给水设备
供水方式 须建水池或水箱，自来水全部放入水池或水箱中，再二次加压供水。 不需要建水池或水箱，与自来水管道直接串联加压供水，可充分利用自来水原有压力。
供水质量 自来水进入水池中，各种杂物极易进入水池，严重影响污染水源，被污染的水后经过加压后供给住户使用。同时使用工况不断变化，供水管网供水压力波动也比较大。 自来水经过设备加压后直接供给住户，稳流补偿器经防腐出口，密封连接，水体不与空气直接接触，保证水质没有污染，用户可以放心使用。采用微机变频软启动恒压控制，供水压力比较平衡。
节水情况 水池溢，滴，漏，渗比较普遍，另外每次清洁，消毒，都浪费大量的水资源。 全封闭结构，杜绝了溢，滴，漏，渗，清洗等浪费水资源的现象。
节能情况 自来水全部放入水池，原有的自来水压力不能充分利用，能量白白浪费。这种供水方式能耗大，设备运行费用高，一旦停电，住户就停水，使用不经济。 与自来水管道直接串联，可充分利用自来水管道原有压力，差多少，补多少，自来水满足要求是，设备就停止工作，节能效果比较显著。这种供水方式能耗小，设备运行费用低，使用经济。
安装情况 水池或水箱以及水泵等供水设备占地面积大，施工安装比较麻烦，周期野相对较长。 不用建水池或水箱，节省了占地面积，成套设备出厂，到现场后，直接与自来水管和供水管对接，安装简单，施工周期短。
投资情况 须建水泵房，占地面积大，工程总投资相对增加
因水质污染严重，需要安装水净化设备，投资成本增大。
因使用水池或水箱，需要定期清洗消毒，增加了日常开支。
占地面积小，工程总投资相对减小
不需考虑消毒设备，节省了定期清洗消毒的费用。
设备充分利用自来水管网的压力，耗能小，运行成本低，可节省日常用电开支，使用比较经济。
以实际工程为例，自来水管网平时供水压力为0.25MPa，高峰期供水压力为0.15MPa，设计用水量为80m3/h，最大秒流量为40L/s，最高层需供水压力100m，选用无负压供水设备采用分区供水方式，低区流量5L/s，供水压力50m；高区流量20L/s，供水压力100m；考虑自来水供水压力的不稳定性和克服阻力所损耗的压力，高峰期利用自来水管网压力0.12MPa,则低区供水压力为38m，高区为88m,低峰期自来水管网压力为0.25MPa，同上可利用的压力为0.22MPa。根据用水规律，用水高峰约2H，中峰约5h，低峰约7h，小流保压期约10h，则水泵每天电耗EP可通过下列公式计算，低区为例：EP＝pTQmHA／102ηp 式中：p：水的密度，1.03kg/LT：及泵运行时间，h；Qm：单位时问流量，L/s； H：扬程，m； A：变频节能系数； ηp：水泵、电机和传动装置的总运行效率根据水泵样本确定。高峰期EPl=19.19kW.h，中峰期EP2=20.7kW.h，低峰期EP3=13.85kW.h，小流量保压时间为10h，耗电基本为零，故低区EP=53.74 kW.h。
同上，高区EP=133.28kW.h,则水泵每年运行电耗为187.02kW.h/天*365天*0.8元/kW.h=5.46万元/年。
传统供水方案按选用2台37 kW水泵，水泵工频运行，水泵按每天10h运行，则每天电耗W=370kW.h/天，那么每年运行电耗E1=370kW.h/天×365天×0.8元/W.h=10.8万元/年。
综上与传统供水相比，选用无负压供水设备可节省年运行电耗5.34万元/年，以运行15年考虑，则可节省运行费用约80万元。由此可见无负压供水的优势不言而喻。
二、无负压(叠压)供水设备的组成及工作原理
1无负压供水设备的组成：无负压供水系统在进水口处设置无负压稳流罐，通过管路进入水泵变频调速供水系统，为用户提供清洁的水源。无负压供水系统主要由水泵、稳流压力罐、负压抑制器和变频数控柜组成，取消了贮水池和屋顶水箱，水泵直接从与自来水管网连接的稳压平衡器吸水加压，然后送至各用水点，其系统组成如图1所示。
2 无负压供水设备的工作原理
(1)设备正常运行时，市政水进入无负压稳流罐，罐内的空气从顶部的排气阀排出。当稳流罐注满水时，排气阀处于关闭状态，罐内的水压等于市政水压。当设备长时间运行，稳流罐内空气聚集到相当程度时，罐内水位下降，排气阀随打开排气。
(2)若市政管网供水量不足，当市政进水管水流空或稳流罐内水压低于大气压时，此时稳流罐内水位下降，浮球随之下降而吸入空气，使稳流罐压力等于大气压力，以防止市政管网出现虹吸而形成负压。
(3)用水高峰期，当市政管网的压力低于用户所需的压力时，变频调速泵组启动运行，确保供水管网压力满足用户的要求。用水低峰期，当市政管网供水压力已满足供水要求时，变频调速泵组自动停止工作，市政水通过旁通管直接供给用户。
(4)当市政管网停水时，稳流罐内的水位逐渐下降，当降至最低水位时，稳流罐上的液位计发出停机信号，变频调速泵组停止运行显示缺水保护信号。
三 、无负压(叠压)供水设备须满足下列技术要求
1、无负压供水设备必须满足市政管网的约束条件。
(1)任何情况下均不允许超量取水现象。无负压管网直供水设备应保证在市政供水管网限定的流量下运转，若超出市政管网的流量，侧可能出现负压下强行抽水，使周边的用水产生波动。
(2)防止管路产生负压、积气和回流现象。无负压管网直供水设备应具有防止负压、压力振荡、回流的有效功能。
2)必须安全、稳定的向用户恒压供水。
(1)无负压管网直供水设备应采用水泵出水端压力恒定控制或供水管路最不利点恒压控制的方式。
(2)恒压控制穩态精度要求：设定压力与实际压力差不得超过±0.01MPa。
(3)控制系统动态性能要求：必须平滑、稳定地进行调节，不应产生调节震荡，响应速度应合理。避免水流喘振、断流和水击现象出现。
(4)无负压管网直供水设备应具备的控制功能要求：应具有两台泵定时切换及故障报警停泵功能。进水压力控制设定上限压力，开泵时水泵能根据设定压力值自动升降转速调节出水压力，达到下限压力时停泵。必须设有手动开关泵按钮，当自动功能出现故障时必须手动开关水泵，不至于影响用水和市政管网运行的安全。
四、无负压(叠压)供水技术存在的不足
1、设备进水量大于供水量时影响市政管网的水压。在无负压供水系统中设置稳压平衡器，目的是为了避免市政管网供水能力不足时在市政管网引起负压。但是，当无负压供水设备设于地下层，自来水管网的进水量大于或接近于设备的供水量时，管道压力将逐渐下降，当稳压平衡器的压力接近大气压时，室外管网的压力开始出现低于市政管网保证的最低压力，造成周边用户供水压力不足。
2、供水量靠市政管网直接提供，用水安全性降低。无负压供水系统取消了贮水池，当市政管网供水量小于设备供水管量时，稳压平衡器的压力迅速降至与大气压相等，容器内水位随之开始下降。由于无负压供水设备的稳压平衡器容积较小，水位在短时间内降至最低控制水位而使系统停止工作，系统无法保证安全供水能力。
3、用水曲线变化大，水泵难以在高效区运行。因受本身性能的局限，水泵只能在一定的流量区间及有限的调速范围内高效率地运行。为保证最不利条件下正常供水，无负压供水系统一般按照设计流量对应市政管网最低水压所需扬程选择水泵，当市政管网压力以及用水量变化时，采用变频调速技术控制水泵出口水压恒定。但如果市政管网压力和用水量的变化范围都较大，超出供水泵组调控区域的情况下，水泵侧偏离高效区运行。
4、旁通管长时间停留，易污染水质。无负压供水设备的旁通管用于市政管网水压能满足用水要求或停电时水泵机组不工作的情况下，将自来水直接通过旁通管供给用户。当较长时间不启用，停滞在管路中的水流将腐化变质，再次启用时易对水质二次污染。
五 结束语
无负压供水技术应用于二次供水的一种新兴的供水技术，虽然还存在一定的不足，但它的优点也是非常明显的。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，有推广应用价值；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。同时也需加快该设备产品标准和工程规程的制定，标准的制定会促进技术的发展和技术的输出，也会起到导引市场和技术发展，规范行业发展的作用。
参考文献
[1]无负压管网增压稳流给水设备国家标准GB/T 26003-2010
[2]伊君.无负压供水设备初步探讨[J].中国建设信息，2006（1）：67.
[3]张风英.论无负压供水设备的优点[J].安装，2006（2）：39，41.
[4]李瑜林.浅谈无负压变频恒压供水的应用及前景[J].山西建筑，2007，33（21）：205，206.
[5]李刚.无负压管网增压设备应用探讨[J].给水排水，2004，30（4）：88-91.
[6]商庆山，曹成浅谈管网叠压（无负压）供水设备的性能及应用 给水排水动态，2006,4:7~9
关键词：无负压(叠压)供水；技术优势；系统组成；工作原理；技术要求；不足
Abstract: Due to the rapid development of urban construction, the strain on the resources of land, energy shortages, there are increasing demands on water quality and water system reliability, high-performance, high energy saving, environmental protection, and it can adapt to different areas of non-negative pressure (stack pressure) water supply facilities become an inevitable trend. This article discussed no negative pressure water technology works, and technical advantages, the application of technical requirements and the inadequacies of the technical.
Key words: negative pressure (overlying) water; technical advantages; system components; works; technical requirements; lack
中圖分类号：TK284.7文献标识码： A 文章编号：
一、无负压(叠压)供水的技术优势
随着城镇化水平的快速发展，城市人口急剧增加，建筑楼层不断的加高，现有城市一次供水管网的供水压力日显不足，大部分地区普遍存在着用水高峰期高层供水压力过低，造成高层用户用水困难。传统的处理方法是修建蓄水池和高位水箱，通过水泵进行二次加压供水，造成了极大地浪费。为了减少供水能源的浪费，随着供水设备深入研究，研制开发了无负压供水设备。下面将对两种给水设备作一下比较：
传统水池给水设备与无负压给水设备对比表
传统水池给水设备 无负压给水设备
供水方式 须建水池或水箱，自来水全部放入水池或水箱中，再二次加压供水。 不需要建水池或水箱，与自来水管道直接串联加压供水，可充分利用自来水原有压力。
供水质量 自来水进入水池中，各种杂物极易进入水池，严重影响污染水源，被污染的水后经过加压后供给住户使用。同时使用工况不断变化，供水管网供水压力波动也比较大。 自来水经过设备加压后直接供给住户，稳流补偿器经防腐出口，密封连接，水体不与空气直接接触，保证水质没有污染，用户可以放心使用。采用微机变频软启动恒压控制，供水压力比较平衡。
节水情况 水池溢，滴，漏，渗比较普遍，另外每次清洁，消毒，都浪费大量的水资源。 全封闭结构，杜绝了溢，滴，漏，渗，清洗等浪费水资源的现象。
节能情况 自来水全部放入水池，原有的自来水压力不能充分利用，能量白白浪费。这种供水方式能耗大，设备运行费用高，一旦停电，住户就停水，使用不经济。 与自来水管道直接串联，可充分利用自来水管道原有压力，差多少，补多少，自来水满足要求是，设备就停止工作，节能效果比较显著。这种供水方式能耗小，设备运行费用低，使用经济。
安装情况 水池或水箱以及水泵等供水设备占地面积大，施工安装比较麻烦，周期野相对较长。 不用建水池或水箱，节省了占地面积，成套设备出厂，到现场后，直接与自来水管和供水管对接，安装简单，施工周期短。
投资情况 须建水泵房，占地面积大，工程总投资相对增加
因水质污染严重，需要安装水净化设备，投资成本增大。
因使用水池或水箱，需要定期清洗消毒，增加了日常开支。
占地面积小，工程总投资相对减小
不需考虑消毒设备，节省了定期清洗消毒的费用。
设备充分利用自来水管网的压力，耗能小，运行成本低，可节省日常用电开支，使用比较经济。
以实际工程为例，自来水管网平时供水压力为0.25MPa，高峰期供水压力为0.15MPa，设计用水量为80m3/h，最大秒流量为40L/s，最高层需供水压力100m，选用无负压供水设备采用分区供水方式，低区流量5L/s，供水压力50m；高区流量20L/s，供水压力100m；考虑自来水供水压力的不稳定性和克服阻力所损耗的压力，高峰期利用自来水管网压力0.12MPa,则低区供水压力为38m，高区为88m,低峰期自来水管网压力为0.25MPa，同上可利用的压力为0.22MPa。根据用水规律，用水高峰约2H，中峰约5h，低峰约7h，小流保压期约10h，则水泵每天电耗EP可通过下列公式计算，低区为例：EP＝pTQmHA／102ηp 式中：p：水的密度，1.03kg/LT：及泵运行时间，h；Qm：单位时问流量，L/s； H：扬程，m； A：变频节能系数； ηp：水泵、电机和传动装置的总运行效率根据水泵样本确定。高峰期EPl=19.19kW.h，中峰期EP2=20.7kW.h，低峰期EP3=13.85kW.h，小流量保压时间为10h，耗电基本为零，故低区EP=53.74 kW.h。
同上，高区EP=133.28kW.h,则水泵每年运行电耗为187.02kW.h/天*365天*0.8元/kW.h=5.46万元/年。
传统供水方案按选用2台37 kW水泵，水泵工频运行，水泵按每天10h运行，则每天电耗W=370kW.h/天，那么每年运行电耗E1=370kW.h/天×365天×0.8元/W.h=10.8万元/年。
综上与传统供水相比，选用无负压供水设备可节省年运行电耗5.34万元/年，以运行15年考虑，则可节省运行费用约80万元。由此可见无负压供水的优势不言而喻。
二、无负压(叠压)供水设备的组成及工作原理
1无负压供水设备的组成：无负压供水系统在进水口处设置无负压稳流罐，通过管路进入水泵变频调速供水系统，为用户提供清洁的水源。无负压供水系统主要由水泵、稳流压力罐、负压抑制器和变频数控柜组成，取消了贮水池和屋顶水箱，水泵直接从与自来水管网连接的稳压平衡器吸水加压，然后送至各用水点，其系统组成如图1所示。
2 无负压供水设备的工作原理
(1)设备正常运行时，市政水进入无负压稳流罐，罐内的空气从顶部的排气阀排出。当稳流罐注满水时，排气阀处于关闭状态，罐内的水压等于市政水压。当设备长时间运行，稳流罐内空气聚集到相当程度时，罐内水位下降，排气阀随打开排气。
(2)若市政管网供水量不足，当市政进水管水流空或稳流罐内水压低于大气压时，此时稳流罐内水位下降，浮球随之下降而吸入空气，使稳流罐压力等于大气压力，以防止市政管网出现虹吸而形成负压。
(3)用水高峰期，当市政管网的压力低于用户所需的压力时，变频调速泵组启动运行，确保供水管网压力满足用户的要求。用水低峰期，当市政管网供水压力已满足供水要求时，变频调速泵组自动停止工作，市政水通过旁通管直接供给用户。
(4)当市政管网停水时，稳流罐内的水位逐渐下降，当降至最低水位时，稳流罐上的液位计发出停机信号，变频调速泵组停止运行显示缺水保护信号。
三 、无负压(叠压)供水设备须满足下列技术要求
1、无负压供水设备必须满足市政管网的约束条件。
(1)任何情况下均不允许超量取水现象。无负压管网直供水设备应保证在市政供水管网限定的流量下运转，若超出市政管网的流量，侧可能出现负压下强行抽水，使周边的用水产生波动。
(2)防止管路产生负压、积气和回流现象。无负压管网直供水设备应具有防止负压、压力振荡、回流的有效功能。
2)必须安全、稳定的向用户恒压供水。
(1)无负压管网直供水设备应采用水泵出水端压力恒定控制或供水管路最不利点恒压控制的方式。
(2)恒压控制穩态精度要求：设定压力与实际压力差不得超过±0.01MPa。
(3)控制系统动态性能要求：必须平滑、稳定地进行调节，不应产生调节震荡，响应速度应合理。避免水流喘振、断流和水击现象出现。
(4)无负压管网直供水设备应具备的控制功能要求：应具有两台泵定时切换及故障报警停泵功能。进水压力控制设定上限压力，开泵时水泵能根据设定压力值自动升降转速调节出水压力，达到下限压力时停泵。必须设有手动开关泵按钮，当自动功能出现故障时必须手动开关水泵，不至于影响用水和市政管网运行的安全。
四、无负压(叠压)供水技术存在的不足
1、设备进水量大于供水量时影响市政管网的水压。在无负压供水系统中设置稳压平衡器，目的是为了避免市政管网供水能力不足时在市政管网引起负压。但是，当无负压供水设备设于地下层，自来水管网的进水量大于或接近于设备的供水量时，管道压力将逐渐下降，当稳压平衡器的压力接近大气压时，室外管网的压力开始出现低于市政管网保证的最低压力，造成周边用户供水压力不足。
2、供水量靠市政管网直接提供，用水安全性降低。无负压供水系统取消了贮水池，当市政管网供水量小于设备供水管量时，稳压平衡器的压力迅速降至与大气压相等，容器内水位随之开始下降。由于无负压供水设备的稳压平衡器容积较小，水位在短时间内降至最低控制水位而使系统停止工作，系统无法保证安全供水能力。
3、用水曲线变化大，水泵难以在高效区运行。因受本身性能的局限，水泵只能在一定的流量区间及有限的调速范围内高效率地运行。为保证最不利条件下正常供水，无负压供水系统一般按照设计流量对应市政管网最低水压所需扬程选择水泵，当市政管网压力以及用水量变化时，采用变频调速技术控制水泵出口水压恒定。但如果市政管网压力和用水量的变化范围都较大，超出供水泵组调控区域的情况下，水泵侧偏离高效区运行。
4、旁通管长时间停留，易污染水质。无负压供水设备的旁通管用于市政管网水压能满足用水要求或停电时水泵机组不工作的情况下，将自来水直接通过旁通管供给用户。当较长时间不启用，停滞在管路中的水流将腐化变质，再次启用时易对水质二次污染。
五 结束语
无负压供水技术应用于二次供水的一种新兴的供水技术，虽然还存在一定的不足，但它的优点也是非常明显的。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，有推广应用价值；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。同时也需加快该设备产品标准和工程规程的制定，标准的制定会促进技术的发展和技术的输出，也会起到导引市场和技术发展，规范行业发展的作用。
参考文献
[1]无负压管网增压稳流给水设备国家标准GB/T 26003-2010
[2]伊君.无负压供水设备初步探讨[J].中国建设信息，2006（1）：67.
[3]张风英.论无负压供水设备的优点[J].安装，2006（2）：39，41.
[4]李瑜林.浅谈无负压变频恒压供水的应用及前景[J].山西建筑，2007，33（21）：205，206.
[5]李刚.无负压管网增压设备应用探讨[J].给水排水，2004，30（4）：88-91.
[6]商庆山，曹成浅谈管网叠压（无负压）供水设备的性能及应用 给水排水动态，2006,4:7~9