高層無負壓供水系統設計原理與設計特點
高層無負壓供水系統設計原理與設計特點
1、高層無負壓供水系統的優點
（1）設備投資省，占地面積小，無需修建蓄水池或水箱，也不需設置大型氣壓罐，一節省了投資，充分利用了自來水管網1次供水壓力，加壓泵選型可以減小，設備投資減少。二節約了系統占地面積，充分利用節約的土地提高地產利用率，符合國家節約土地資源的要求。
（2）衛生無污染，供水系統從自來水管網至用戶水龍頭為全密封結構，污染物不會進入系統；水體不與空氣直接接觸，過流部件采用食品級不銹鋼制作，不對水質產生污染。
（3）節能效果顯著，設備直接與自來水管網串接，在自來水廠一次供水管網壓力的基礎上疊加所需的壓力，差多少，補多少，能充分利用管網的余壓；用水低峰期，設備甚至不需運行，節能效果顯著，與傳統給水設備比，節能達30％～60％。
（4）安裝簡便，高層無負壓供水系統為成套供應用戶，現場只需聯接進出水管，施工周期短，安裝簡單。
（5）運行成本低，由于加壓泵的選型較小，而且可采用多泵關聯供水，在用水低峰期直接利用城市一次供水壓力供水，設備不需啟泵或只啟動1臺泵足以滿足用水需要，用水高峰時才會啟動其他泵。因此，設備運行過程中能耗非常低，降低了運行成本。
（6）停電不會停止供水，由于設備有一條公共供水管路與用戶管網直接相通，在停電時加壓泵雖停止工作，但自來水廠一次供水壓力仍可維持供水。
（7）管理維護簡便，高層無負壓供水系統為微機全自動控制變頻調速運行，停電設備自動停機，來電自動開機，完善的故障檢測、診斷技術和報警提醒使得設備的管理維護異常簡便；由于不會產生污染，因此無需麻煩的清洗工作。
2、高層無負壓供水系統的工作原理
自來水管網的水通過進水管道部分進入穩流補償罐，穩流補償罐內空氣通過負壓消除器排出，直至罐內水滿，設備通電置于自動工作狀態。控制系統對設備進水總管壓力與用戶管網壓力實時檢測，并將壓力信號轉換為數字信號儲存于寄存器中，與預先從觸摸式人機界面設置的并儲存于寄存器的壓力設定值進行閉環運算，并將結果轉換為模擬量以控制變頻器的輸出頻率，控制水泵的運行轉速，在市政供水量大于用戶用水量時根據用戶管網壓力自動調節水泵轉速，保證用戶管網壓力恒定；在市政供水量小于用戶用水量時，及時調低水泵轉速，控制供給用戶的水量，確保給水設備不對市政管網產生。
3、高層無負壓供水系統的設計特點
（1）變頻供水系統關鍵的調節部件是變頻器，控制設備是可編程控制器和人機界面觸摸屏，采用雙變頻器交互切換的設計，在水泵切換時，能保證系統水壓不會波動。
（2）穩流罐選擇不銹鋼穩流罐，該罐為立式或臥式結構，嚴格按照國標GBl50《鋼制壓力容器》生產。穩流材質采用SUS304-2B食品級不銹鋼，具有較強的耐腐性，符合國家衛生飲用水設備標準；穩流罐耐壓0.6MPa，具有較好的氣密性；罐體進出口為法蘭連接方式，方便與系統其他設備的連接；穩流罐下方設置有排污口。側面安裝了不銹鋼液位計，罐中水位情況一目了然，整個罐體采用鏡面拋光技術，十分美觀。
（3）高層無負壓供水系統選用不銹鋼浮球式負壓消除裝置。加裝空氣過濾器，將空氣與水隔開，杜絕污染，過濾級別為F5；≥5μm微粒去除率為99％；≤1μm微粒去除率為70％。
（4）設計雙重防止產生負壓，一是裝在穩流罐上的負壓抑制器在管網供水量小于用戶用水量時自動開啟，通過導氣口將穩流器與大氣導通，以避免市政管網產生負壓；二是在穩流器與市政管網連接管道上裝有壓力傳感器，由微機實時進行檢測，當壓力值過低時微機向變頻器發出降低運行頻率指令，控制變頻器輸出頻率，調低水泵工作轉速，從而調低設備供水量，使設備供水量不大于市政管網供水量，這樣也保證了穩流器不會對市政管網形成負壓吸水的現象。
（5）沒備與管網連接處加裝倒流防止器（防污隔斷閥），能夠將供水沒備內同流水帶來的污染與市政管網完全隔開，泵組設備為整機結構，由不銹鋼管或鋼骨架塑料復合管連接而成。
（6）系統中設置了膈膜氣壓罐。氣壓罐有緩沖和保壓的功能，配合節能型供水軟件，系統可以實現小流量“保壓停機”功能，可以大大節約運行費用。
（7）噪聲考慮。①選用低噪聲電機和沖壓水泵，采用改變變頻器載波頻率的方式來降低從供水設備上發出的噪音。②水泵基礎安放減振器，水泵進出口等相連端采用橡膠軟接。
4、高層無負壓供水系統自控功能
高層無負壓供水系統設置有兩種工作方式：手動、自動。
（1）手動方式是可靠而又最簡單的方式。
（2）自動工作方式是正常工作方式，有以下特點：①自動系統每套可控制2～5臺水泵進行互為備臺的工作，水泵的運行，遵循先開先停、先停先開、工作時間均衡的原則，各泵的工作強度相當，避免某臺水泵長期使用引起過度磨損或銹蝕，從而有效延長每臺水泵的使用壽命。②方便用戶使用，該系統采用可觸摸式人機界面。③實現水泵恒壓運行，壓力值輸出精度有效保證在0.01MPa內，通過計算機模擬管網特性曲線，調整水泵工作在高效區，整機效果更佳。④系統具備運行、停止及故障顯示功能等。
5、高層無負壓供水系統環保、節能分析
（1）節水方面，高層無負壓供水系統采用全密閉結構系統，徹底防止了蓄水池的溢、滲、滴、漏等浪費水資源的現象，同時也節省了定期清洗水箱時而造成對水資源的浪費。
（2）占地方面，傳統供水方式需設置蓄水池或高位水箱，在此蓄水池或高位水箱凈高均按2.5m計，則蓄水池占地面積約140㎡，而采用無負壓供水方案可節省占地面積約140㎡，這部分節省的面積作車庫或倉庫等。按3000元/㎡.計，則可節省約42萬元的占地費用。
（3）管理費用，傳統供水方案所設水箱應每半年清洗1次，還要停水1d，在管理上還存在對供水安全的擔憂，并需要增加必要的安全防護措施費用。水箱按50元/㎡考慮清潔費和檢疫檢驗費，其地下水箱的清洗面積約400㎡，每年的管理維護費用約50元/㎡×400㎡×2次=4萬元，年，按15年考慮，則需約60萬元的管理維護費用，而采用無負壓供水方案則可節省此筆管理費用。另外，無負壓供水設備采用全自動運行，不需要設專人看護管理，傳統的供水方式自動化程度低，需設專人值班，按2人，每人工資按1萬元，年考慮，采用無負壓供水方案每年可節省人工福利費約2萬元/年，可節省設備每年保養費約1萬元，年，按15年考慮，則人工福利費及設備保養費約45萬元。
（4）節能分析，高層無負壓供水系統可充分利用自來水管網壓力，采用變頻調速，水泵電機在微機的控制下，根據自來水的壓力調節電機的轉速，只對自來水的進水壓力和所需壓力進行補壓，當自來水的壓力滿足要求時設備就停止工作，節能效果非常明顯，分析如下：以該工程為例，自來水管網平時供水壓力為0.25MPa，高峰期供水壓力為0.15MPa，設計用水量為80m3/h，最大秒流量為40L/s，最高層需供水壓力100m，選用無負壓供水設備采用分區供水方式，低區流量5L/s，供水壓力50m；高區流量20L/s，供水壓力100m；考慮自來水供水壓力的不穩定性和克服阻力所損耗的壓力，高峰期利用自來水管網壓力0.12MPa，則低區供水壓力為38m，高區為88m，低峰期自來水管網壓力為0.25MPa，同上可利用的壓力為0.22MPa.根據用水規律，用水高峰約2H，中峰約5h，低峰約7h，小流保壓期約10h，則水泵每天電耗EP可通過下列公式計算，低區為例：
EP＝pTQmHA／102ηp式中：p：水的密度，1.03kg/L
T：及泵運行時間，h；
Qm：單位時問流量，L/s；
H：揚程，m；
A：變頻節能系數；
ηp：水泵、電機和傳動裝置的總運行效率根據水泵樣本確定。
高峰期EPl=19.19kW.h，中峰期EP2=20.7kW.h，低峰期EP3=13.85kW.h，小流量保壓時間為10h，耗電基本為零，故低區EP=53.74kW.h。
同上，高區EP=133.28kW.h，則水泵每年運行電耗為187.02kW.h/天*365天*0.8元/kW.h=5.46萬元/年。
傳統供水方案按選用2臺37kW水泵，水泵工頻運行，水泵按每天10h運行，則每天電耗W=370kW.h/天，那么每年運行電耗E1=370kW.h/天×365天×0.8元/W.h=10.8萬元。
綜上與傳統供水相比，選用高層無負壓供水系統可節省年運行電耗5.34萬元，年，以運行15年考慮，則可節省運行費用約80萬元。
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