高層無負(fù)壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理與設(shè)計(jì)特點(diǎn)
高層無負(fù)壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理與設(shè)計(jì)特點(diǎn)
1、高層無負(fù)壓供水系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)
（1）設(shè)備投資省，占地面積小，無需修建蓄水池或水箱，也不需設(shè)置大型氣壓罐，一節(jié)省了投資，充分利用了自來水管網(wǎng)1次供水壓力，加壓泵選型可以減小，設(shè)備投資減少。二節(jié)約了系統(tǒng)占地面積，充分利用節(jié)約的土地提高地產(chǎn)利用率，符合國家節(jié)約土地資源的要求。
（2）衛(wèi)生無污染，供水系統(tǒng)從自來水管網(wǎng)至用戶水龍頭為全密封結(jié)構(gòu)，污染物不會進(jìn)入系統(tǒng)；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(zhì)產(chǎn)生污染。
（3）節(jié)能效果顯著，設(shè)備直接與自來水管網(wǎng)串接，在自來水廠一次供水管網(wǎng)壓力的基礎(chǔ)上疊加所需的壓力，差多少，補(bǔ)多少，能充分利用管網(wǎng)的余壓；用水低峰期，設(shè)備甚至不需運(yùn)行，節(jié)能效果顯著，與傳統(tǒng)給水設(shè)備比，節(jié)能達(dá)30％～60％。
（4）安裝簡便，高層無負(fù)壓供水系統(tǒng)為成套供應(yīng)用戶，現(xiàn)場只需聯(lián)接進(jìn)出水管，施工周期短，安裝簡單。
（5）運(yùn)行成本低，由于加壓泵的選型較小，而且可采用多泵關(guān)聯(lián)供水，在用水低峰期直接利用城市一次供水壓力供水，設(shè)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(shè)備運(yùn)行過程中能耗非常低，降低了運(yùn)行成本。
（6）停電不會停止供水，由于設(shè)備有一條公共供水管路與用戶管網(wǎng)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(hù)簡便，高層無負(fù)壓供水系統(tǒng)為微機(jī)全自動控制變頻調(diào)速運(yùn)行，停電設(shè)備自動停機(jī)，來電自動開機(jī)，完善的故障檢測、診斷技術(shù)和報(bào)警提醒使得設(shè)備的管理維護(hù)異常簡便；由于不會產(chǎn)生污染，因此無需麻煩的清洗工作。
2、高層無負(fù)壓供水系統(tǒng)的工作原理
自來水管網(wǎng)的水通過進(jìn)水管道部分進(jìn)入穩(wěn)流補(bǔ)償罐，穩(wěn)流補(bǔ)償罐內(nèi)空氣通過負(fù)壓消除器排出，直至罐內(nèi)水滿，設(shè)備通電置于自動工作狀態(tài)。控制系統(tǒng)對設(shè)備進(jìn)水總管壓力與用戶管網(wǎng)壓力實(shí)時檢測，并將壓力信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號儲存于寄存器中，與預(yù)先從觸摸式人機(jī)界面設(shè)置的并儲存于寄存器的壓力設(shè)定值進(jìn)行閉環(huán)運(yùn)算，并將結(jié)果轉(zhuǎn)換為模擬量以控制變頻器的輸出頻率，控制水泵的運(yùn)行轉(zhuǎn)速，在市政供水量大于用戶用水量時根據(jù)用戶管網(wǎng)壓力自動調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速，保證用戶管網(wǎng)壓力恒定；在市政供水量小于用戶用水量時，及時調(diào)低水泵轉(zhuǎn)速，控制供給用戶的水量，確保給水設(shè)備不對市政管網(wǎng)產(chǎn)生。
3、高層無負(fù)壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)
（1）變頻供水系統(tǒng)關(guān)鍵的調(diào)節(jié)部件是變頻器，控制設(shè)備是可編程控制器和人機(jī)界面觸摸屏，采用雙變頻器交互切換的設(shè)計(jì)，在水泵切換時，能保證系統(tǒng)水壓不會波動。
（2）穩(wěn)流罐選擇不銹鋼穩(wěn)流罐，該罐為立式或臥式結(jié)構(gòu)，嚴(yán)格按照國標(biāo)GBl50《鋼制壓力容器》生產(chǎn)。穩(wěn)流材質(zhì)采用SUS304-2B食品級不銹鋼，具有較強(qiáng)的耐腐性，符合國家衛(wèi)生飲用水設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)；穩(wěn)流罐耐壓0.6MPa，具有較好的氣密性；罐體進(jìn)出口為法蘭連接方式，方便與系統(tǒng)其他設(shè)備的連接；穩(wěn)流罐下方設(shè)置有排污口。側(cè)面安裝了不銹鋼液位計(jì)，罐中水位情況一目了然，整個罐體采用鏡面拋光技術(shù)，十分美觀。
（3）高層無負(fù)壓供水系統(tǒng)選用不銹鋼浮球式負(fù)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(shè)計(jì)雙重防止產(chǎn)生負(fù)壓，一是裝在穩(wěn)流罐上的負(fù)壓抑制器在管網(wǎng)供水量小于用戶用水量時自動開啟，通過導(dǎo)氣口將穩(wěn)流器與大氣導(dǎo)通，以避免市政管網(wǎng)產(chǎn)生負(fù)壓；二是在穩(wěn)流器與市政管網(wǎng)連接管道上裝有壓力傳感器，由微機(jī)實(shí)時進(jìn)行檢測，當(dāng)壓力值過低時微機(jī)向變頻器發(fā)出降低運(yùn)行頻率指令，控制變頻器輸出頻率，調(diào)低水泵工作轉(zhuǎn)速，從而調(diào)低設(shè)備供水量，使設(shè)備供水量不大于市政管網(wǎng)供水量，這樣也保證了穩(wěn)流器不會對市政管網(wǎng)形成負(fù)壓吸水的現(xiàn)象。
（5）沒備與管網(wǎng)連接處加裝倒流防止器（防污隔斷閥），能夠?qū)⒐┧疀]備內(nèi)同流水帶來的污染與市政管網(wǎng)完全隔開，泵組設(shè)備為整機(jī)結(jié)構(gòu)，由不銹鋼管或鋼骨架塑料復(fù)合管連接而成。
（6）系統(tǒng)中設(shè)置了膈膜氣壓罐。氣壓罐有緩沖和保壓的功能，配合節(jié)能型供水軟件，系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)小流量“保壓停機(jī)”功能，可以大大節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用。
（7）噪聲考慮。①選用低噪聲電機(jī)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(shè)備上發(fā)出的噪音。②水泵基礎(chǔ)安放減振器，水泵進(jìn)出口等相連端采用橡膠軟接。
4、高層無負(fù)壓供水系統(tǒng)自控功能
高層無負(fù)壓供水系統(tǒng)設(shè)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(diǎn)：①自動系統(tǒng)每套可控制2～5臺水泵進(jìn)行互為備臺的工作，水泵的運(yùn)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(qiáng)度相當(dāng)，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(tǒng)采用可觸摸式人機(jī)界面。③實(shí)現(xiàn)水泵恒壓運(yùn)行，壓力值輸出精度有效保證在0.01MPa內(nèi)，通過計(jì)算機(jī)模擬管網(wǎng)特性曲線，調(diào)整水泵工作在高效區(qū)，整機(jī)效果更佳。④系統(tǒng)具備運(yùn)行、停止及故障顯示功能等。
5、高層無負(fù)壓供水系統(tǒng)環(huán)保、節(jié)能分析
（1）節(jié)水方面，高層無負(fù)壓供水系統(tǒng)采用全密閉結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，徹底防止了蓄水池的溢、滲、滴、漏等浪費(fèi)水資源的現(xiàn)象，同時也節(jié)省了定期清洗水箱時而造成對水資源的浪費(fèi)。
（2）占地方面，傳統(tǒng)供水方式需設(shè)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(jì)，則蓄水池占地面積約140㎡，而采用無負(fù)壓供水方案可節(jié)省占地面積約140㎡，這部分節(jié)省的面積作車庫或倉庫等。按3000元/㎡.計(jì)，則可節(jié)省約42萬元的占地費(fèi)用。
（3）管理費(fèi)用，傳統(tǒng)供水方案所設(shè)水箱應(yīng)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(dān)憂，并需要增加必要的安全防護(hù)措施費(fèi)用。水箱按50元/㎡考慮清潔費(fèi)和檢疫檢驗(yàn)費(fèi)，其地下水箱的清洗面積約400㎡，每年的管理維護(hù)費(fèi)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(hù)費(fèi)用，而采用無負(fù)壓供水方案則可節(jié)省此筆管理費(fèi)用。另外，無負(fù)壓供水設(shè)備采用全自動運(yùn)行，不需要設(shè)專人看護(hù)管理，傳統(tǒng)的供水方式自動化程度低，需設(shè)專人值班，按2人，每人工資按1萬元，年考慮，采用無負(fù)壓供水方案每年可節(jié)省人工福利費(fèi)約2萬元/年，可節(jié)省設(shè)備每年保養(yǎng)費(fèi)約1萬元，年，按15年考慮，則人工福利費(fèi)及設(shè)備保養(yǎng)費(fèi)約45萬元。
（4）節(jié)能分析，高層無負(fù)壓供水系統(tǒng)可充分利用自來水管網(wǎng)壓力，采用變頻調(diào)速，水泵電機(jī)在微機(jī)的控制下，根據(jù)自來水的壓力調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，只對自來水的進(jìn)水壓力和所需壓力進(jìn)行補(bǔ)壓，當(dāng)自來水的壓力滿足要求時設(shè)備就停止工作，節(jié)能效果非常明顯，分析如下：以該工程為例，自來水管網(wǎng)平時供水壓力為0.25MPa，高峰期供水壓力為0.15MPa，設(shè)計(jì)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(fù)壓供水設(shè)備采用分區(qū)供水方式，低區(qū)流量5L/s，供水壓力50m；高區(qū)流量20L/s，供水壓力100m；考慮自來水供水壓力的不穩(wěn)定性和克服阻力所損耗的壓力，高峰期利用自來水管網(wǎng)壓力0.12MPa，則低區(qū)供水壓力為38m，高區(qū)為88m，低峰期自來水管網(wǎng)壓力為0.25MPa，同上可利用的壓力為0.22MPa.根據(jù)用水規(guī)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(jì)算，低區(qū)為例：
EP＝pTQmHA／102ηp式中：p：水的密度，1.03kg/L
T：及泵運(yùn)行時間，h；
Qm：單位時問流量，L/s；
H：揚(yáng)程，m；
A：變頻節(jié)能系數(shù)；
ηp：水泵、電機(jī)和傳動裝置的總運(yùn)行效率根據(jù)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(qū)EP=53.74kW.h。
同上，高區(qū)EP=133.28kW.h，則水泵每年運(yùn)行電耗為187.02kW.h/天*365天*0.8元/kW.h=5.46萬元/年。
傳統(tǒng)供水方案按選用2臺37kW水泵，水泵工頻運(yùn)行，水泵按每天10h運(yùn)行，則每天電耗W=370kW.h/天，那么每年運(yùn)行電耗E1=370kW.h/天×365天×0.8元/W.h=10.8萬元。
綜上與傳統(tǒng)供水相比，選用高層無負(fù)壓供水系統(tǒng)可節(jié)省年運(yùn)行電耗5.34萬元，年，以運(yùn)行15年考慮，則可節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用約80萬元。
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