无负压供水技术在二次供水系统中的应用

孙立生

摘 要：本公司在东沽蓝苑小区采用先进的无负压供水技术，成功替代了原有的“市政水先到水池，再由水泵加压供水”的二次供水模式，使市政自来水直接供给社区居民用户，消除了自来水在二次加压环节中的水质污染，并且无负压供水系统在市政管网的供水压力基础之上再加压，避免了电能浪费，节约了宝贵的能源，减少了污染和对环境的破坏。

关键词：无负压供水技术；二次供水；效益

中图分类号：TU991 文献标志码：A

0 引言

随着社会经济的不断发展，人们对生活质量的要求和环保意识越来越高，特别是饮用水水质。而城市建设速度的不断加快，导致一次供水管网的局部供水压力不足，一些社区普遍存在着用水高峰期供水压力过低，造成用户用水困难。传统的处理方法是修建蓄水池，通过水泵二次加压供水，但这种二次加压方式存在几点缺点：（1）基建和维护费用大：初期需要修建大容量蓄水池，在使用过程中还要定期清洗水池，日常维护费用大；（2）水质污染：由于蓄水池与外界相通，外界的有害细菌、微生物很容易进入水中，污染了水源，影响了我们的身体健康。（3）能源浪费：市政管网的水先进入水池，水压变为0，而水泵抽取水池中水加压供给，使一次供水压力无法利用，造成了电能浪费。（4）人工成本高：传统的供水系统无远程监控系统，泵房必须设置值班运行人员。无负压供水系统可以实现沿程监控，达到泵房无人值守，节省人工成本。

1 无负压供水系统组成及原理

无负压供水系统主要由变频调速水泵组、稳流补偿器、真空抑制器、压力和流量传感器、智能控制柜、给水管道和控制阀门等构成，该系统可与市政自来水管网串联增压，无负压产生。设备的核心部件是稳流补偿器和真空抑制器。

稳流补偿器是一个密闭容器，两端连接自来水管网与水泵吸入口，起到增压稳流的目的，同时配合真空抑制器抑制管网中真空的形成。

真空抑制器具有负压自动消除功能，当市政管网供水量小于用户所需的出水量时，设备中防负压装置自动打开，进入清洁空气，防止负压的产生影响市政管网。当市政管网供水恢复正常时，设备能通过防负压装置排出空气，并自动关闭，稳流补偿器正压工作，设备正常运行。

整个无负压供水系统工作原理：采用微机控制技术，根据用户用水量，自动调节水泵组变频调速或增减水泵台数，来实现恒压供水。首先根据用户的供水所需压力设定恒定的工作压力，如果市政管网压力值比用户所需压力低，微机调节水泵转速升高，当达到用户所需压力时，水泵恒定转速运行，恒压供水。如果市政管网供水压力比用户所需的压力高，水泵停止运转，利用市政压力直接给用户供水。设备运行中微机自动控制真空抑制器及稳流补偿器，既充分利用了市政管网的压力，又不产生负压，保证了用水安全。

2 改造前供水现状及改造原则

2.1 改造前供水现状

蓝苑小区共有居民楼39幢， 5层楼设计，一厨一卫的户型，1400户，位于塘沽自来水市政管网末梢，供水压力不稳定，最低市政供水压力约为0.1MPa。自蓝苑小区建成以来，公司一直采用“市政水—地下水池—水泵加压—用户”这种传统的二次供水方式，先将市政水泄压进一座1500m3的水池，再由泵房的給水设备（4台单级单吸离心泵，流量93.8m3/h，扬程70m，功率30kW，基本上只用1台，其他3台备用）抽取水池中水供给，这样的供水方式容易造成：（1）水池有通气孔与外界相通，很容易造成水污染；（2）市政水进水池时压力由0.1MPa变成了0MPa，水泵加压至0.25MPa，浪费了电能；（3）每年两次对地下水池进行清洗消毒，约3万元。综上所述，对泵房供水系统的改造时很有必要的。

2.2 改造原则

通过无负压供水技术，实现市政水封闭式供水，避免对水质产生二次污染。供水量能保证用户的需求，在保证用户水量稳定的情况下，保持泵的启停频率稳定。在保证最不利点用户的出水水头的前提下，使供水水压稳定。最大限度降低能耗及后期运行成本费用。

3 改造设计

3.1 无负压设备所用水泵流量计算

根据下列公式可计算出最大用水时所有卫生器具给水当量平均出流概率：

其中： U0：表示给水管道最大用水时卫生器具给水当量平均出流概率；q0：表示用水最高日的用水定额，本工程设定为130 L/（人·天）；m：表示每户户用水人数，本工程设定3人；Kh ：表示小时变化系数，本工程设定2.0；Ng：表示每户的卫生器具给水当量数，本工程设定2；T ：表示用水时间，本工程设定24h；0.2：表示一个卫生器具给水当量的定额流量L/s。

通过计算，得出结果： U0=0.024

再根据蓝苑小区给水管网的卫生器具给水当量总数，按照下列公式可计算出卫生器具给水当量的同时出流概率：

其中：Ng—表示计算管段给水当量总数；ac—表示对应于U0不同的系数。

根据出流概率计算公式及ac系数取值表得出ac=0.014

计算结果：U=0.032

根据出流概率，按照下列公式式计算可得计算管段的设计秒流量：

qg=0.2·U·Ng

其中：qg：表示计算管段的设计秒流量（L/s）。

计算结果：qg =21.84L/s=65m3/h。

3.2 无负压设备扬程计算

根据《建筑给水排水设计规范》中的规定，市政直接供水时所需扬程根据下式进行估算：

Hb≥ 1.2Hy+Hc+∑h+Hn

其中：Hb：表示水泵满足给水管网最不利点所需水压；Hy：表示最不利配水点与引入管的标高差；（最高建筑为5层，每层按3m，得出15m）；Hc：表示最不利配水点所需流出水头，一般取7m～10m，本项目取10.00m；∑h：表示给水泵房与最远建筑物间给水管线的水力损失，包括沿程水头损失hf和局部水头损失hd。

根据项目实际情况，一般取5m～10m，本项目取10m ；

Hn—表示水表的水头损失，取1.5m；

1.2—表示给水管网在最不利点流量分配情况下，考虑到克服水泵出口至最不利点用水间的水头损失而设定的系数。

计算得出结果： H≥39.5m

由上式可知供水所需扬程为0.395MPa，因为无负压设备可利用市政自来水压力，则无负压设备提供扬程可按照下列公式计算：

Hn=Hb-Hc

式中： Hn—表示设备扬程，单位为MPa；Hb—表示供水所需扬程，单位为MPa；Hc—表示市政管网可利用压力，单位为MPa。

由于本项目要考虑到供水的可靠性和安全性，要求市政管网可利用压力不小于0.10MPa，则

Hn=0.395-0.10=0.295MPa，设备扬程应大于29.5m。

根据设计流量和扬程计算结果，考虑到水泵过流部件对水质的影响，选择两台食品级不锈钢、低噪声、节能型多级离心泵（型号：100DFCL65-20-1，流量65 m3/h，扬程32m，功率11kW）。

3.3 稳流补偿器容积计算

稳流补偿器调节容积根据国家标准《无负压管网增压稳流给水设备》上的计算公式来确定：

Vt=（Qq-Q0）×△T

式中：Vt—稳流补偿器调节容积（m3）；Qq—设计流量（m3/h），65m3/h；Q0—市政管网给水量（m3/h），在1.0MPa供水压力下推算为59.3 m3/h；△T—用水高峰期持续时间，一般取0.05h～0.5h，本项目取0.25h。

根据公式推算出Vt=1.425m3

稳流补偿器总容积：

V0= Vt/β

式中：V0—稳流补偿器总容积（m3）；Vt—稳流补偿器调节容积（m3）；β—稳流补偿器可利用容积系数，一般取0.75～0.85。

根据公式推算出V0=1.9m3

根据计算结果，并考虑罐体对水质的影响，也选择食品级不锈钢稳流补偿器WLG1200×2000，容积2m3。

4 节能環保与经济效益

4.1 节能效益

原来的供水模式是市政水先进水池，再由水泵从压力为0加压至0.25MPa供给居民用户，现在供水模式是供水系统直接由市政压力值的基础上加压至0.25MPa供水，不仅节约了市政供水系统的电能，也节约了公司供水的大量电能，根据泵房电表读数记录，原来系统日耗电量120度，现在的供水系统耗电量据公司测算日耗电仅24度电，节约电能高达4/5。

4.2 环保效益

无负压供水系统替代了原来的“市政水先到水池，再由水泵加压供水”二次供水模式，使市政水得以直供。供水设备为全封闭系统，消除了以前供水模式下水池与外界相通而造成水质的二次污染，保证了生活饮用水的良好水质。

4.3 经济效益

除上述节电每小时可节约4/5的电费外，新系统为全自动运行，能够远程控制，达到了泵站无人值守，节省了公司人工成本。另外，每年不再对地下水池进行消毒清洗，可节约费用约3万元，并且不锈钢水泵使用寿命较长，节省了一定的修理费用。

结语

无负压供水技术改变了渤海石油蓝苑小区自建成多年来“市政水先到水池，再由水泵加压供水”二次加压供水的传统模式，使饮用水得以直供到居民用户，避免了二次污染，让蓝苑社区居民喝上了放心水，并且节省了每年两次的水池清洗消毒费用及大量的电能，使供水运行费用降低。蓝苑小区无负压供水技术改造的成功奠定了渤海石油其他片区的供水系统改造的基础，给渤海石油其他社区二次供水系统改造提供了技术依据。

参考文献

[1]浦永生.浅析无负压供水技术在城市自来水供水系统中的应用[J].科技信息，2012（24）：405-406.

[2]张炜.无负压供水技术在城市自来水供水系统中的应用分析与比较[J].四川建材，2009，35（2）：323-324，326.