高層無負壓供水系統(tǒng)設(shè)計原理與設(shè)計特點
高層無負壓供水系統(tǒng)設(shè)計原理與設(shè)計特點
1,、高層無負壓供水系統(tǒng)的優(yōu)點
?。?）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,。
?。?）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。
?。?）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)備甚至不需運行，節(jié)能效果顯著,，與傳統(tǒng)給水設(shè)備比,，節(jié)能達30％～60％。
?。?）安裝簡便,，高層無負壓供水系統(tǒng)為成套供應(yīng)用戶,，現(xiàn)場只需聯(lián)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(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)備運行過程中能耗非常低,，降低了運行成本。
?。?）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）管理維護簡便,，高層無負壓供水系統(tǒng)為微機全自動控制變頻調(diào)速運行,，停電設(shè)備自動停機，來電自動開機,，完善的故障檢測,、診斷技術(shù)和報警提醒使得設(shè)備的管理維護異常簡便；由于不會產(chǎn)生污染,，因此無需麻煩的清洗工作,。
2、高層無負壓供水系統(tǒng)的工作原理
自來水管網(wǎng)的水通過進水管道部分進入穩(wěn)流補償罐,，穩(wěn)流補償罐內(nèi)空氣通過負壓消除器排出,，直至罐內(nèi)水滿，設(shè)備通電置于自動工作狀態(tài),?？刂葡到y(tǒng)對設(shè)備進水總管壓力與用戶管網(wǎng)壓力實時檢測，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)先從觸摸式人機界面設(shè)置的并儲存于寄存器的壓力設(shè)定值進行閉環(huán)運算,，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,、高層無負壓供水系統(tǒng)的設(shè)計特點
?。?）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界面觸摸屏,，采用雙變頻器交互切換的設(shè)計,，在水泵切換時，能保證系統(tǒng)水壓不會波動,。
?。?）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,，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。
?。?）高層無負壓供水系統(tǒng)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(shè)計雙重防止產(chǎn)生負壓，一是裝在穩(wěn)流罐上的負壓抑制器在管網(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,，由微機實時進行檢測,，當(dāng)壓力值過低時微機向變頻器發(fā)出降低運行頻率指令，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)備為整機結(jié)構(gòu)，由不銹鋼管或鋼骨架塑料復(fù)合管連接而成,。
?。?）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)可以實現(xiàn)小流量“保壓停機”功能，可以大大節(jié)約運行費用,。
?。?）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(shè)備上發(fā)出的噪音,。②水泵基礎(chǔ)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(tǒng)自控功能
高層無負壓供水系統(tǒng)設(shè)置有兩種工作方式：手動、自動,。
?。?）手動方式是可靠而又最簡單的方式。
?。?）自動工作方式是正常工作方式,，有以下特點：①自動系統(tǒng)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(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)采用可觸摸式人機界面,。③實現(xiàn)水泵恒壓運行，壓力值輸出精度有效保證在0.01MPa內(nèi),，通過計算機模擬管網(wǎng)特性曲線,，調(diào)整水泵工作在高效區(qū)，整機效果更佳,。④系統(tǒng)具備運行,、停止及故障顯示功能等。
5,、高層無負壓供水系統(tǒng)環(huán)保,、節(jié)能分析
（1）節(jié)水方面,，高層無負壓供水系統(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,。
?。?）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,，則蓄水池占地面積約140㎡，而采用無負壓供水方案可節(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，則可節(jié)省約42萬元的占地費用,。
?。?）管理費用，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(jié)省此筆管理費用,。另外，無負壓供水設(shè)備采用全自動運行,，不需要設(shè)專人看護管理,，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,，采用無負壓供水方案每年可節(jié)省人工福利費約2萬元/年,，可節(jié)省設(shè)備每年保養(yǎng)費約1萬元，年,，按15年考慮,，則人工福利費及設(shè)備保養(yǎng)費約45萬元。
?。?）節(jié)能分析,，高層無負壓供水系統(tǒng)可充分利用自來水管網(wǎng)壓力，采用變頻調(diào)速,，水泵電機在微機的控制下,，根據(jù)自來水的壓力調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速，只對自來水的進水壓力和所需壓力進行補壓,，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(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可通過下列公式計算，低區(qū)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(jié)能系數(shù),；
ηp：水泵、電機和傳動裝置的總運行效率根據(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(tǒng)供水相比,，選用高層無負壓供水系統(tǒng)可節(jié)省年運行電耗5.34萬元,，年，以運行15年考慮,，則可節(jié)省運行費用約80萬元,。
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