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無負壓供水設(shè)備廣泛應(yīng)用在高層建筑中
由于城市土地資源緊張，房地產(chǎn)的開發(fā)向高層發(fā)展，還有對供水質(zhì)量和供水系統(tǒng)可靠性的要求不斷提高。再加上目前能源緊缺，利用 的自動化控制技術(shù)以及通訊技術(shù)。采用高性能、高節(jié)能、高環(huán)保，能適應(yīng)不同領(lǐng)域的無負壓(疊壓)供水設(shè)備成為必然趨勢。
一、無負壓供水設(shè)備的優(yōu)點
(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 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％。
(4)安裝簡便，無負壓疊壓供水設(shè)備為成套供應(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。
(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)管理維護簡便，無負壓疊壓供水設(shè)備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。
二、無負壓供水設(shè)備的工作原理
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)。控制系統(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。
三、無負壓供水設(shè)備的設(shè)計特點
(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。
(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)，嚴格按照國標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 衛(wèi)生飲用水設(shè)備標準；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。
(3)無負壓供水設(shè)備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。
(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)可以實現(xiàn)小流量“保壓停機”功能，可以大大節(jié)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(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。
四、管網(wǎng)無負壓供水設(shè)備具有可實現(xiàn)的控制功能
1、有過載、過流、短路、缺相、超壓、欠壓及缺水停機等自動保護功能：
設(shè)備運行期間若出現(xiàn)上述現(xiàn)象，系統(tǒng)會有報警功能，并停止設(shè)備的運行
2、水泵自動定期切換，自動巡檢功能；
當水泵運行時間達到自己設(shè)定時間時，該泵停止運行，延時1-2s啟動下一臺泵，當運行時間再次達到設(shè)定時間時，該泵停止運行，延時1-2s啟動下一臺泵，循環(huán)運行。
3、無故障長時間運行功能；
4、自動變頻功能；
變頻器實現(xiàn)自動運行功能
5、可采用PLC及觸摸屏實現(xiàn)遠程監(jiān)控功能；
6、液位停泵功能；
當水罐水位低于設(shè)定水位，系統(tǒng)自動保護停機。液位控制器性能穩(wěn)定可靠。
7、真空抑制器動作功能：無負壓穩(wěn)流給水設(shè)備投入使用時，自來水管網(wǎng)的水進入穩(wěn)流罐，罐內(nèi)空氣從真空抑制器排出，待水充滿后，真空抑制器自動關(guān)閉。另外，在用水高峰時，若自來水管網(wǎng)水量小于水泵流量時，穩(wěn)流罐內(nèi)的水作為補充水源仍能正常供水，此時，空氣由真空抑制器進入罐內(nèi)，罐內(nèi)真空遭到破壞，確保了自來水管網(wǎng)不產(chǎn)生負壓，用水高峰期后，系統(tǒng)自動恢復(fù)到正常供水狀態(tài)�！　　�8、三泵循環(huán)（三臺共用互為備用）；
系統(tǒng)通過壓力傳感器（或壓力控制器、電接點壓表）給出起泵信號起動水泵運行，當供水壓力小于設(shè)定壓力時變頻啟動一臺水泵，一臺水泵無法滿足供水壓力時先啟動的水泵切換為工頻運行變頻啟動第二臺水泵如果還是無法滿足供水壓力第二臺水泵切換為工頻運行啟動第三臺水泵，當供水壓力高時順序停止工頻泵直到達到設(shè)定壓力。
9、手、自動控制功能 ；
(1)自動工作方式：自動方式是作為正常供水狀態(tài)下的一種工作方式。一般來講，當客戶正常供水后即選定該種方式，在自動方式工作時，系統(tǒng)通過壓力傳感器（或壓力控制器、電接點壓表）給出起泵信號起動水泵運行，當供水壓力小于設(shè)定壓力時變頻啟動一臺水泵，一臺水泵無法滿足供水壓力時先啟動的水泵切換為工頻運行變頻啟動第二臺水泵如果還是無法滿足供水壓力第二臺水泵切換為工頻運行啟動第三臺水泵，當供水壓力高時順序停止工頻泵直到達到設(shè)定壓力。
(2)手動工作方式：該操作方式是為自動工作方式發(fā)生故障時，為用戶應(yīng)急設(shè)置的一種工作方式，該工作方式完全采用最簡單的啟動方式，這種方式在操作面板上直接啟停任何一臺水泵電機，一般只有在自動失靈或調(diào)試的情況下才采用。
10、故障清除自動運行功能；
11、容易并入智能化管理系統(tǒng)，主要部件采用優(yōu)質(zhì)元件，整套系統(tǒng)具有很高的可靠性和抗干擾性，其自帶的標準串行通訊口（RS485），使得系統(tǒng)與計算機的通信十分方便。
12、自動復(fù)位功能，停電后復(fù)電時或水位恢復(fù)時系統(tǒng)自動啟動。
五、無負壓供水設(shè)備環(huán)保、節(jié)能分析
(1)節(jié)水方面，無負壓供水設(shè)備采用全密閉結(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。
(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，則蓄水池占地面積約140m2，而采用無負壓供水方案可節(jié)省占地面積約140m2，這部分節(jié)省的面積作車庫或倉庫等。按3 000元/m2。計，則可節(jié)省約42萬元的占地費用。
(3)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憂，并需要增加必要的安全防護措施費用。水箱按50元/m2考慮清潔費和檢疫檢驗費，其地下水箱的清洗面積約400m2，每年的管理維護費用約50元/m2×400m2×2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。
(4)節(jié)能分析，無負壓供水設(shè)備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， 秒流量為40L/s， 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=53.74 kW.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37 kW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/年。
綜上所述，與傳統(tǒng)供水相比，選用無負壓供水設(shè)備可節(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。
采用無負壓供水設(shè)備，從環(huán)保、節(jié)水、節(jié)能等方面與傳統(tǒng)的供水方案相比，無負壓供水設(shè)備不僅可節(jié)約一次性投資，而且運行費用低，供水質(zhì)量安全、可靠、衛(wèi)生，設(shè)備維護管理簡單方便，節(jié)省建筑面積，采用計算機智能控制變頻調(diào)速供水技術(shù)，供水安全可靠，是真正的衛(wèi)生、環(huán)保的綠色供水設(shè)備。