自來水二次供水節能改造技術研究與應用開發

上海麥璽隆機械科技有限公司 聶建平 林后防

1 概述

傳統的二次加壓供水方式是先將市政自來水貯存到低水箱，然后通過二次加壓泵站將水供給到用戶，以得到所需的流量和揚程，滿足用水要求。低水箱內的水來自市政管網，其水壓大多在0.16 MP a以上。把帶壓的自來水放入貯水池得到無壓水，再經設備加壓送到用戶。在這個進水過程中，市政管網的水直接處于泄壓狀態，可導致管網壓力降低；且由于管理不善，水池、水箱缺乏定期的清洗，二次消毒不及時，已直接影響了供水衛生，甚至會產生嚴重的水質污染事故(如出現紅線蟲、綠藻等)。傳統二次加壓供水方式存在投資大、水資源浪費和電能源浪費的問題。

智控無吸程疊壓供水設備(以下簡稱“設備”)可以對市政水直接進行疊壓加壓供水，從而避免了能量的無謂損失。本“設備”采用全不銹鋼泵體，安裝于304不銹鋼制作的全密閉不銹鋼容器罐內。充分利用市政水壓力，選用不銹鋼無吸程潛水泵，因此避免了普通水泵吸程的能耗，從而使其揚程大大增加，供水能力提高。市政水在密閉環境運行，與外界無接觸，并減少污染，降低能耗，以達到節能降耗目的。依靠罐內流動的水對電機進行散熱冷卻，電機運行時異常安靜，解決了電機噪音問題。在水泵的降噪、節能和防潮方面都有著傳統供水水泵不可比擬的優勢。該“設備”實現了節能、環保、衛生、安全的運行效果。

2 國內現狀

現在國內通用的傳統變頻恒壓供水設備基本上采用低水箱加恒壓變頻泵，這種供水方式可在低水箱水位降低時，市政水隨時為低水箱進行補水。低水箱貯存自來水管網的水后，再經泵組加壓供水，這樣并不能起到用水高峰期削峰填谷的作用。

現在已經有很多相關專業技術人員發現了這種低水箱加變頻泵加壓方式的弊端，于是他們設計一種直接聯在管網上對管網水增壓的泵組，并依此生產了一些產品，但是這些產品有一個相當大的缺點，泵組運行不穩定，運行耗能稍高，出水壓力波動較大，并且影響到管網的壓力。

傳統恒壓變頻供水設備與智控無吸程疊壓供水設備供水方式對比見圖1、圖2。

圖1 傳統恒壓變頻供水設備流程示意圖

圖2 智控無吸程疊壓供水設備流程示意圖

3 智控無吸程疊壓供水設備基本原理

智控無吸程疊壓供水設備的創新性在于利用能量疊加原理，對管網帶壓水直接增補壓力。市政管網中的自來水是帶有壓力的水，如果利用“設備”對市政自來水加壓,則由于能量的疊加作用，水泵的機械能轉化為水的壓力實現了直接增補。

智控無吸程疊壓供水設備具有直接增壓的優點，并且克服了目前供水設備中存在的問題。自來水進入無負壓罐體，經罐體內部的泵體葉輪加壓，泵體為潛水電泵，其本身無吸程，因此避免了普通水泵吸程的能耗，并通過設置在泵口的渦流導向節能器，通過矯正泵口紊亂的渦流狀態而減少水泵出口的阻力，從而提高水泵運行效率，使其揚程大大增加，以達到用戶用水的需求，并且不會影響市政供水管道的壓力。維持水泵的揚程和流量有一個合適的比例關系。利用P L C可編程控制器配合變頻器進行控制，“設備”采用閉環壓力反饋使泵組進行全自動運行。由于水處于一個封閉系統內，根據用戶用水量的大小增減水泵運行頻率，以保持供水壓力恒定，且自來水供水管網的壓力不受影響。“設備”在市政管網水壓發生波動下降時會自動降頻降壓運行，市政管網斷水時“設備”會自動停機保護。

該“設備”采用全密閉結構系統，徹底杜絕了地下水箱的跑、冒、滴、漏等浪費水資源的現象，同時也節省了定期清洗水箱時造成水資源的浪費及用戶停水現象。“設備”可多臺同時并聯使用，“設備”組合、控制及維護更加方便。每臺“設備”單獨配有無負壓罐體，單臺“設備”可循環停機檢修維護，維修時不需停水，對用戶供水不構成影響。

“設備”任何組件出現任何故障時，都不會影響正常供水，系統自動監測故障報警，并自動跳越故障“設備”，運行正常“設備”，待故障消除后，“設備”即可自動投入運行。

4 用戶使用案例

上海市某小區，最高為1 1層建筑，共有住戶6 3 8戶，采用低水箱加水泵恒壓供水，由一路DN150管道供給低水箱作為水源，浮球閥控制低水箱水位，水泵采用DL系列水泵。

該小區設計最大流量為55t/h，平時管網提供壓力為0.2MPa，需增補揚程32m，以保證出水壓力達到0.52MPa。選用兩臺智控無吸程疊壓供水設備MXL60-55-2，這兩臺“ 設備”在流量60t/h時，可增補揚程35m。

無吸程疊壓供水設備投入運行前，頂樓用戶偶爾會發生斷水現象，水壓較低，“設備”投入運行后，24小時保證所有住戶的用水要求。平時只是一臺設備在運行，根據用戶用水變化，調整“設備”運行頻率，以保障供水需求。單臺“設備”功率為7.5kW，效果良好。

為驗證本設備對管網的影響程度，在自來水進水管道上裝一塊壓力表，在設備投入運行前后，壓力表數值穩定在0.2MPa左右一個很小的區域，上下波動不超過0.01MPa。

選用智控無吸程疊壓供水設備比傳統的利用調節水池的設備，有很多優點：

1）初期投資少、無水池、不用消毒、安裝費用少。

2）運行費用低，機組耗電少。

3）不銹鋼設備主體，供水衛生，無二次污染。

4）對市政管網的影響小于低水箱加變頻泵設備。

5 效益分析

按上述案例來說明這種“設備”的經濟性和優越性。

1）低水箱加變頻泵供水設備方式

配4臺80LG58-15*4水泵，功率11kW/臺，貯水池為不銹鋼結構，200m3。

（1）建造低水箱，容積200m3，不銹鋼結構，造價為265000元；

（2）建造泵房（地下式）9m×6m×3m(L×W×H)，造價為296000元；

（3）水泵設備總價為58000元；

（4）消毒設備，臭氧發生器75g/h，總價56000元；

（ 5）占地400m2，不作價；

（6）安裝費約10000元；

共計造價685000元。

2）選用2臺智能無吸程疊壓供水設備方式，功率7.5kW/臺。

（1）不設低水箱；

（2）利用原有建造泵房（地下式）9m×6m×3m(L×W×H)，造價為296000元；

（ 3）“ 設備”MXL60-55-2，含控制系統，造價約為148000元；

（4）無需消毒；

（5）占地極小；

（6）安裝費約計5600元；

共計造價449600元。（含原泵房建造費用。如新建項目，泵房面積可減少一半以上，且不用建造水池用房，泵房建設費用可節約75%以上）

3）運行費用

以上述項目為例，原設備為低水箱加變頻泵供水設備，選用水泵4臺，功率為11kW/臺 。根據其2010年6月至2011年5月的繳費清單，12個月共計電費52938.60元(電費單價：0.617元/kWh)，平均每月的設備耗電金額為4411.55元。

該小區從2011年8月份將供水設備改造成智控無吸程疊壓供水設備，新設備的運行電費有明顯降低，根據其2011年10月到2012年9月的繳費清單，累計12個月的電費為16807.00元 (電費單價：0.617元/kWh)，新設備平均每月的耗電金額為1400.58元。

4）綜合以上計算,對比分析如下:

（1）初次投資：智控無吸程疊壓供水設備是低水箱加變頻泵供水設備的65%；

（2）運行費用：智控無吸程疊壓供水設備是低水箱加變頻泵供水設備的32%；

（3）占用土地：如新建設備供水泵房，智控無吸程疊壓供水設備比低水箱恒壓變頻供水設備占地面積減少75%以上（含貯水池占地面積）

（4）使用壽命：智控無吸程疊壓供水設備壽命比貯水池恒壓變頻供水設備使用更長。

由以上分析可知，智控無吸程疊壓供水設備與傳統供水設備相比，能節省大量的初投資和運行費，節約能源，并且環保衛生，其經濟效益和社會效益十分顯著。

6 結論

智控無吸程疊壓供水設備是一種在原市政自來水壓力基礎上再加壓的技術，它突破了以往只能對無壓水進行加壓的誤區，并且通過對流體流態的控制節省了設備運行的能耗，不對管網產生壓力影響。智控無吸程疊壓供水設備在用戶前端安裝，可解決自來水由于管網限制不能送到用戶的問題，滿足遠端和高地勢用戶的需要。設備運行穩定，出水壓力波動較小，并且不影響相鄰管網的壓力。可廣泛應用于自來水管網的直接增壓，具有極大的經濟效益和社會效益。