自動增壓設備在城市供水管網中的應用探究

張瑞娟

摘 要：現階段國內多數城市使用的供水增壓方式以水池聯合水泵為主，這種增壓方式雖然具有操作方便的優點，但是長期使用也容易產生水質污染，且造價成本較高。本文提出了一種基于信息技術的智能化自動增壓設備，可以自動感應供水管網中水壓的大小，經信息反饋后自動調節水泵運行功率，不僅減輕了人工操作壓力，而且避免了資源浪費，符合當前城鎮化建設中“綠色節能”的理念。

關鍵詞：城市供水管網；自動增壓設備；工作原理；應用分析

1 引言

新技術、新設備的投入使用，為城市基礎設施建設提供了諸多便利。基于信息控制的自動增壓設備，實現了根據市政管網和用戶管網壓力信息自動控制水泵啟停和變頻調速，在滿足城市正常供水的基礎上，節約了能源。

2 自動增壓設備的結構組成

市政供水管網中自動增壓系統的主要組成設備有以下幾種：（1）水泵，通過變頻調速為建筑供水系統提供壓力，并可以根據計算機智能控制對水量、水壓進行動態調節；（2）儲能罐，市政供水管網與建筑用水系統直接的連接裝置，同時可以發揮壓力緩沖作用，減輕在水泵啟停或變頻調速時對市政管網內部水壓的影響，保證區域內市政管網水壓穩定；（3）壓力傳感器，分布在供水管網的前端，用來感知、收集并傳遞壓力信號，為終端計算機進行供水壓力調整提供參數依據；（4）控制器，對傳感器反饋的壓力信號進行處理和分析，然后調用數據庫中的指令發布控制信號，控制水泵的啟停和變頻調節。

3 自動增壓設備的工作原理

城市市政管網的用水壓力在工程商可以用周期函數Pt表示，其自變量為時間t。將該函數與用戶實際所需用水壓力（用函數Py表示）進行比較，若用戶用水壓力不足即Py>Pt，則表示此時需要為用戶進行自動補壓，且需要增加的壓力值為（Py-Pt），該差值也為一個用時間表示的函數。反過來，當用戶所需用水壓力Py<=Pt時，表示市政管網壓力足夠為用戶供水，無需增壓，水泵暫停工作。為了更加準確地界定自動增壓設備的啟動和停泵節點，我們引用Pn表示超低壓停泵壓力值，一般取0.1MPa。同時引用Pm表示水泵啟動壓力值，且有Pm>Pn。用戶用水壓力值Py的數值波動一般在0.02MPa上下，用PΔ來表示。圖1為自動增壓設備的壓力控制變化圖。

當自動增壓系統中的壓力傳感器接收到一個大于Pm的壓力信號后，將該信號反饋給控制器，此時控制器發布開機指令，水泵開始運作。隨著市政管網壓力的變化，當Pt升至Py時，設備自動停機，由市政管網直接向用戶供水；當市政管網壓力波峰過后，壓力Pt降至Py時，設備又自動開機補壓；當市政管網壓力降至Pt時，設備自動停機，以避免水泵繼續運轉使市政管網形成負壓，破壞管網，污染水質；當Pt又升至Pm時，水泵又重新啟動，變頻運行，如此反復。

4 工程應用

某新建居住建筑設計高度23.6m，共8層，本市供水管網的壓力穩定在0.22MPa～0.26MPa之間。通過計算可知，該建筑最高供水壓力為0.41MPa。在工程設計階段，擬定了以下四種供水管網的增壓方案：方案一，采用傳統的增壓方式，即綜合使用水池、水箱、水泵聯合供水，最大的供水壓力可以達到0.44MPa，滿足該建筑的供水需求；方案二，采用機械增壓方式，配套使用水池、水泵，通過水泵變頻調速完成建筑供水，其中水泵最大供水壓力在0.40MPa，不滿足該建筑的供水需求；方案三，采用分壓供水方式，將1-4層使用市政管網直接供水，上部的5～8層則選擇用水泵供水，減輕水泵運行壓力，水泵最大供水壓力在0.42MPa，滿足該建筑的供水需求；方案四，選擇新型智能自動增壓設備，水泵壓力為0.33MPa，滿足該建筑的供水需求。

結合該民用建筑的實際情況，對四種方案進行對比分析。方案一需要修建配套水池、水箱，成本較高；方案二供水壓力較小，不能滿足建筑頂層的正常用水；方案三供水壓力容易受到市政管網壓力波動變化的影響。綜合來看，選擇使用第四種方案，即通過安裝自動增壓設備，完成對建筑供水壓力的變頻調節。自動增壓設備中配備一臺型號為50DL-15的單臺水泵，其額定運行公路為5.5KW，整個建筑中共配備有5臺同型號的水泵，其中正常運行4臺，備用1臺。以每天平均工作時間18h計算，整個自動增壓設備的全面運行費用可以控制在4.2萬～4.5萬之間，與普通的“水池+水泵”增壓方式相比，每年可節約費用1.5萬元，正常投入使用3年后可收回投資。

5 應用效果分析

5.1 經濟效益

利用智能化的自動增壓設備代替傳統的“水池+水泵”增壓方式，其主要的優勢在于降低了使用成本，便于在市政基礎設施建設中大規模推廣使用。從該工程的總體設計上看，使用自動增壓設備可以節約30%的成本，具體體現在以下幾個方面：其一是需要采購的設備減少，基于自動增壓設備的城市管網供水模式，不需要重新修建水池、采購水箱，節省了一大筆的投資；其二是建設工期大幅度縮短，自動增壓設備及其配套的管網可以直接購買和安裝，經調試后直接投入使用，整個施工工期控制在5天之內，節省了大量的人工成本；其三，自動增壓設備不需要頻繁進行清潔和維護，同時可以自動完成水質檢測，也省去了一定數額的維護和清潔費用。

5.2 環保效益

首先，自動增壓設備并不是獨立的增壓系統，而是借助于原來市政管網的一部分供水壓力，這樣無形中就減輕了自動增壓設備中水泵的運行壓力，對于節約能源起到了一定幫助；其次，自動增壓設備采用集成化系統，本身占用的空間較小。同時水泵自動化的啟停還可以加速城市供水管網中水的流動，減少了傳統供水環節可能出現的二次污染問題，確保了供水管網中水的質量；

6 結語

現代建筑中高層建筑的規模不斷增加，對市政供水管網提出了更高的要求。傳統的增壓供水方式雖然也能夠滿足正常用水需要，但是在成本、環保等方面不具備優勢。基于信息技術的自動增壓設備，可以自動感應水壓，并經過信號反饋后自動調節水泵功率，完成動態增壓，避免了因為作無用功而造成資源能源的浪費。

參考文獻：

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