無負壓供水技術在二次供水領域的應用探討

劉旭

摘 要：伴隨我國城市化進程的加快，高層建筑物成為城市主流。服務高層建筑的二次供水技術從傳統技術中蛻變，歷經了從高位水箱重力供水、氣壓供水、變頻供水、直至無負壓供水，無負壓供水技術作為近些年來發展起來的一種新興供水技術，充分利用了市政管網余壓，節能效果顯著，且避免了水質的二次污染。本文介紹了無負壓技術的現狀。

關鍵詞：無負壓供水技術；適用條件；應用探討

1 現狀

無負壓供水技術是在變頻供水基礎上發展起來的一種新興的供水方式，無負壓供水設備現應用于民用建筑的主要分為三類，罐式無負壓供水設備、箱式無負壓供水設備和高位調蓄無負壓供水設備。據有關部門的調查顯示，目前我國各大城市均已推廣使用此項技術，在北京、天津、浙江、江蘇、南京、東北等地均得到了廣泛應用，各地也相繼出臺了各自的技術標準和管理制度。例如天津市出臺了地方標準《天津市疊壓供水技術規程》，遼寧省建筑標準設計研究院編制了圖集《節能型疊壓供水設備選用與安裝》、南京市更新了管理制度，政府出臺了《南京市城市居民住宅二次供水管理辦法》。國家的行業標準也相繼出臺，對無負壓供水技術的適用性、設備的生產制造以及后期的維護管理進行了規范和指導。

2 無負壓供水方式與斷流水箱變頻供水方式的節能比較

單從節能方面考慮，疊壓供水方式是目前電耗最低的供水方式，由于市政管網壓力得到了充分利用，在選擇水泵時可以將市政供水壓力減去，按照揚程計算公式可以進行具體分析，水泵揚程的計算公式為：

Hj=0.01H1+H2+h0

公式中Hj—水泵組設計揚程（MPa）

H1—最不利配水點與水池最低水位之間的標高差（m），注意標高差有正負之分；

H2—最不利配水點至水泵吸水管道及附件等的總水頭損失（MPa）

h0—最不利配水點的最低工作壓力（MPa）

水泵的調速范圍宜在0.7～1.0之間。

當采用普通變頻供水時，水泵揚程Hj=（0.01H1+H2+h0）×變頻系數（1.1～1.3）；

當采用疊壓供水時，水泵揚程Hj=（0.01H1+H2+h0-市政供水壓力）×調頻系數（1.1～1.3為宜）。

按照上面的公式，以格蘭富的水泵為例，按照選型軟件進行計算，假設供水戶數為200戶，最不利點標高為60米，沿程和局部損失分別為3米，調頻系數為1.15，水泵采用兩用一備進行設置。

首先進行參數設定，用水定額：90（L/人.d）；用水人數：3.5（人）；用水時數：24小時；每戶當量值：3.75；小時變化系數Kh：2.0

控制流速：DN15-DN20≤1.0m/sDN25-DN40≤1.2m/sDN50-DN70≤1.5m/sDN80-≤1.8m/s

管道材質：襯塑鋼管末端壓力：0.050（MPa）計算公式：非自閉沖洗閥公式

當變頻供水時：

Hj=0.01H1+H2+h0=（0.01×60+6+5）×1.15≈0.8165MPa

水泵流量為10.7m3/h，揚程為81.65米，按照格蘭富的選型軟件選型：

選擇水泵為CR10-12，功率為4kW。

當疊壓供水時，

Hj=0.01H1+H2+h0=（0.01×60+6+5-15）×1.15≈0.644MPa

水泵流量為10.7m3/h，揚程為64.4米，按照格蘭富的選型軟件進行選型：

選擇水泵為CR10-9，功率為3kW。

采用疊壓供水方式單泵功率下降一個等級，單泵年平均能量消耗減少26%，能源成本、壽命周期成本同比例降低，如果按照設計的三泵系統雙泵運行方式來計算，節約的能源是單泵的雙倍，即每年年均能夠節約能量2380kWh，節省能源成本是單泵的三倍，即每年節約能源成本4125元，節約壽命周期成本115734元。可見無論是節約的能量還是能源成本、壽命周期成本，對于同等流量的項目來講，采用疊壓供水方式進行設計選型，節能效果是非常可觀的。

3 無負壓供水技術的適用條件

我國1994年頒布的《城市供水條例》中規定：“禁止在城市管網公共供水管道上直接裝泵抽水。”這是因為在城市供水條件尚不成熟的情況下，沒有控制和保護措施，從管網直接抽水可能會對管網水質、水壓產生不良影響，甚至造成管網破壞。隨著城市供水條件的完善以及供水技術、自動化控制技術的發展，無負壓供水技術在國內推廣使用的條件日趨成熟，在這種前提下，對其使用提出嚴格規范的規定。

（1）應當規定當室外給水管網的水量、水壓達到一定要求時，方可選用直接增壓二次供水設備。其中：①水量要求：用戶需水量低于管道供水量時（供水量可按經濟流速計算），即可滿足水量要求；用戶需水量高于管道供水量時，可以采取加大配水管管徑或適當增加穩流調節罐容積的方式滿足用水需要。否則，不得選用直接增壓方式。②水壓要求：室外給水管網的壓力不得低于0.2MPa（參考值）。這些數據的獲得必須咨詢用戶所在地的自來水公司。換句話說，從技術角度講，要想接入無負壓供水設備理應到自來水公司技術部門進行備案審批。

（2）無負壓供水設備必須有多重的、可靠的防負壓、防倒流、防水表計量沖擊等措施。

（3）為了避免對城市公共供水管網的水質造成污染，這就需要有質量技術監督部門的鑒定證書，證書中應特別注明防負壓、防倒流方面的鑒定結論，以確定能否具備直接接入管網的條件。

（4）為防止設備本體對水質造成污染，無負壓供水設備還必須具有市級衛生監督部門的衛生許可證。

全國各地在無負壓技術的應用上，均有相關的準入標準和管理規定。南京市自來水總公司《二次供水設施建設標準》中規定：當泵房進水壓力≤0.15MPa時，應采用設低位水箱（池）的變頻調速供水方式；當泵房進水壓力>0.15MPa時且增壓人數≤1000人時，應采用管道直抽的變頻調速供水方式；當泵房進水壓力>0.15MPa時且增壓人數>1000人時，應采用設低位水箱（池）的變頻調速供水與管道直抽的變頻調速供水相結合的供水方式。

湖南省《城市二次供水設施技術規范》中規定：下列區域嚴禁采用無負壓供水：（1）市政供水壓力低于0.2MPa的區域；（2）由于水量不足導致的經常性停水的區域；（3）供水干管的供水總量不能滿足用戶需求的區域；（4）供水干管管徑偏小的區域。

CECS221-2012《疊壓供水技術規程》中規定：疊壓供水設備的進水管應單獨接自供水管網的供水干管，供水管網為環網時，宜從環網接入。設備的進水管管徑宜比供水管網小2級或2級以上。

4 無負壓供水技術的工程應用

無負壓供水技術目前主要應用在民用建筑上。在供水方式上，有“斷水水箱+管道直抽”工藝方式、管道直抽工藝方式兩種。

無負壓供水技術在天津市的應用應符合下列規定：

4.1 適用條件

（1）中心城市壓力值不應低于0.22MPa；（2）近郊地區壓力值不應低于0.20MPa；（3）設備吸水管應獨立接自城鎮供水管網或小區環狀管網；（4）小區或單體建筑設計總流量校核一條引入管管道的水流速度。設計時應對引入管徑水流速核算，確定管徑，結合小區內市政管徑，對引入管徑水流速控制和市政水壓控制的方法比單純控制市政管道壓力大小作為選用條件更科學和安全性更強。

天津市應用無負壓供水技術主要應用在天津市的二次供水提升改造項目中，以某改造小區為例，該小區始建于2000年，共2座18層住宅，已完成抄表到戶，使用二次供水的戶數為255戶。

原泵房位于小區1#樓地下，由于原泵房為生消混用，無改造條件。1-3為市政供水，4-18為變頻加壓供水，采用上行下給的供水方式。

由于泵房原址無地勢，因此改造方案采用在室外建設一套整體式無負壓供水設備。

4.2 設計上

考慮到原水泵運行時，三臺水泵實際僅有一臺運行，說明原設計流量偏大，從設計上采用節水定額進行設計計算，設備總流量由46m3∕h，改為26m3∕h，降低了成套設備的總功率，由原來的33KW減少到15KW；同時充分調研了周邊的管網情況后，采用無負壓供水方式，降低了水泵揚程，充分利用市政管網壓力供水。

5 關于無負壓給水技術推廣應用的幾點建議

（1）加強無負壓供水技術的推廣應用宣傳工作。通過新聞媒體等形式廣泛進行宣傳，使全社會認識到這種供水方式的優點，對新建、改建、擴建的二次供水設施，在符合條件的區域，建議采用無負壓供水方式。

（2）無負壓供水技術在國內還屬于一種新型的供水技術，目前尚沒有任何關于無負壓供水技術的國家標準。為使無負壓供水的工程設計、施工、驗收能夠做到技術先進、經濟合理、安全適用、運行可靠，業內專家強烈呼吁現階段應盡快建立無負壓供水方式的應用法規、技術規程等。

（3）明確采用無負壓供水方式的區域應滿足的供水條件。我們認為：防負壓方面，至少應設電控裝置和機械裝置；防倒流方面，應盡可能設多層防護措施，確保對城市公共供水管網水質不產生任何影響；節能方面，應考慮夜間用水量很小情況下的能耗問題。實施此類供水方式時，應該從供水設計開始，考慮增加相應的設施，例如采用加設孔板、加設流量調節閥、加設定時啟閉閥等手段，嚴格控制進水管的最大瞬時流量在水表額定流量范圍內，對水表規格的選擇要合理，以避免對管網壓力和計量水表造成沖擊，盡量減少無負壓供水設備的負面效應。

（4）加強無負壓供水新技術的研發工作。鼓勵引導設備生產廠家在防負壓、防倒流、節能等方面進一步攻關。

（5）嚴把無負壓供水設備的質量關。技術監督部門應嚴格按照企業標準對無負壓供水設備進行技術鑒定，鑒定合格的，頒發有關證件。且每年可對鑒定合格廠家的設備進行抽檢，確保設備質量過關。對性能先進的設備可進行公示或下發文件推廣應用。

（6）積極創造條件，盡可能滿足無負壓供水方式用水需求。今后新敷設和更換自來水管道時，用戶應具有超前意識，盡量加粗管徑，以滿足接入無負壓供水方式和周圍用戶對水量的需求。

（7）供水企業有義務為用戶提供良好服務，對二次供水系統的規范管理提供支持，而不是放任不管或管得過死。

6 結語

無負壓二次供水設備具有特殊性與重要性，它關系到廣大人民群眾的生命健康。首先，應規范設備生產企業，要使生產出的新產品在技術上、質量上是合格的，使它成為真正意義上的“無負壓”；其次，市政供水公司應從傳統的二次供水方式中解放思想，用科學發展觀去推廣新技術、新產品，在設備技術上、質量上把好關；再次，設備投資方應盡量使用技術上過硬、質量上過硬的無負壓設備，避免由于設備質量問題對城市市政管網造成破壞。三方應共同努力使無負壓給水設備的使用更科學、更合理、更環保、更節能，真正造福于廣大人民群眾。

參考文獻：

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