無負壓供水設備選型及節能對比分析

王志峰

（中鐵建設集團有限公司 北京 100040）

1 引言

近十多年的城鎮化建設中，房屋建筑供水設施的數量快速增加，截止到2010年底，全社會擁有二次供水設施25萬余套，且每年以2萬余套的速度在快速增加。供水形式由高位水池、氣壓供水、低位水池變頻供水到現在的無負壓供水模式，不斷在節能方面進行提升［1］。

2 無負壓供水設備的定義

無負壓設備為一種能與市政供水管網直接連接，在從市政供水管網取水時能夠保護管網的壓力，同時滿足用戶用水需求的二次加壓供水設備，稱之為無負壓供水設備［2-3］。

無負壓設備的核心要求在于：保護市政管網壓力不能低于最低服務壓力值，高層用水不間斷。

3 無負壓設備補償罐的計算與選型

3.1 計算方式

為達到無負壓設備的核心要求，保護市政管網壓力不能低于最低服務壓力值，高層用水不間斷，不僅需要技術邏輯和功能的保證，更需要精確計算來驗證無負壓罐體能夠補壓補流量。

現行的無負壓補償罐的計算方式分析如下：

穩壓補償罐調蓄容積選用時，應按流入量和供出量的變化曲線經計算確定。按（1）式計算：

式中，VR為穩壓補償罐調蓄容積（m3）；QD為設計流量（m3／h），即計算出用戶的用水需求量；Qmax為供水管網在最低服務壓力時，所能供給的最大供水量，為市政供水量，可查《管徑流速流量對照表》，得出DN100的管徑在流速1.5 m／s的情況下流量為42 m3／h；△T為用水高峰持續時間，一般△T為5～15 min。

3.2 計算結果分析

（1）當用戶的用水量小于市政供水量時，得出的是負數。

用戶用水量為 40 m3／h，計算為（40 m3／h-42 m3／h）×15 min＝-0.5 m3（負數）。

（2）當用戶的用水量等于市政供水量時，得出的是0。

用戶用水量為 42 m3／h，計算為（42 m3／h-42 m3／h）×15 min＝0 m3（零）。

（3）當用戶的用水量大于市政供水量時，得出的有以下兩種。

用戶用水量為 45 m3／h，計算為（45 m3／h-42 m3／h）×15 min＝0.75 m3（0＜結果 ＜1）。

用戶用水量為 50 m3／h，計算為（50 m3／h-42 m3／h）×15 min＝2 m3（結果 ＞2）。

綜上所述，得出使用罐式無負壓需具備的安全條件為：用戶用水量最好小于等于市政用水量。如果用戶的用水量比市政的用水量大，且結果大于2時，通常建議選用帶水箱的無負壓來保證安全。水箱的容積的取值為用戶用水量與市政來水的差量，經計算，箱式無負壓的水箱容積為日供水量的5%［4-5］。無負壓設備選型見表1。

表1 無負壓設備選型

4 無負壓設備在具體工程中的節能比較

無負壓供水設備節能是源于此設備與自來水管道直接串聯，可充分利用自來水管道原有的壓力，差多少，補多少［6-7］。

4.1 工程概況

北京恒大城項目位于北京市昌平區，該項目共6棟主樓，樓層均為28層，樓高為84 m。1～5層為市政直供；6～15層為加壓中區，最不利供水點標高45 m，16～28層為高區，最不利供水點標高84 m。

泵房在地下二層，泵房擬從室外市政給水管上接出一根DN100的自來水管進入泵房，市政供水水壓為0.30～0.35 MPa。一廚一衛，用一套無負壓設備。

4.2 原圖紙設計變頻供水設備耗電情況

生活供水中區：設備型號65DL30-15×6，流量36 m3／h，揚程78 m，功率15 kW×2＝30 kW （水泵兩用一備）。

生活供水高區：設備型號65DL30-15×8，流量36 m3／h，揚程120 m，功率18.5 kW×2＝37 kW（水泵兩用一備）。

為了了解原設計變頻供水設備實際運行情況，針對完全相同項目恒大城A7地塊進行了檢測，并通過檢測工具檢測出從2014年3月31日15：40～2014年4月11日14：39這一時段整體的運行情況。檢測出設備供水量420 t，耗電量524 kWh（見表2）。

表2 原設計設備運行情況

通過上述數據統計表明，變頻供水設備中水泵長期在小流量下運行，導致水泵電機效率過低，經過分析得到原設計供水設備統計區間的供水量為 420 m3／d，耗電量 524 kWh／d，單位水耗電量為1.25 kWh／m3［8-11］。

為了更好地比較其節能效果，特別引入1 000 t水耗電量，按（2）式計算。

式中，δ為1 000 t水耗電量，設備供1 000 t水提高1 MPa的耗電量；P為水泵做功揚程（m）。

4.3 無負壓設備耗電情況

無負壓供水設備供水可以有效地保證小區整體管網平衡。并對市政管網具備保護能力。即市政來水正常時，無負壓設備取水時始終保持市政來水端壓力不低于當地自來水設定值。

為了了解無負壓設備實際運行情況，通過檢測工具檢測出從2014年6月13日11：33～2014年6月18日11：31這一時段無負壓的運行情況。檢測出設備供水量190 t，耗電量83 kWh（見表3）。

表3 無負壓設備運行情況

生活供水中區：設備型號100ZWG3／WDL16-5，流量36 m3／h，揚程51 m，功率5.5 kW×2＝11 kW（水泵兩用一備）。

生活供水高區：設備型號100ZWG3／WDL12-10，流量36 m3／h，揚程94 m，功率7.5 kW×2＝15 kW（水泵兩用一備）。

通過上述數據統計表明，根據實際的用水規律，確定大小泵實際用時時數，得到小泵長期在小流量下運行，水泵電機效率高，經過分析得到現有供水設備供水量為190m3／d，耗電量83 kWh／d，單位水耗電量為0.437 kWh。

為了更好地比較其節能效果，特別引入1 000 t水耗電量，按（2）式計算。

5 使用無負壓設備的經濟分析

中區：原水泵功率為30 kW（兩用一備），而選用無負壓設備后，功率為11 kW（兩用一備）。平時正常供水時段時間約為16 h，一臺水泵在運行，高峰期2臺同時運行約4 h，夜間有4 h的休眠狀態。

計算過程按實際1 kWh電0.5元（非照明用電）計算為：

變頻供水設備：（15 kW×16 h+30 kW×4 h）×365＝131 400 kWh

131 400×0.5＝65 700元

無負壓設備：（5.5 kW×16 h+11 kW×4 h）×365＝48 180 kWh

48 180×0.5＝24 090元

使用無負壓比變頻節省41 610元。

同理，高區，計算過程按實際1 kWh電0.5元（非照明用電）計算為：

變頻供水設備：（18.5 kW×16 h+37 kW×4 h）×365＝162 060 kWh

162 060×0.5＝81 030元

無負壓設備：（7.5 kW×16 h+15 kW×4 h）×365＝65 700 kWh

65 700×0.5＝32 850元

使用無負壓比變頻節省48 180元。

無負壓供水設備比傳統的變頻供水設備1年節省電費89 790元，10年可節省電費897 900元，而設備的使用壽命為25年［12］。

6 結論及意義

通過設備的選擇，水泵的選擇，并通過設備高效地運行，其科學有效的節能手段達到了高效節能的目的，而大量的數據也表明無負壓設備具有高效的節能性。

通過以上計算可知：變頻供水設備的1 000 t水耗電量為1 950 kWh。無負壓設備的1 000 t水耗電量為704.6 kWh。無負壓設備相對于變頻供水設備的節能率為63.87%。通過經濟性地比較分析，使用無負壓設備5年即能收回先期多投入的資金。