無負壓供水在建筑給排水中的應用

胡明志

北京市元興設備安裝有限責任公司 北京 100029

引言

建筑行業在長時間的發展過程中，積累了豐富的施工經驗，各項施工工藝和技術越發成熟，尤其是建筑給排水設計中，人們不再局限于傳統的設計方式，逐步采用了新型的設計思路，有效提升了給排水設計的水平。建筑給排水中的無負壓供水的能耗低，節能環保性突出，符合行業可持續發展的要求，但為在建筑工程中有效發揮這一供水方式的優勢，專業的設計人員必須要根據對建筑工程中的給排水設計需求，來進行對應的參數優化，提升給排水的設計水平。

1 無負壓供水技術概述

當下的很多建筑工程給排水系統內，都采用了無負壓供水技術，基于其技術優勢，在未來的建筑工程領域，這一供水方式還有著巨大的發展空間。就無負壓供水技術的原理來看，變頻技術是其中不可或缺的技術，經由變頻式無負壓供水設備的配備，可適當進行供水管道的增壓。與傳統的供水方式相比，在傳統的供水設計思路下，需利用蓄水池中的水來完成管道供水，借助于特定的水壓條件，完成水池內的注水任務，隨后由蓄水池來完成供水工作，在這一供水流程下，蓄水池內的水經過入水壓、出水壓的二次水壓供水，將會出現明顯的能源消耗，無法滿足節能環保的目標[1]。在技術日漸發展的過程中，無負壓供水技術越發引起了人們的關注，直接將無負壓供水設備與供水管道連接，在特定的壓力條件下來完成供水任務，不存在蓄水池儲水供水的流程，也就不存在這方面的能耗。

如果在建筑工程給排水系統中采用的是無負壓供水技術，就需要利用穩壓式補償技術來進行供水管道的穩壓處理，在智能化控制技術的輔助下，實現相應的參數和流程控制，保持供水的連續性。在無負壓供水系統正式投入使用之前，專業人員要結合建筑工程的供水環境，科學進行穩壓值的設置，隨后利用微變頻技術來進行水壓調節，以避免供水管道壓力過大所導致的供水問題[2]。無負壓供水系統的運行過程中，設備更適宜選用真空補償技術來進行供水管道的封閉式串聯，以通過這一方式來避免水流傳輸時的其他雜質混入，具體的供水過程中，相應的模塊可實時、動態進行供水管道阻力的監測，在出現水流量過大的情況時，立即進行對應的調整。

2 無負壓供水系統組成及原理

在建筑給排水中的無負壓供水技術應用中，需在建筑內進行無負壓供水系統的設計，該系統內包含了多個的構成要素，如變頻調速水泵組、穩流補償器、真空抑制器、壓力和流量傳感器、智能控制柜、給水管道、控制閥門，為達到最佳的供水效果，無負壓供水系統需與市政自來水管網串聯增壓，給無負壓的形成創造了相應的條件。無負壓供水系統內，穩流補償器和真空抑制器是關鍵性的構成要素，其中，穩流補償器為一個密閉容器，兩端連接自來水管網和水泵吸入口，達到了增壓穩流的控制目標，經由穩流補償器與真空抑制器的高度配合，也就消除了管網內真空的產生環境[3]。此外，真空抑制器兼具負壓自動消除功能，一旦在給排水系統的運行過程中，市政管網供水量在用戶需要出水量以下，設備中的防負壓裝置就會自動打開，在其中引入清潔空氣，減小了負壓對市政管網造成的不利影響。一旦在給排水系統的運行過程中，市政供水管網供水恢復到了正常情況，設備就可通過防負壓裝置快速排出多余的空氣，并立即關閉，在此條件下，穩壓補償器進入正壓工作狀態，設備保持正常運轉。就無負壓供水系統的整體運行來看，其技術原理為：結合對用戶用水量的調查，利用微機控制技術來進行水泵組變頻調速、水泵臺數的自動調整，保持在恒壓供水條件下。經由用水供水所需的壓力條件，進行恒壓的設定，一旦市政管網壓力值小于用戶所需壓力值，微機調節水泵的轉速明顯增大，當達到了用戶所需壓力值的情況下，水泵保持恒定的轉速，也就達到了恒壓供水的目的。

3 無負壓供水的優勢與劣勢

當下的很多建筑工程中，都廣泛采用了無負壓供水系統，根據無負壓供水系統的應用特點，其優勢表現在以下方面：設備的安裝成本相對較低，不會占用過大的空間，也可在供水的同時有效實現對一次供水系統的壓力使用，即使在后續的給排水設計中需進行系統優化，在改進的過程中也不會造成高層建筑內部空間的浪費；為全密封性結構，在供水的同時幾乎可以達到零污染，供水系統中不會進入過多的污染物，不存在水質污染威脅；節能效果突出，因為供水管網中的余壓可被充分利用，即使處于低峰用水階段，也會表現出明顯的節能效果；系統的運行成本偏低，供水的同時，能耗相對較小[4]。

雖然無負壓系統的應用優勢突出，但也表現出一定的不足，而這些不足影響了無負壓供水系統在建筑給排水中的效益實現。根據當下無負壓供水系統的應用情況，雖然這一系統的成本偏低，但供水可靠性卻相對較低，主要是因為公共管網與設備之間連接，不需進行水池的設置，也就不存在水池的調蓄功能，當處于用水高峰期的情況下，管網的運行負擔過大。無負壓供水系統中的相關設備，其元器件有著極高的復雜度，具有一定的自動化特征，這就使得在實際的系統運行中，對于自動化運行水平和靈敏度有著極高的要求。

4 無負壓供水設備種類

4.1 穩壓補償式（罐式）無負壓供水設備

無負壓供水技術的應用過程中，可采用的無負壓供水設備種類也是非常多的，如穩壓補償器無負壓供水設備，在該設備使用時，可在智能控制技術、穩壓補償技術下抑制負壓的形成，正是因為不存在負壓的干擾，也就使得供水管網可向用戶實現連續供水。如果在建筑給排水設計中采用的是這一類設備，設備中所配備的流量控制器在達到了最低服務壓力的前提下，也就可對市政管網向設備的輸水水量加以靈活調節，抑制負壓產生的同時也可在用水高峰期時，利用能量儲存器釋放預充的一定壓力氮氣，這種控制方式下，穩壓補償罐高壓腔的水帶中，也就有一定的壓力被補償于恒壓腔內，在一定的時間范圍內，可有效補充市政管網來水量的不足，經由雙向補償器，在低峰用水階段，可實現對穩壓補償罐的蓄能，進而對用戶管道發揮其穩壓補償的作用[5]。

4.2 箱式無負壓供水設備

如果在建筑給排水中采用的是箱式無負壓供水設備，在應用該設備來實現無負壓供水時，需同步配置一套增壓水泵，在系統運行時，管網中的水與水箱內的水同步匯合到穩流罐內，在管網壓力充足的情況下，管網可直接向用戶供水，而管網供水量不足且服務壓力明顯下降的情況下，啟動流量控制器，將管網壓力保持在最低的服務工作壓力下，保持水量供應的及時性和充分性。水箱出口水處存在有智能增壓裝置的安裝，該裝置在這一情況下會立即進入工作狀態，經由對水箱壓力的調整，使得這一壓力參數和與管網壓力相一致，將水提到穩流罐內，水泵從穩流罐內直接取水并向用戶供應。

4.3 高位調蓄式無負壓供水設備

高位調蓄式無負壓供水設備同樣在無負壓供水方式下十分常用，如果在建筑給排水系統內采用的是這一設備，水泵機組在穩流罐與無負壓流量控制器的作用下與市政供水管網可靠連接，這種連接方式下，可使得供水系統運行時，市政供水管網的壓力得到有效的保護，將水提升到建筑物頂部設置的密閉高位調蓄罐內，在重力流作用下向用戶供水。水泵機組的選擇上，可根據最大小時供水量來確定。

4.4 自來水加壓泵站專用無負壓供水設備

無負壓供水技術在不斷發展的過程中，市場上也出現了一種自來水加壓泵站專用無負壓供水設備，這一設備是未來關鍵的發展方向，加壓泵站下，不需要進行水池等儲水構筑物，泵站占地面積相對較小。加壓系統的運行中，可直接通過加水余壓的利用來實現疊加增壓，整體的節能效果突出，且這一技術下的技術十分特殊，可實現對來水管網的壓力保護，避免了過大的壓降產生。

5 無負壓供水設備的設計應用實例

以某高層建筑為例，該建筑高60m，地下一層為人防空間，而剩余樓層均為居住樓層，經由相關部門的供水系統檢查，發現其二次供水系統難以符合現實需求，存在以下方面的問題：水箱材料老化明顯，水箱外壁所產生的銹蝕沒有被及時清理；水箱中存在污水管道的直接通過；水箱頂棚、地面和內墻部位破損嚴重，供水條件不佳；變頻水泵為鑄鐵材質，供水過程中可能會污染飲用水，導致水質不良。在該水箱的改造工作進行時，需有效對現場的空間條件加以利用，參與改造的人員要及時進行水泵機組與水箱設備的更換，做好對泵房頂棚和墻面的改造，改造難度大且在改造的過程中會長時間斷水。綜合考慮以后，最終選用了無負壓供水系統。

5.1 確定水源

此建筑給排水工程項目中，水源為市政自來水管網，根據現場情況的調查，從市政供水管至連接設備管的管徑為DN100，管網供水壓力維持在0.25～0.30Mpa之間，管網水力條件相對穩定，且在該建筑中，生活給水系統和消防給水系統是分開布設的。

5.2 了解用戶用水情況

結合對該建筑中的用水情況分析，發現此建筑的最大日用水量、最大小時用水量分別為115m3/d、11m3/d，最不利供水點標高60m，在該建筑中，五層到二十層均為加壓區，其中，五到十三層用戶為中區，十四到二十層用戶處于高區。

5.3 給水系統布置方案

在此建筑的給水系統設計中，原有的設計思路為：一層到四層的采用市政管網直接供水的方式；五層到二十層為水箱+變頻水泵的供水方式，原DN100市政給水管從地下一層基礎外墻直接進入到泵房內后分三路供水，分別與低區供水管DN70連接、經由DN100供水管進入生活水箱、與消防供水系統連接；生活水箱內儲存的水與變頻加壓泵、氣壓罐相連。

5.4 改造方案

為使得該建筑中的給排水方案符合實際的用水需求，在開展改造的過程中，可將五層到二十層用戶的供水改造為無負壓設備疊壓供水，而一層到四層的供水方式保持原狀，具體的改造工作開展時，需將原有的生活水箱、水箱基礎和水泵機組都加以拆除，并在原水箱位置進行生活水泵房間的重新建設，并在該房間內配套無負壓變頻給水設備，無負壓設備進水端與原生活水箱DN100進水管連接，出水口與中區、高區的用戶管網干管相連接。

6 結束語

當下的建筑給排水系統設計中，無負壓供水方式得到了有效的應用，但因為每個建筑的給排水設計要求都有著一定的不同，為發揮無負壓供水技術的優勢，需結合建筑的用水情況，來進行無負壓供水設備的選擇、系統的優化。