某高校二次供水工程方案設計

劉梓霖

韶關市規劃市政設計研究院有限公司 廣東 韶關 512000

1 供水現狀及存在問題

某高校位于郊區，市政給水管網供水的中末端（地面高程92-126m），高校北側的市政路下敷設有DN500市政給水管（高峰期管道供水高程可達107-110m），開了一條DN250給水管接入校區現有的加壓泵房內，現有的高校二次加壓泵站規模是建有2000m3蓄水池，加壓泵站日供水量為1500m3/d，通過二次加壓后對校區已建區域進行供水。

現校方計劃把現有生活給水系統改為消防系統。因此，此次項目為校區新建生活用水管網，與消防系統相獨立。

現狀二次供水系統由于各方面條件限制，存在設施老化、水池蓄水量不足，給二次管理工作帶來了很多困難。在長期的使用中發現以下問題：（1）現有的二次加壓泵站選址位于地勢最低處，導致加壓設備的揚程增加，長期使用能耗高。年運營維護費用約48萬元。（2）現狀市政路下的給水系統為樹狀供水管網，還未形成環狀供水，當市政管網及附近泵站需要維修維護時，對學院需停止供水1天，因現有的2000m3蓄水池無法滿足校區日常運行所需用水量，若自來水公司不提前1天通知學校將要停水，將影響學校日常教學和學生及教職工的生活用水。（3）校區內將新建教學綜合樓、辦公樓、學生宿舍及教師值班用房等建筑物群，新建區域內沒有敷設供水管網。

2 項目建設的目的

2.1 提升二次供水設施質量，保障高校供水安全

通過泵站、高位水池的改造，完善管網布局及泵站附屬設施，加大二次供水設施管理力度，可明顯改善二次供水狀況。杜絕水質二次污染，保障供水水質；增加二次供水水壓，解決水壓不足，吃水難的問題；提高供水壓力，擴大二次供水范圍；提高供水安全性。

2.2 節約水資源，降低綜合能耗

通過對二次供水設施的改造，提高水泵的運行效率，降低舊管網漏損率，可降低泵站運行費用、減少二次供水設施的養護維修工作，達到節約水資源，降低綜合能耗的目的。

2.3 緩解供水壓力

通過二次供水工程建設，集中規模，適當又有統一管理的供水系統，這樣有效地保證了管網的供水壓力并減少了運行費用。

通過該項目的建設，可以解決二次供水系統中存在的問題，建立校區二次供水系統，進行集中管理，提高供水質量。

3 方案設計

3.1 高校校區生活給水系統選擇

由于高校的用水較集中，高峰期管網流量大，再加上校區市政引入管水量有限，難以滿足瞬時高峰的水量及水壓的要求[1]。所以高校普遍需要進行二次加壓供水，校區生活給水系統主要存在以下幾種形式：

3.1.1 市政管網直接供水

市政管網直接供水方式適用于市政管網水量和水壓充足，能夠全天保證絕大部分建筑物用水要求，個別建筑物可自行加壓的地區。它的優點是給水系統簡單，投資少，安裝維修方便，充分利用市政水壓，但缺點是系統內部無儲備水量，當市政管網停水時，室內系統立即停水。這種在以前很常見，由于現在高校建筑高度增加，使市政水壓壓力很大，已很少有高校校區采用市政管網直接供水形式。

3.1.2 分區供水方式

在多層建筑中，市政供水管網只能滿足建筑物下面幾層水壓和水量時，為了充分利用市政水壓，可將建筑物供水系統分為上下兩區。較低樓層（如1-3層）采用市政管網直接供水，較高樓層由泵加壓直接供給或者由泵提升至高位貯水設備供水。該種給水方式充分利用市政管網水壓，泵站運行費用較低，但是需要敷設兩套給水管網，投資費用較大，多為新建校區中常見的給水形式。

3.1.3 水泵水箱（水池）聯合給水方式

當市政供水管網水壓經常不足、校區用水不均勻時可采用的水泵水箱（水池）聯合給水方式。市政水源引入管連接水箱（水池）儲存水量，水源通過泵加壓后輸送給用戶。現高校就是采用這種方式供水，未能充分利用市政管網水壓，泵站運行費用較大。

3.1.4 變頻調速給水方式

變頻恒壓供水是指在供水管網中用水量發生變化時，出口壓力保持不變的供水方式。供水管網的出口壓力值是根據用戶需求確定的。

變頻調速水泵工作原理：當給水系統中流量發燒變化時，揚程也隨之發生變化，壓力傳感器不斷向微機控制器輸入水泵出水管壓力的信號，如果測得的壓力值大于設計給水量對應的壓力值時，則微機控制器向變頻調速器發出降低電流頻率的信號，從而使水泵轉速降低，水泵出水量減少，水泵出水管壓力下降，反之亦然。傳統的恒壓供水方式是采用水塔、高位水池、氣壓罐等設施實現的。

3.1.5 無負壓供水方式

無負壓供水設備又叫疊壓供水設備，水源為自來水充分利用市政管網自身壓力，實現“差多少，補多少”的二次供水供水方式。優點是充分利用自來水管網自身壓力，節能省耗；節省占地，避免二次污染；避免系統頻繁工作，節省運行費用。缺點是因為無負壓供水沒有水箱，雖能儲水，但水量極少，一旦市政管網停水，用戶很快也跟著停水，所以在選擇無負壓供水時，也可以考慮箱式無負壓供水設備，增加蓄水量，以滿足不同用戶的需求[2]。

上述供水方式各有優缺點，根據某高校的實際建設情況選擇合理的供水方式，既能節約能源也可以防止水質二次污染。結合某高校二次供水現狀，根據泵站所處位置的不同，二次供水系統方案采用“無負壓泵站+水池調蓄+變頻供水”形式。泵站考慮供水時變化系數大的特點，在水泵的選用上選擇安全、可靠、運行平穩的水泵，并采取變頻調速措施，滿足不同用水量的需求。

3.2 高位水池設計

由于某高校位于S市的最東端，屬于市區供水管網的末端，供水管道單一，但其卻肩負著學院近3萬師生的飲水需求，供水安全性尤為突出，因此業主方面特別強調必須在供水工藝中額外增加高位水池的容量，以確保學院的供水安全。

在高校高處（現B園附近圍墻北側）新建山頂高位水池一座，由三個尺寸為B×L×H=19.5m×27.3m×4m的矩形蓄水池構成，有效容積為6000m3，占地面積約1600m3，地坪標高約125m。水池規格滿足設計相關規范，參考國家標準圖集《矩形鋼筋混凝土蓄水池》（05S804）。

3.3 泵站參數計算

3.3.1 無負壓加壓泵站設計給水流量

根據某高校提供的校園給水管網現狀情況分析，擬從室外DN500給水管上接出一根DN250管進入無負壓加壓泵房，管網流速按照經濟流速取1.4m/s時，泵房接入管的流量約250m3/h，特選無負壓加壓泵站流量：250 m3/h。

3.3.2 變頻供水設備流量計算：

計算公式如下：

Q—小時用水量

q0—最高用水日的用水定額，按表3.1.9[3]取用，取120L/d

N0—用水總人數，近期按15000人計算，遠期人數按32000計(校區擴建后總用水人數)

Kh—小時變化系數，取2.5

T—用水時數（h），取24

帶入數據得：帶入數據得近期Q=190m3/h、遠期Q=400 m3/h。

3.3.3 系統揚程計算

加壓泵站所需壓力

Hb≥（Hy+Hc+∑h）-Ho

其中：Hb—水泵滿足最不利點所需水壓[4]；

Hy—最不利配水點與引入管的標高差（從室外地坪算起）；

Hc—最不利點配水點所需流出水頭；

Ho—市政最小水壓；

∑h—泵房與最遠建筑物間管線的水力損失，含沿程水頭損失hf和局部水頭損失hd。

①無負壓揚程計算

無負壓泵房地面高程92m，高位水池地面高程125m。市政管網壓力約0.15MPa。無負壓至高位水池管長L約為1000m。

給水管DN250,v=1.426m/s，i=0.0131

Hy=125-92=33m

hf=il=0.0131×1000=13.1m

hd=20%hf=0.2×13.1=2.62m

h水池≈3.8m h富余=2m

∑h=hf+hd+h水池+h富余=21.52m

Ho（市政壓力）=15m

揚程：Hb=Hy+∑h-Ho=33+21.52-15=39.52m，揚程按結果取整為40m。

②高位水池泵站揚程

最不利供水高度為137m，最遠距離約長1200m。

給水管DN300,v=0.747m/s，i=0.00319

Hy=137-125=12m

hf=il=0.00319×1200=3.828m

hd=20%h1=0.2×3.83=0.77m h富余=2m

∑h=hf+hd+h富余=6.6m

揚程：Hb=Hy+∑h=12+6.6=18.6m，揚程按結果取整為20m。

3.3.4 設備參數

①無負壓給水泵站

1、泵站設計規模：泵站設計規模Q=250m3/h。

2、揚程：采用補償式疊壓供水設備，進水管道設計壓力為15m，設計離心泵揚程為40m。

3、泵房位置：泵站選址于現西區泵站取水口旁空地處。

4、設備選擇：采用補償式疊壓供水設備，其中設備含水泵4臺、補償罐一座。

泵型號：Q=90m3/h，H=40m，N=19kw。數量4臺（三用一備）。

補償罐型號：容積2.8m3。

外電源：供電為二級負荷，一用一備兩路電源引入。

②變頻供水泵房

1、泵站設計規模：泵站設計規模Q=190m3/h，揚程20m。

2、泵房位置：泵站選址于西區丁香苑以東現東南園附近圍墻北側。

3、設備選擇：采用變頻供水設備，配隔膜氣壓罐一臺。

泵型號： Q=100m3/h，H=20m，N=11kw。數量3臺（兩用一備）。

氣壓罐型號： 總容積750L。

外電源：供電為二級負荷，一用一備兩路電源引入。

4、備注：遠期流量400m3/h。考慮使用變頻穩壓設備，預留遠期泵組位置。

3.3.5 給水方案設計

根據給水系統現狀并結合用水量計算結果，總體方案采用“無負壓泵站+水池調蓄+變頻供水”形式，具體方案為從市政給水管網引一條DN250給水管至西區泵站取水口旁空地的無負壓泵房，經加壓后由DN250給水管輸送至西區A苑以東,現B園附近圍墻北側的高位水池，再通過給水加壓泵組輸送至西片校區建筑物，詳見圖1給水管道總平面圖、圖2無負壓給水泵房工藝圖、圖3高位變頻供水泵房工藝圖。

圖1 給水管道總平面圖

圖2 無負壓給水泵房工藝圖

圖3 高位變頻供水泵房工藝圖

具體工程內容為：

①無負壓給水泵站一座，設計規模Q=250m3/h，揚程40m；選址在現西區泵站取水口旁空地，泵房用地面積250m2，建筑面積約60m2，地坪標高約92m（黃海高程，以下同）。②在西區A苑以東,現B園附近圍墻北側新建山頂高位水池一座，由三個尺寸為B×L×H=19.5m×27.3m×4m的矩形蓄水池構成，有效容積為6000m3，占地面積約1600m2，地坪標高約125m。

③在高位水池北側新建西區管網變頻供水泵站一座，近期設計規模Q=190m3/h，揚程20m，遠期規模Q=400m3/h，預留遠期水泵基礎位置。泵房包括設備間、監控室及工具間，建筑面積約80m2，地坪標高約124m；泵房及高位水池用地面積3154m2。④新建二次供水管網系統4313m，從市政給水管網引一條給水管至無負壓泵房，經疊壓后輸送至高位水池，再通過給水加壓泵組給西片校區建筑物供水，給水管徑DN100—DN300。二次供水管網DN300管長約945m，DN250管長約1186m，DN200管長約1830m，DN150管長約17m，DN100管長約335m。

4 結語

隨著某高校發展的日益加快，學校規模不斷地擴大，原有的供水系統已經不能滿足學校發展的需求。為解決某高校的供水不足、二次供水管網不完善等問題，提出二次供水方案。在接到任務后，單位成立專項設計小組，多次到現場進行調研，詳細了解學院內的管網現狀，在聆聽業主的具體要求后，針對管網路由、無負壓供水設備選型等兩大重點內容進行了深入的研究分析。

為確保學院的供水安全，設計小組在供水工藝中額外增加高位水池的容量，并本著合理設計，節約投資的原則，對供水工藝的各個關鍵節點進行復核，并對多個不同的設備供應廠家進行咨詢。研究認為，在高位水池能確保供水安全的前提下，輸水管路上的兩座無負壓泵房的供水安全性可適當降低，通過采用定時提升和低峰期抽水的策略，解決高峰時期學院供水與外單位供水搶水、形成管道負壓的矛盾，緩解了該片區的市政供水壓力。二次供水系統建成運行至今，節能節水效果顯著，改善了校區的供水水質，保障了用水安全，對國內其他高校或者小區管網改造工程設計具有一定的參考意義。