無負壓供水在建筑給排水中的應用

張東需

（山東太航建筑設(shè)計有限公司菏澤分公司，山東 菏澤 274000）

無負壓供水技術(shù)一般指無負壓變頻供水，也叫變頻無負壓供水，是直接連接到供水管網(wǎng)上的增壓設(shè)備。傳統(tǒng)的供水方式離不開蓄水池，蓄水池中的水一般由自來水管供給，這樣有壓力的水進入水池后變成零，造成大量的能源白白浪費。無負壓供水設(shè)備是一種理想的節(jié)能供水設(shè)備，它是一種能直接與自來水管網(wǎng)連接，節(jié)能效果好，沒有水質(zhì)二次污染的二次給水技術(shù)。

1 無負壓供水技術(shù)概述

當前我國很多建筑工程都應用了無負壓供水技術(shù)，因為其在很多方面都具有優(yōu)勢，所以其在建筑工程領(lǐng)域有著極大的發(fā)展空間。對于無負壓供水技術(shù)而言，變頻技術(shù)在其中發(fā)揮著重要作用，借助變頻式無負壓供水設(shè)備能夠進一步提升供水管道壓力。傳統(tǒng)供水方式需要在特定水壓條件下才能進行水池注水，之后則需要依靠蓄水池進行供水，而這一供水過程不僅需要入水壓，還需要出水壓，在這兩種壓力下才能完成供水，但也會導致能源的浪費，而且難以達到節(jié)能環(huán)保要求[1]。在技術(shù)越發(fā)成熟的影響下，無負壓供水技術(shù)的應用變得越發(fā)常見，應用該技術(shù)能夠直接和供水管相連，利用特定壓力就可以進行供水，而且不再需要依靠蓄水池，這樣就可以規(guī)避這方面的能源消耗。無負壓供水是以市政管網(wǎng)為水源，充分利用市政管網(wǎng)原有壓力，形成密閉的連續(xù)接力增壓供水方式，其節(jié)能效果好，而且沒有水質(zhì)二次污染，是變頻恒壓供水的發(fā)展和延伸。

對于建筑工程而言，如果運用了無負壓供水技術(shù)還需要借助穩(wěn)壓式補償技術(shù)，以此來實現(xiàn)供水管道壓力的穩(wěn)定，在供水過程中還需要借助智能化控制技術(shù)進行相應參數(shù)和流程的控制，以便可以確保連續(xù)性供水。應用無負壓供水系統(tǒng)以前，專業(yè)人員設(shè)定穩(wěn)壓值往往會根據(jù)實際情況進行，一般就是建筑工程供水環(huán)境，之后為了防止出現(xiàn)供水管道壓力過大的情況，則會應用微變頻技術(shù)，借助該技術(shù)實現(xiàn)水壓調(diào)節(jié)。無負壓供水系統(tǒng)的運用比較適合應用真空補充技術(shù)，這樣才能實現(xiàn)供水管道的封閉式連接，而且可以防止其他雜質(zhì)進入。進行實際供水時一般都會對供水管道阻力進行24 小時監(jiān)控，如果發(fā)現(xiàn)供水管道阻力過大或是水流量過大就需要及時進行調(diào)整。

2 無負壓供水原理

應用無負壓供水設(shè)備能夠?qū)υO(shè)備和供水管網(wǎng)進行緊密相連，這樣就可以充分利用市政供水提供的壓力，而且可以構(gòu)成疊壓式串聯(lián)供水系統(tǒng)，通過管控管網(wǎng)壓力可以將其控制在合適范圍，使其能夠不小于保護壓力，所以無負壓供水設(shè)備非常適合用在二次加壓型供水過程中。但應用無負壓供水設(shè)備時一定要注意創(chuàng)造良好的運行條件，以免出現(xiàn)負壓情況，同時可以避免市政管網(wǎng)系統(tǒng)運行受到干擾，主要就是來自供水機組的干擾。其實應用無負壓供水設(shè)備可以為用戶提供穩(wěn)定、可靠的供水，而且并不會對周邊其他用戶的用水造成太大影響[2]。無負壓供水設(shè)備有很多種，比較常見的主要有兩種，一是箱式供水設(shè)備，二是罐式供水設(shè)備，當前還出現(xiàn)了更加先進的無負壓供水設(shè)備，其還應用了機電自控技術(shù)，是對供水系統(tǒng)進行進一步改進后的產(chǎn)物，其主要具有三種形式：第一，穩(wěn)流模式。如果市政供水管能力不夠，需要利用真空抑制器從外部補充空氣，隨著空氣的流入，就可以有效控制負壓出現(xiàn)，為了更好地穩(wěn)定水泵工作狀態(tài)，還需要使用液位控制裝置。第二，自控限流。當市政供水管網(wǎng)能力不夠時，壓力傳感器會發(fā)出提醒，這時就需要采取措施來確保水泵不超量取水，等到放管網(wǎng)壓力有所改變，在達到正常值后系統(tǒng)就可以繼續(xù)正常運行。第三，壓力控制。當市政供水管網(wǎng)能力不夠時還需要應用恒壓供水系統(tǒng)，等到壓力有所改變，變到和正常值相差無幾時，系統(tǒng)就可以繼續(xù)正常運行。

3 無負壓給排水系統(tǒng)的設(shè)計意義

3.1 可以實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保目標

對于建筑給排水而言，節(jié)能環(huán)保一直都是其想要達到的重要目的。城市供水管網(wǎng)是為城市居民提供水資源的重要途徑，其往往存在一定壓力，所以對其進行設(shè)計時往往非常注意考慮城市供水水量，還會注意結(jié)合城市供水水壓，而且需要對這兩方面條件進行充分利用。設(shè)計多層建筑先會考慮直接供水，如果供水管道難以達到這個目標，就需要設(shè)計自來水箱。為了更好地滿足用戶用水需要，城市供水一般都會使用分流變頻泵，所以就需要設(shè)置水箱，而這又導致了水資源和壓力的浪費，并且長期使用水箱，還會不斷增加這種浪費，然而應用無負壓供水就可以解決浪費問題，這是因為其會直接利用城市供水壓力，所以可以實現(xiàn)節(jié)能目標[3]。

3.2 可以更好地保障水質(zhì)安全

基于維護和通風需要，一般水箱的供水方式都不會太復雜，而這就導致很容易出現(xiàn)二次水污染。雖然建筑給排水設(shè)計規(guī)范中對自來水更新周期進行了規(guī)定，還對消毒設(shè)備的應用提出了明確要求，然而受到多種原因的影響，如，維修水平比較低、物業(yè)管理水平不高等，發(fā)生二次污染的概率還是非常高的，而且難以保障水質(zhì)安全。但是應用無負壓供水卻可以有效降低水質(zhì)二次污染的出現(xiàn)，從而能夠更好地確保水質(zhì)安全。

4 建筑給排水中無負壓供水技術(shù)的實現(xiàn)路徑

4.1 應用前的準備工作

因為高層建筑高度比較高，如果只是單純依靠市政供水壓力是難以滿足高層用戶用水需要的，從而導致供水不足的出現(xiàn)，如果可以應用無負壓供水技術(shù)就可以對建筑內(nèi)部給排水系統(tǒng)進行改進。但應用該技術(shù)之前還需要做好準備工作，首先需要對區(qū)域內(nèi)水管網(wǎng)道的供水范圍進行研究，確保可以實現(xiàn)平穩(wěn)供水，其次需要確定水泵安裝地點，還要統(tǒng)計住戶數(shù)量，明確供水點和穩(wěn)壓值，以便可以營造良好的用水環(huán)境。完成上述準備工作后，相關(guān)人員就可以進行理論性計算，并根據(jù)計算結(jié)果設(shè)定相應的執(zhí)行方案，確保用戶可以正常用水，而且不會造成太大的能源消耗。等到確定應用的技術(shù)后，還需預估硬件設(shè)備需要的成本，在不影響正常供水情況下實現(xiàn)最大的利用率，同時需要嚴格檢查設(shè)備質(zhì)量，以免后期出現(xiàn)設(shè)備質(zhì)量問題，并因此影響到建筑供水系統(tǒng)正常運行。我國對于無負壓供水技術(shù)的應用還不夠成熟，進行設(shè)備設(shè)計時相關(guān)人員可以引入先進技術(shù)，以便可以實現(xiàn)原有設(shè)備的改進，同時還可以學習國外這方面的先進經(jīng)驗，進一步提升設(shè)備利用率。

4.2 應用中的注意事項

進行無負壓供水系統(tǒng)建設(shè)時需要嚴格按照《建筑給排水設(shè)計規(guī)范》實施，尤其是建設(shè)選型流程的設(shè)計，同時需要進行運行分析、節(jié)能分析，以便可以讓建設(shè)工作能夠有序、順暢進行。通常而言，供水系統(tǒng)并不是一成不變的，而是需要根據(jù)實際情況的改變而改變，如，自來水進水量、住戶實際用水量、樓層高等，這些實際情況不同，需要采用的工程選型計算方法也是不同的，設(shè)計方進行計算時一定要充分考慮實際情況[4]。運行分析涉及很多方面，不僅包括新建供水設(shè)備運行分析，還包括供水系統(tǒng)運行狀況分析，同時包括清理維護流程。通過上述分析可以幫助相關(guān)人員更好地了解供水系統(tǒng)運行情況，對于各個環(huán)節(jié)運行情況的了解也會更加精準，這樣就可以為方案優(yōu)化提供有效參考。至于節(jié)能分析，則需要先了解供水網(wǎng)情況，之后還需要掌握新舊供水系統(tǒng)能耗，對兩種結(jié)果進行對比，這樣就可以了解無負壓供水技術(shù)的優(yōu)勢。研究發(fā)現(xiàn)，相比傳統(tǒng)供水技術(shù)，應用無負壓供水技術(shù)可以節(jié)約30%左右的能源，甚至有的情況可以達到50%的節(jié)能。

4.3 無負壓供水技術(shù)實施要點

我國無負壓供水技術(shù)應用還不夠成熟，因此相關(guān)人員在選定需要使用的設(shè)備時必須要注意檢查水泵質(zhì)量，同時需要注意要點技術(shù)的應用，至于設(shè)備的選用，則需要注重分析其使用年限，對于其能源消耗也不能忽略，而且需要提前設(shè)定好建筑內(nèi)用水量，還需要制定多套方案，確保設(shè)備使用率。安裝無負壓供水設(shè)備時，因為一些地區(qū)水質(zhì)比較差，所以需要制定凈化方案，以免因為水質(zhì)問題損壞到設(shè)備，縮減設(shè)備使用年限。還有一些用戶因為長期不用水，長期存儲在管道內(nèi)的水也會出現(xiàn)水質(zhì)改變，相關(guān)人員一定要注意分析實際情況，確保水質(zhì)能夠達到標準[5]。應用無負壓系統(tǒng)因為需要抽取外部氣體，以便可以增加管道壓力，但基于設(shè)備周圍氣體環(huán)境問題，也會導致管道內(nèi)水質(zhì)出現(xiàn)改變，為此相關(guān)人員一定要做好具體防護，同時需要安裝相應的過濾設(shè)備，這樣才能營造良好的用水環(huán)境。

5 無負壓供水設(shè)備的設(shè)計應用實例

某一高度為60m 的高層建筑，地上部分為居住樓層，地下部分為人防空間，對該建筑供水系統(tǒng)進行檢測發(fā)現(xiàn)其二次供水系統(tǒng)存在以下不足：一是水箱材料老化，并沒有得到及時更新，外壁存在大量銹蝕，而且還有污水管道直接通過；二是水箱各部位嚴重受損，主要表現(xiàn)在頂棚、底部和內(nèi)墻部分，從而使得供水條件受到嚴重影響；三是使用了鑄鐵變頻水泵，使得水污染概率大幅提升，影響了水資源治療。改造該水箱一定要充分考慮現(xiàn)場空間條件，同時還要注意及時更換各個部件，如，水泵機組、泵房頂棚、泵房墻面等，因為改造存在極大的困難，所以需要比較長的時間中斷供水。對各方面因素進行綜合考慮后最終決定使用無負壓供水系統(tǒng)。

5.1 明確水源

該建筑給排水工程確定使用市政自來水管網(wǎng)的水資源，通過調(diào)查現(xiàn)場情況決定使用管徑為DN100 的連接管道，至于管網(wǎng)供水壓力也需要根據(jù)現(xiàn)場情況決定，最終決定將其控制在0.25～0.30Mpa 范圍內(nèi)，管網(wǎng)水力條件則需要保持平穩(wěn)，而且該建筑消防給水系統(tǒng)是獨立的，其和生活給水系統(tǒng)并沒有合并。

5.2 調(diào)查用戶用水情況

設(shè)計該建筑給水系統(tǒng)需要先調(diào)查用戶用水情況，如，每天白天最大水量、最不利供水點標高、每小時最大用水量等，調(diào)查后發(fā)現(xiàn)這三項數(shù)值分別為115m3/d、11m3/d 和60m，另外還發(fā)現(xiàn)該建筑五層到頂層都需要增加壓力才能正常供水，而且以十三層為分界線，這一層以下到五層的樓層都是中區(qū)，這一層以上到頂層則為高區(qū)。

5.3 制定給水系統(tǒng)布置方案

該建筑給排水系統(tǒng)改造原本計劃一層到四層、五層到頂層分別使用不同的供水方式，前者使用市政管網(wǎng)供水，后者使用水箱加變頻水泵供水。原來的給水系統(tǒng)使用了生活水箱，其一端和市政給水管直接相連，另一端和變頻加壓泵連接，同時還安裝了氣壓罐，而市政給水管則是從地下一層接入建筑泵房，之后分三路和低區(qū)供水管、生活水箱和消防供水系統(tǒng)相連。

5.4 制定改造方案

為了更好地滿足用戶實際用水需要，決定進行給排水系統(tǒng)改造，并提前制定了改造方案。實際改造決定對五層到頂層供水進行改變，變?yōu)闊o負壓設(shè)備疊壓供水，而五層以下的供水方式并不需要改變。為此需要先拆除相關(guān)設(shè)備，如生活水箱、水泵機組等，同時還要建設(shè)配有無負壓變頻給水設(shè)備的生活水泵房間，在原來生活水箱的位置建造即可，無負壓設(shè)備進水端一端和中區(qū)、高區(qū)用戶管網(wǎng)干管相連，其是出水端，另一端和原來生活水箱DN100 進水管相連，其是進水端。

6 結(jié)語

建造工程給排水設(shè)計、使用的技術(shù)等都和建筑物內(nèi)用戶用水息息相關(guān)，能夠直接影響他們的生活質(zhì)量。以往的高層建筑給水都會依靠市政自來水管中的壓力，再加上二次加壓來實現(xiàn)，但是這種供水方式會導致供水污染概率提升，還會產(chǎn)生耗能問題，為了解決這些問題，很多建筑工程給排水系統(tǒng)都應用了無負壓供水技術(shù)。該技術(shù)不僅節(jié)能效果好，而且不存在水質(zhì)二次污染的問題。在建筑工程給排水中應用該技術(shù)不僅要提前做好準備工作，而且還有一些技術(shù)實施要點需要特別注意，所以需要對該技術(shù)的實際應用進行研究，這是一項有著重要現(xiàn)實意義和社會意義的工作。