无负压变频恒压供水系统在供水改造中的应用

杜春岭 龚卫荣 刘建立

（渤海石油水电服务公司 天津 300452）

1 无负压变频恒压供水系统的组成及选用背景

目前无负压变频恒压供水系统主要由水泵、变频控制柜、稳流补偿器等基本构件组成。对于成套的恒压供水设备，其各个组成部分连接所使用的管道及管件应采用优质的304不锈钢，以满足供水的安全性。

目前市场上的无负压恒压供水设备多种多样，通过不同的方式对供水进行控制，以达到出水口端恒压、进水口端不形成负压的目标。本文主要介绍的是在原供水系统上进行改造，通过供水模式的转变带来更加安全、节能的供水方式。在这里针对原小区利用水池蓄水的二次供水模式进行改造，这种供水方式的流程为：“市政来水——调节构筑物（水池）——泵房泵组——用户”，这种供水模式是较为传统，优点是供水非常可靠，尤其是在城市供水系统相对不是很完善或是缺水地区供水能力受限制的情况下，采用水池蓄水供水可达到保证用户端用水量需求的目标，但是采用水池转供所产生的弊端就是水池中的水会与室外环境通过水池的换气孔接触，这样就无法避免对供水的水质产生影响，而且水池的定期清理消毒与日常抽样检测也耗费了一定的人力财力。随着城镇化进程不断增加，供水系统不断完善，供水质量不断提高，使得许多原先处于管网末端用户的供水能力得到了保证，在这样的条件下选用无负压变频恒压供水系统进行供水就更为经济、安全。无负压变频恒压供水的流程为：“市政来水——全密封不锈钢罐——泵组——用户。”

从原供水方式和无负压变频恒压供水方式的流程对比来看，主要区别有三个方面，一是无负压恒压供水系统直接与市政管网相连，整个流程全密封，不与环境接触，不会对供水产生二次污染。二是利用市政压力进行加压供水，充分利用市政压力，经济节能。三是无负压恒压供水系统对市政管线的压力基本无扰动。鉴于此，我们结合新村供水情况以及滨海新区供水模式特点，对原系统进行改造。

2 变频恒压供水系统的选型计算

2.1 流量

对于变频恒压供水系统的选型，首先应对流量、扬程参数进行确定，因为是对原有小区进行改造，在这里根据工程经验推荐使用理论计算与统计相结合的方法。

首先对所在住宅小区进行的用水情况进行统计，根据小区住宅配置的卫生器具给水当量、使用人数、用水定额、使用时数及小时变化系数按如下公式进行计算出管网设计秒流量

管网设计秒流量：qg=0.2·U·Ng

计算管网设计秒流量后，根据给排水设计手册将未预见水量及管网漏失量、浇洒道路和绿地用水量、消防水量查表计算得出后与管网设计秒流量相加，计算出泵房所需设计流量。

2.1.1 设计流量的实际使用统计

由于是对原有供水泵房进行改造，在设计选型时除了计算理论设计流量，还应参考以往实际用水量情况，如果只按照理论计算进行选型的话，会造成设备选型过大，造成浪费。

根据实际工程案例经验，可以选择近3年内小区中的6000户居民用水量最高的一年中用水量最高的一个月为基础分析数据，在这个月中以每天白天的早6点至晚23点为时段的横坐标，以该时段在这个月中用水量最高的一次数据为纵坐标的用水量制作图表，以确定实际用水量。

2.1.2 流量的确定

在本小区工程改造案例中，对原有泵房进行恒压供水改造，最终计算理论流量为262.31m3/t，实际统计流量见图1

图1

从表中可以看出，实际用量为200m3/h，在设备流量的配比上可以参考这两个数据综合考虑进行确定。理论计算值相对较大，是因为其中包括了消防水量、绿化水量、浇洒道路水量等参数，所以单纯依靠理论计算进行设备选型会造成比较大的浪费，但是考虑到供水的安全性，泵房的供水能力必须能达到理论数值，但日常的运行供水可参考实际统计流量进行选择，如上述情况下，我们选择的水泵为2台100m3/h的单级立式离心泵作为恒压供水系统的主供水设备，2台水泵互为备用，交替使用。选择1台150m3/h的水泵（利用泵房内原有旧水泵）作为备用，在紧急情况下手动启动。由于实际统计中所统计的流量为小时最高用水量，该套系统在改造后实际使用情况时，绝大多数时间是一台泵低频运行就能满足使用需求，所以此种选型方法虽符合用水量需求和设计要求，但在实际运行中仍存在着一定的浪费。

2.2 扬程

在原有系统改造工程中，由于管线的使用情况和使用年限不同，内部结垢情况也无法确定，故在扬程选择时应尽量参照以往实际供水压力。然后用供水扬程的理论计算进行复核，实际选用的供水压力应大于理论计算的压力。对于扬程的理论计算可选择如下公式：

其中：H——建筑内给水系统所需水压，kPa；

H1——引入管起点至最不利配水点位置高度所要求的静水压，Kpa；

H2——引入管起点至最不利配水点的给水管路即计算管路的沿程与局部水头只和，kpa；

H3——水流通过水表时的水头损失，kPa；

H4——水最不利配水点所需的流出水头，kPa；

式中对于H的计算可选择供水范围内的一个或几个最不利点进行计算，计算后取其中最大值为理论计算扬程。

因为恒压供水系统是直接和市政供水系统相连，所以在计算供水扬程时应将市政压力考虑进去。在本案例中，根据近两年供水公司对本小区的供水压力采集分析，白天平均供水压力在2.0Mpa左右。故在确定恒压供水系统的扬程时减去10m扬程后的值作为该系统的工作扬程。

3 稳流补偿器调节容积的计算

稳流补偿器是作为恒压供水系统中非常关键的组成部分，它选择的合适与否直接影响到瞬时流量的调节以及市政管网端与供出管网端的压力稳定问题。稳流补偿器的调节容积可根据下式计算：

式中Vt——稳流补偿器调节容积，m3

Qq——最大出水量，m3/h

Q——允许进水量，m3/h

△T——用水高峰持续时间，h（其大小与用水设计规模、当地用水习惯、用户性质和季节等因素有关，一般可取△T=3~15min）

4 变频恒压供水系统各部分选型配置

在对变频恒压供水系统中的各组成部分进行选型时，根据系统针对的用户用水情况进行选择。在供应生活用水时，对于稳流补偿罐、水泵的过流部件、稳流补偿器和水泵之间的连接管道、阀门、配件等应尽可能选用食品级不锈钢材质。在选择水泵时，应考虑水量、扬程对水泵进行选择，通常情况下，恒压供水系统采用立式多级离心泵较多。

恒压供水系统中，用户的用水量是随时间变化的，变频系统会根据在管网上采集到的压力信号做出反馈，调整变频器输出频率以达到稳压作用，故在泵的配套电机选用时，宜采用带有独立风扇的变频电机。对于流量不断变化，扬程相对固定的情况下，宜选用H-Q（泵性能曲线）曲线平缓型的水泵，且应尽量通过流量统计数据使所选择的泵在其高效区内即设计（额定）工况点附近运行。在本小区泵房改造时，对于高层用户选用的水泵为不锈钢立式多级离心泵，其单台泵流量为25m3/h，扬程为70m，运行后效果良好。

变频恒压供水系统中的压力信号采集装置应在稳流补偿器前进水端及泵组总出水管端安装，在实际工程中，由于需考虑到变频恒压系统后期的调试、参数的调整以及压力信号的校准与观测，宜采用远传压力表或是带有数字显示的压力传感装置。

5 结语

在对石油新村小区三个主要供水泵站进行恒压供水改造后，均达到理想效果，实现了供水的自动化管理并消除了供水二次污染问题。节能效果突出，经将近一年的运行使用，经无负压恒压供水系统改造后的两个泵房，其用电量由原先的日平均100度电左右下降到30度电左右，节能效果均达到60%以上。且两个泵房原有水池全部取消，节省了1600m3的水池清洗消毒费用。经改造后的泵房，供水已实现自动化，供水压力可根据实际反馈压力自动调整，现在泵房已无人值守，节省了人工成本。综上所述，在对原系统进行无负压恒压供水系统改造，有效降低了实际运行成本，且提高了供水的安全性和可靠性。

[1]戚盛豪,汪洪秀.给水排水设计手册第3册[M].北京:中国建筑工业出版社,1986,(12):17-28.

[2]王增长.建筑给水排水工程[M].北京:高等教育出版社,2004,(7).

[3]GB/T26003-2010,无负压管网增压稳流给水设备[S].

[4]李亚峰,李清雪,吴永强.水泵及水泵站[M].北京:机械工业出版社,2009,(7):164-167.