叠压供水在二次供水改造中的应用与分析

郭维剑

(郑州高新供水有限责任公司，河南 郑州 450000)

0 引言

为缓解城市人多地少的压力，建筑工程逐步向高层化、大型化方向发展。随着楼层的不断增高，供水管网压力不断加大。若采用常规二次供水方式，很容易出现供水管网水压不足现象，因此，需要将管网供水引入水池或水箱进行二次加压。在长期实践中，人们发现，这种二次加压方式存在很大弊端，如投资多、占地面积大、施工难度高等，甚至因无法充分利用管网压力而浪费资源或使污染加剧。

叠压供水也被称为无负压供水，该技术依托模糊PID控制理论，能够合理调度若干台水泵，并对供水管网的原有压力进行充分利用，可通过变频调速的模式对水压进行合理控制，进而达到叠压供水的效果。

1 叠压供水的原理

叠压供水是指通过室外给水管网余压进行抽水并增压，最终实现二次供水的目标。传统供水模式往往与蓄水池密不可分，通常情况下，多采用自来水管上的水供给蓄水池，此时有压力的水引入蓄水池之后，水压将归为“0”，进而导致大量水被浪费。叠压供水可以有效克服传统供水缺陷，其与传统供水方法的优缺点对比情况如表1所示。

表1 叠压供水和传统供水的优缺点对比

2 叠压供水技术要点分析

2.1 控制技术

叠压供水系统须进行恒定压力值设置，相比设定压力值，若管网压力过高，压力变送器便可向变频控制柜反馈管网压力，利用直供管路自来水可直接送入用户管网，满足用户供水需求。在市政管网压力产生改变或用户管网用水量变化较大时，此时相比设定压力值，管网压力较低，管网压力通过压力变送器可以向变频控制柜内的PID控制器进行信息反馈，随后按照反馈情况进行变频器输出频率调节，并将水泵机组自动启动及适当调整水泵转速，实现恒压供水的效果。

2.2 无负压技术

叠压供水主要采用的是无负压供水系统，其主要应用技术包括：微机变频技术、负压处理技术；同时，本设备还属于全封闭结构，能够直接串联自来水管网，可减少对管网的影响。

2.3 压力自动补偿技术

按照系统阻力原理，流量增大，系统阻力也将随之增大，两者成正比关系。在用水量较大的情况下，为满足用水需求，必须增加系统扬程，来克服系统阻力。普通供水系统在设定压力时，往往以最大流量为标准，但是，当流量下降后，将会浪费大量能源。叠压供水可以有效解决此问题，可根据用水量的多少，自动调整系统压力设定值，若用水量少，系统运行则会自动设定为低压力值。伴随用水量的增长，根据水力特征，系统设定的压力值也将随之增大，这种压力自动补偿技术，可以大幅降低能源浪费。

3 二次供水改造中叠压供水的应用优势

目前，大量早期城市二次供水设备已呈现出诸多问题，例如老化、陈旧等，这些问题的产生，不仅会影响供水效率，甚至会产生水质安全风险。叠压供水是一种安全、节能、成本低的二次供水技术，将其用于二次供水改造中，具有以下应用优势。

3.1 节约土地，安装简单，节省投资

相比传统二次供水方式，叠压供水不仅对二次供水加压泵选型无太大要求，同时还能合理利用自来水管网一次供水的余压。在占地面积方面，不用设置蓄水池、大型气压罐；安装方面，仅直接连接进出水管；投资方面，工期短、基建少。

3.2 全封闭运行，保证卫生和供水安全

在“自来水管网—用户水龙头”整个环节，叠压供水系统都处于全封闭运行状态，水体不会直接接触空气，可采用食品级不锈钢材料制作过滤部件，消除二次污染的威胁，进一步提高供水安全。

3.3 节能减排效果明显，减少运行成本

相比传统二次供水方法，叠压供水节能减排效果更加明显，叠压供水系统可以直接串联到自来水管网，可以充分利用自来水管网一次供水的压力，换言之，若一次供水压力不足，仅需做适当补充。当用水量不大时，供水设备甚至无需运行，大大降低了运行成本。此外，叠压供水无蓄水池等设施，这样就减少了清洗、检验水质等环节，避免浪费大量水资源。

3.4 自动控制，便于日常管理

在日常管理方面，叠压供水具有自动控制功能，更方便、更安全、更快捷，大幅减轻了日常管理的劳动强度。其主要自动控制功能如表2所示。

表2 叠压供水主要自动控制功能

4 案例分析

某小区为多层建筑，共2 200户居民，属于某国企的家属院。本小区存在的供水问题主要是水量小的情况较为严重，特别是在夏季用水高峰期时段，小区5、6层居民集中反映水量很小，严重影响正常生活。据该区域泵站进出压力某天实时曲线观测，泵站出泵压力全天基本保持在1.6～2.4 kg，仅6:30-13:00，出泵压力有所加大，约2.6 kg。在管线水损失与附近小区集中用水的作用下，到达本小区的市政供水水压将大幅下降。基于现状，为保证本小区供水正常，满足居民生活需求，需要进行二次供水改造。

在对小区调查分析中发现，本小区泵房已处于报废状态，目前被改造成了老年活动场所。此外，本小区供水压力问题属于间歇性情况，若重新安装传统变频设备很不利，一方面场地不充足；另一方面，传统变频设备稳压属于全天模式，将严重浪费资源，因此，该方法并不理想。经调查可知，本小区所在区域上水管线配置较为合理且充足。例如小区西侧位置的上水管线处，水量充足，日常可达到720 m3/h流量，相比本小区168 m3/h流量，要高出很多。

结合上述分析，认为采用管网叠加变频供水技术进行小区供水处理效果更加明显。叠压设备情况如表3所示。

表3 叠压设备规格型号一览表

在正常运行阶段，将0.25 MPa设为日常运行的启动压力，在白天为满足居民水压和用水需求，可设为0.28 MPa，无需启动泵站内水泵，仅通过市政压力供水即可。若市政供水水压在0.25 MPa以下时，则须及时将变频泵开启，在原有市政供水水压的前提下，通过管网压力叠加变频满足供水需求。在运行成本方面，每月此泵站所需电费约为4 000元，小区用户为2 200户，均摊到每一个用户每一个月，仅需电费1.8元，因此，在投资效益方面效果显著。

5 结语

现代化建筑工程正向大型化、高层化、智能化迈进，楼层增加，用水量和耗能量也会随之增加。传统二次供水方法须设置蓄水池，不仅占地面积大，浪费水资源，还会增加水质安全风险。叠压供水是一种高效、节能、成本低的供水方式，将其用于二次供水改造，可有效克服传统二次供水方法的弊端，提高供水效率，满足居民生活用水需求。