市政水压在高层建筑生活给水系统中的合理利用

李志阳

摘 要：传统的加压供水方式，通常是将城市供水直接放入水池，水泵再从水池吸水，带来的问题是市政余压浪费，并且水池泵房一般置于地下室，浪费的余压少则150kPa，多则350kPa甚至更高，所有需二次加压的工程累计，这部分能量损失是相当可观的。鉴于此，本文探讨了市政水压在高层建筑生活给水系统中的合理利用。

关键词：市政水压 高层建筑给水

一、目前高层建筑给水现状

目前我国城市自来水的压力在非高峰用水时，一般市政给水管网压力均在0.15～0.35MPa，此压力值能满足低层和多层建筑的给水要求，但满足不了高层建筑的需要。由于国家规定城市供水条例“禁止在城市公共供水管道上直接装泵抽水”。由于市政供水存在一定的余压，高层建筑在进行供水分区时，应充分利用市政给水管网的可用水头，直接对高层建筑下面几层供水，对于节能和安全供水都是十分有利的，它可以节省很大一部分提升水上楼的能耗，因为高层建筑中用水量大的部门，如公共浴室、洗衣房、汽车库、餐厅、美发厅等一般都在建筑的下面几层，这部分用水量占建筑物总用水量相当大的比例。但是对于市政给水管网压力不能满足的建筑高区部分的用水，还是需要将市政给水引入储水池或水箱，再加压供水，同样会造成能量的浪费。因此，不少供水设备厂家经过深入研究，研制出了无负压变频供水设备。

二、无负压给水系统在高层建筑给水中的引入

1.无负压给水系统概述

传统的城市供水系统把从给水厂送水到用户水龙头的全过程分为一次供水和二次供水两个相对独立的系统，而无负压供水系统是将二者结合成为一个整体的系统，变二次供水为一次直接供水到户。无负压给水设备则是该系统可以使用的设备。无负压自动供水设备是指直接连接到供水管网上的增压设备或可称为管网增压供水设备、管网直接加压供水设备等。无负压自动供水系统的主要优势有：

①与自来水管道直接串联，充分利用室外市政给水管网的水压，可以减少水泵的扬程，自来水压力能满足供水要求时，通过设备的旁通管，直接由自来水供水，设备停止工作。节能效果明显，设备运行费用低，经济效果明显。

②省去水箱、水池等设施，节省建筑物内用的空间，简化给水系统设计。

③取消水箱等储水容积，减少生产二次污染的环节。

④传统的二次加压供水方式，存在建筑内停电即停水，无负压管网增压稳流给水设备停电时可通过旁通管，直接利用自来水压力部分供水。

2.无负压给水系统的组成

无负压管网增压设备主要由稳流补偿器，真空抑制器、压力传感器、变频供水泵和中央控制器组成。稳流补偿器为一承压水罐，直接与市政供水管网相连接，起到蓄水和稳压作用；变频泵根据压力传感器传出的压力信号，由稳流补偿器进水进行二次加压，为用户供水；真空抑制器根据稳流补偿器内的压力自动控制启闭，平衡稳流补偿器内压力使之不产生负压，从而避免水泵与管网直接连接运行时对管网内其他用户供水压力产生影响；中央控制器可对系统内各部分压力、流量信号进行分析计算，对真空抑制器和供水泵发出控制信号。设系统（图1）所接供水管网入口压力为P1，用户侧需要的供水压力为P2，稳流补偿器内的压力为P0（忽略稳流补偿器内液位不同所造成的压差），设备的进水量为Q1，向用户的供水量为Q2，则P1－P0＝SQ12，P0＝P1－SQ12，P2＝P0+△h，式中S——设备入口管段的管道阻力特性系数；△h——供水泵的扬程（水泵连接段管阻力忽略不计）。对于二次加压系统，在大多数情况下供水管网的进水压力低于用户侧需要的供水压力即P1＜P2，此时供水泵变频调速运行，维持设备供水出口压力始终为P2。1）当用水量Q2为0时，P0＝P1，此时水泵维持最小转速，水泵扬程△h＝P2-P1；2）随着用户用水量的增大，稳流补偿器内的压力P0由P1开始逐渐减小，但始终大于大气压力即0＜P0＜P1，此时水泵扬程△h＝P2-P0＝P2-P1+SQ2，设备的进水量Q1随着供水量Q2的增大而增大，且始终保持Q1＝Q2；3）若某个时间用户的用水量短时间内超过QA增大至QB，稳流补偿器内的压力开始有进一步下降的趋势，此时控制器发出信号，真空抑制器开始工作，维持稳流补偿器内的压力P0＝0，从而避免负压产生。因此时进水量仍保持为QA且QA＜QB，稳流补偿器内水位开始下降，当达到最低水位时，控制器发出信号，水泵停止运行同时发出报警信号。若稳流补偿器内有效体积为V，则这一供水过程最大可持续时间T＝V/（QB-QA），因此在QB流量下供水持续时间超过T时，供水设备将停止运行出现断流，等到稳流补偿器第二次充满水时，才能恢复运行。

3.无负压给水系统的适用范围和设计方法

无负压给水系统的流量范围为：1～10000m3/h，压力范围0～2.5MPa，压力调节精度≤0.01MPa，环境温度0～40℃，相对湿度90%以下（电控部分），电源380V（1±10%）、50HZ±2HZ。控制方式：单台或多台并联，出口变压或恒压。工频启动方式：电机功率≤15kW直接启动，电机功率＞15kW降压启动。操作方式：变频自动、工频手动，无负压自动供水系统设计适用于市政自来水管网压力不足地区的二次加压供水。在设计中，变频调速水泵的出水量应按给水系统的设计秒流确定；水泵扬程计算时应考虑利用室外给水管网的最小水压，由于室外给水管网的水压昼夜、四季的变化，为了防止超压情况的发生，应按室外给水管网的最大水压叠加水泵的扬程值，核定水泵出口处的最大压力，考虑是否对管道的配件和附件造成损害。

4.无负压给水设备管网准用的技术条件

管网之所以要有限制性地准用无负压设备，是因为该类设备的使用，会涉及到管网供应能力、管网运行安全和水质安全等三个方面。所谓准用技术条件，也就是管网对设备接入的技术要求或技术规范，在设备性能和使用环境可以满足以下三项要求时允许其接入管网使用

①应在管网限定的流量下运转，不得超量取水直接加压供水，取消了水池、水箱，失去了储水调峰的中间环节，用水高峰流量直接由管网供给，使管网高时流量和时变化系数增大。势必要求水厂提高送水压力以达到管网末端服务压力。但水厂供水压力的提高会引起电耗增高、供水成本加大、漏水率上升、管网布局不合理以及管网运行调度不及时等一系列连锁反应。在这些课题尚无定论的时候，只能是在基本上不改变供水现状和格局的限定条件下扩大直接供水范围，即可先利用当前管网的富裕水头、冗余的供水能力来扩展直接供水范围，根据管网能力有选择、有限制地使用该类设备。

②应具有防止负压、压力振荡及回流的有效功能管道中出现负压和随之而来的气囊、气阻、压力振荡、倒流及水锤等是危及管网安全或产生隐患的重要因素。因此，对直接抽水设备的首要功能要求就是为了保证管网安全而没有负压。

③应符合相关规定在管网上使用的无负压给水设备必须符合国家和地方生活饮用水卫生监督管理办法（条例）及涉水产品安全卫生的有关规定。

三、结语

无负压自动供水设备应用于管网二次加压，可提高供水水质，节能效果理想，运行费用较低，总体上满足节能和生活饮用水安全的要求。在具体工程实践中，需要综合考虑当地市政供水管网的压力和用户实际用水的特征，经过经济技术比较后确定是否选用。

参考文献：

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[2]蔡宇仕．建筑给排水设计节水措施的探讨[J]．山西建筑，2005，（11）