自来水二次供水节能改造技术研究与应用开发

上海麦玺隆机械科技有限公司 聂建平 林后防

1 概述

传统的二次加压供水方式是先将市政自来水贮存到低水箱，然后通过二次加压泵站将水供给到用户，以得到所需的流量和扬程，满足用水要求。低水箱内的水来自市政管网，其水压大多在0.16 MP a以上。把带压的自来水放入贮水池得到无压水，再经设备加压送到用户。在这个进水过程中，市政管网的水直接处于泄压状态，可导致管网压力降低；且由于管理不善，水池、水箱缺乏定期的清洗，二次消毒不及时，已直接影响了供水卫生，甚至会产生严重的水质污染事故(如出现红线虫、绿藻等)。传统二次加压供水方式存在投资大、水资源浪费和电能源浪费的问题。

智控无吸程叠压供水设备(以下简称“设备”)可以对市政水直接进行叠压加压供水，从而避免了能量的无谓损失。本“设备”采用全不锈钢泵体，安装于304不锈钢制作的全密闭不锈钢容器罐内。充分利用市政水压力，选用不锈钢无吸程潜水泵，因此避免了普通水泵吸程的能耗，从而使其扬程大大增加，供水能力提高。市政水在密闭环境运行，与外界无接触，并减少污染，降低能耗，以达到节能降耗目的。依靠罐内流动的水对电机进行散热冷却，电机运行时异常安静，解决了电机噪音问题。在水泵的降噪、节能和防潮方面都有着传统供水水泵不可比拟的优势。该“设备”实现了节能、环保、卫生、安全的运行效果。

2 国内现状

现在国内通用的传统变频恒压供水设备基本上采用低水箱加恒压变频泵，这种供水方式可在低水箱水位降低时，市政水随时为低水箱进行补水。低水箱贮存自来水管网的水后，再经泵组加压供水，这样并不能起到用水高峰期削峰填谷的作用。

现在已经有很多相关专业技术人员发现了这种低水箱加变频泵加压方式的弊端，于是他们设计一种直接联在管网上对管网水增压的泵组，并依此生产了一些产品，但是这些产品有一个相当大的缺点，泵组运行不稳定，运行耗能稍高，出水压力波动较大，并且影响到管网的压力。

传统恒压变频供水设备与智控无吸程叠压供水设备供水方式对比见图1、图2。

图1 传统恒压变频供水设备流程示意图

图2 智控无吸程叠压供水设备流程示意图

3 智控无吸程叠压供水设备基本原理

智控无吸程叠压供水设备的创新性在于利用能量叠加原理，对管网带压水直接增补压力。市政管网中的自来水是带有压力的水，如果利用“设备”对市政自来水加压,则由于能量的叠加作用，水泵的机械能转化为水的压力实现了直接增补。

智控无吸程叠压供水设备具有直接增压的优点，并且克服了目前供水设备中存在的问题。自来水进入无负压罐体，经罐体内部的泵体叶轮加压，泵体为潜水电泵，其本身无吸程，因此避免了普通水泵吸程的能耗，并通过设置在泵口的涡流导向节能器，通过矫正泵口紊乱的涡流状态而减少水泵出口的阻力，从而提高水泵运行效率，使其扬程大大增加，以达到用户用水的需求，并且不会影响市政供水管道的压力。维持水泵的扬程和流量有一个合适的比例关系。利用P L C可编程控制器配合变频器进行控制，“设备”采用闭环压力反馈使泵组进行全自动运行。由于水处于一个封闭系统内，根据用户用水量的大小增减水泵运行频率，以保持供水压力恒定，且自来水供水管网的压力不受影响。“设备”在市政管网水压发生波动下降时会自动降频降压运行，市政管网断水时“设备”会自动停机保护。

该“设备”采用全密闭结构系统，彻底杜绝了地下水箱的跑、冒、滴、漏等浪费水资源的现象，同时也节省了定期清洗水箱时造成水资源的浪费及用户停水现象。“设备”可多台同时并联使用，“设备”组合、控制及维护更加方便。每台“设备”单独配有无负压罐体，单台“设备”可循环停机检修维护，维修时不需停水，对用户供水不构成影响。

“设备”任何组件出现任何故障时，都不会影响正常供水，系统自动监测故障报警，并自动跳越故障“设备”，运行正常“设备”，待故障消除后，“设备”即可自动投入运行。

4 用户使用案例

上海市某小区，最高为1 1层建筑，共有住户6 3 8户，采用低水箱加水泵恒压供水，由一路DN150管道供给低水箱作为水源，浮球阀控制低水箱水位，水泵采用DL系列水泵。

该小区设计最大流量为55t/h，平时管网提供压力为0.2MPa，需增补扬程32m，以保证出水压力达到0.52MPa。选用两台智控无吸程叠压供水设备MXL60-55-2，这两台“ 设备”在流量60t/h时，可增补扬程35m。

无吸程叠压供水设备投入运行前，顶楼用户偶尔会发生断水现象，水压较低，“设备”投入运行后，24小时保证所有住户的用水要求。平时只是一台设备在运行，根据用户用水变化，调整“设备”运行频率，以保障供水需求。单台“设备”功率为7.5kW，效果良好。

为验证本设备对管网的影响程度，在自来水进水管道上装一块压力表，在设备投入运行前后，压力表数值稳定在0.2MPa左右一个很小的区域，上下波动不超过0.01MPa。

选用智控无吸程叠压供水设备比传统的利用调节水池的设备，有很多优点：

1）初期投资少、无水池、不用消毒、安装费用少。

2）运行费用低，机组耗电少。

3）不锈钢设备主体，供水卫生，无二次污染。

4）对市政管网的影响小于低水箱加变频泵设备。

5 效益分析

按上述案例来说明这种“设备”的经济性和优越性。

1）低水箱加变频泵供水设备方式

配4台80LG58-15*4水泵，功率11kW/台，贮水池为不锈钢结构，200m3。

（1）建造低水箱，容积200m3，不锈钢结构，造价为265000元；

（2）建造泵房（地下式）9m×6m×3m(L×W×H)，造价为296000元；

（3）水泵设备总价为58000元；

（4）消毒设备，臭氧发生器75g/h，总价56000元；

（ 5）占地400m2，不作价；

（6）安装费约10000元；

共计造价685000元。

2）选用2台智能无吸程叠压供水设备方式，功率7.5kW/台。

（1）不设低水箱；

（2）利用原有建造泵房（地下式）9m×6m×3m(L×W×H)，造价为296000元；

（ 3）“ 设备”MXL60-55-2，含控制系统，造价约为148000元；

（4）无需消毒；

（5）占地极小；

（6）安装费约计5600元；

共计造价449600元。（含原泵房建造费用。如新建项目，泵房面积可减少一半以上，且不用建造水池用房，泵房建设费用可节约75%以上）

3）运行费用

以上述项目为例，原设备为低水箱加变频泵供水设备，选用水泵4台，功率为11kW/台 。根据其2010年6月至2011年5月的缴费清单，12个月共计电费52938.60元(电费单价：0.617元/kWh)，平均每月的设备耗电金额为4411.55元。

该小区从2011年8月份将供水设备改造成智控无吸程叠压供水设备，新设备的运行电费有明显降低，根据其2011年10月到2012年9月的缴费清单，累计12个月的电费为16807.00元 (电费单价：0.617元/kWh)，新设备平均每月的耗电金额为1400.58元。

4）综合以上计算,对比分析如下:

（1）初次投资：智控无吸程叠压供水设备是低水箱加变频泵供水设备的65%；

（2）运行费用：智控无吸程叠压供水设备是低水箱加变频泵供水设备的32%；

（3）占用土地：如新建设备供水泵房，智控无吸程叠压供水设备比低水箱恒压变频供水设备占地面积减少75%以上（含贮水池占地面积）

（4）使用寿命：智控无吸程叠压供水设备寿命比贮水池恒压变频供水设备使用更长。

由以上分析可知，智控无吸程叠压供水设备与传统供水设备相比，能节省大量的初投资和运行费，节约能源，并且环保卫生，其经济效益和社会效益十分显著。

6 结论

智控无吸程叠压供水设备是一种在原市政自来水压力基础上再加压的技术，它突破了以往只能对无压水进行加压的误区，并且通过对流体流态的控制节省了设备运行的能耗，不对管网产生压力影响。智控无吸程叠压供水设备在用户前端安装，可解决自来水由于管网限制不能送到用户的问题，满足远端和高地势用户的需要。设备运行稳定，出水压力波动较小，并且不影响相邻管网的压力。可广泛应用于自来水管网的直接增压，具有极大的经济效益和社会效益。