自动增压设备在城市供水管网中的应用探究

张瑞娟

摘 要：现阶段国内多数城市使用的供水增压方式以水池联合水泵为主，这种增压方式虽然具有操作方便的优点，但是长期使用也容易产生水质污染，且造价成本较高。本文提出了一种基于信息技术的智能化自动增压设备，可以自动感应供水管网中水压的大小，经信息反馈后自动调节水泵运行功率，不仅减轻了人工操作压力，而且避免了资源浪费，符合当前城镇化建设中“绿色节能”的理念。

关键词：城市供水管网；自动增压设备；工作原理；应用分析

1 引言

新技术、新设备的投入使用，为城市基础设施建设提供了诸多便利。基于信息控制的自动增压设备，实现了根据市政管网和用户管网压力信息自动控制水泵启停和变频调速，在满足城市正常供水的基础上，节约了能源。

2 自动增压设备的结构组成

市政供水管网中自动增压系统的主要组成设备有以下几种：（1）水泵，通过变频调速为建筑供水系统提供压力，并可以根据计算机智能控制对水量、水压进行动态调节；（2）储能罐，市政供水管网与建筑用水系统直接的连接装置，同时可以发挥压力缓冲作用，减轻在水泵启停或变频调速时对市政管网内部水压的影响，保证区域内市政管网水压稳定；（3）压力传感器，分布在供水管網的前端，用来感知、收集并传递压力信号，为终端计算机进行供水压力调整提供参数依据；（4）控制器，对传感器反馈的压力信号进行处理和分析，然后调用数据库中的指令发布控制信号，控制水泵的启停和变频调节。

3 自动增压设备的工作原理

城市市政管网的用水压力在工程商可以用周期函数Pt表示，其自变量为时间t。将该函数与用户实际所需用水压力（用函数Py表示）进行比较，若用户用水压力不足即Py>Pt，则表示此时需要为用户进行自动补压，且需要增加的压力值为（Py-Pt），该差值也为一个用时间表示的函数。反过来，当用户所需用水压力Py<=Pt时，表示市政管网压力足够为用户供水，无需增压，水泵暂停工作。为了更加准确地界定自动增压设备的启动和停泵节点，我们引用Pn表示超低压停泵压力值，一般取0.1MPa。同时引用Pm表示水泵启动压力值，且有Pm>Pn。用户用水压力值Py的数值波动一般在0.02MPa上下，用PΔ来表示。图1为自动增压设备的压力控制变化图。

当自动增压系统中的压力传感器接收到一个大于Pm的压力信号后，将该信号反馈给控制器，此时控制器发布开机指令，水泵开始运作。随着市政管网压力的变化，当Pt升至Py时，设备自动停机，由市政管网直接向用户供水；当市政管网压力波峰过后，压力Pt降至Py时，设备又自动开机补压；当市政管网压力降至Pt时，设备自动停机，以避免水泵继续运转使市政管网形成负压，破坏管网，污染水质；当Pt又升至Pm时，水泵又重新启动，变频运行，如此反复。

4 工程应用

某新建居住建筑设计高度23.6m，共8层，本市供水管网的压力稳定在0.22MPa～0.26MPa之间。通过计算可知，该建筑最高供水压力为0.41MPa。在工程设计阶段，拟定了以下四种供水管网的增压方案：方案一，采用传统的增压方式，即综合使用水池、水箱、水泵联合供水，最大的供水压力可以达到0.44MPa，满足该建筑的供水需求；方案二，采用机械增压方式，配套使用水池、水泵，通过水泵变频调速完成建筑供水，其中水泵最大供水压力在0.40MPa，不满足该建筑的供水需求；方案三，采用分压供水方式，将1-4层使用市政管网直接供水，上部的5～8层则选择用水泵供水，减轻水泵运行压力，水泵最大供水压力在0.42MPa，满足该建筑的供水需求；方案四，选择新型智能自动增压设备，水泵压力为0.33MPa，满足该建筑的供水需求。

结合该民用建筑的实际情况，对四种方案进行对比分析。方案一需要修建配套水池、水箱，成本较高；方案二供水压力较小，不能满足建筑顶层的正常用水；方案三供水压力容易受到市政管网压力波动变化的影响。综合来看，选择使用第四种方案，即通过安装自动增压设备，完成对建筑供水压力的变频调节。自动增压设备中配备一台型号为50DL-15的单台水泵，其额定运行公路为5.5KW，整个建筑中共配备有5台同型号的水泵，其中正常运行4台，备用1台。以每天平均工作时间18h计算，整个自动增压设备的全面运行费用可以控制在4.2万～4.5万之间，与普通的“水池+水泵”增压方式相比，每年可节约费用1.5万元，正常投入使用3年后可收回投资。

5 应用效果分析

5.1 经济效益

利用智能化的自动增压设备代替传统的“水池+水泵”增压方式，其主要的优势在于降低了使用成本，便于在市政基础设施建设中大规模推广使用。从该工程的总体设计上看，使用自动增压设备可以节约30%的成本，具体体现在以下几个方面：其一是需要采购的设备减少，基于自动增压设备的城市管网供水模式，不需要重新修建水池、采购水箱，节省了一大笔的投资；其二是建设工期大幅度缩短，自动增压设备及其配套的管网可以直接购买和安装，经调试后直接投入使用，整个施工工期控制在5天之内，节省了大量的人工成本；其三，自动增压设备不需要频繁进行清洁和维护，同时可以自动完成水质检测，也省去了一定数额的维护和清洁费用。

5.2 环保效益

首先，自动增压设备并不是独立的增压系统，而是借助于原来市政管网的一部分供水压力，这样无形中就减轻了自动增压设备中水泵的运行压力，对于节约能源起到了一定帮助；其次，自动增压设备采用集成化系统，本身占用的空间较小。同时水泵自动化的启停还可以加速城市供水管网中水的流动，减少了传统供水环节可能出现的二次污染问题，确保了供水管网中水的质量；

6 结语

现代建筑中高层建筑的规模不断增加，对市政供水管网提出了更高的要求。传统的增压供水方式虽然也能够满足正常用水需要，但是在成本、环保等方面不具备优势。基于信息技术的自动增压设备，可以自动感应水压，并经过信号反馈后自动调节水泵功率，完成动态增压，避免了因为作无用功而造成资源能源的浪费。

参考文献：

[1] 孙守智，刘明波，张国辉.城市直接增压二次供水技术应用探讨[J].青岛理工大学学报，2017（3）：68～71.

[2] 王庆秋.浅谈叠压供水技术在市政给水管网中的应用[J].城市建设理论研究：电子版，2015（23）：131～133.