无负压自来水供水设备施工优化选型研究

池新宇

（山西省工业设备安装集团有限公司，山西 太原 030000）

城市化进程导致高层建筑在城市中占比不断加大，要求自来水供水系统施工必须具备二次加压功能，但传统的二次供水系统对原有市政管网压力利用率偏低，造成能量损失，不利于节能降耗，因此无负压技术应运而生，无负压供水系统利用变频调速、稳流补偿和真空抑制等多种先进技术保证了自来水供水系统的压力恒定，有效防止了二次供水设备对供水管网产生的负压，并且能够提高自来水供水水质，是城市自来水供给领域广泛运用的一项技术，在无负压供水设备施工过程中，关键设备如水泵、补偿罐的选型是确保整体施工性能质量的关键要点，施工单位应该根据现场施工情况和供水负载需求，进行优化选型，以确保系统施工完成后满足设计预期标准。

1 无负压自来水供水系统工作原理分析

无负压供水系统属于二次供水系统，与市政管网相连接，在运行时并不产生负压，同时还能够实现压力稳定和流量补偿功能。常见的无负压供水系统施工主要包括以下设备，有稳压补偿器、真空抑制器、流量控制器、增压泵、变频驱动器、各种压力和流量传感器等。无负压供水设备在市政供水管网的压力基础上进行加压，使供水压力满足供水实际需求，这种技术方案能够有效降低设备投入成本，并且在使用过程降低能耗，具有很强的经济性。无负压供水关键设备增压泵采用变频驱动，自动控制器采集管网实际压力和目标压力进行比较，根据压差来动态控制水泵转速，从而维持供水压力的稳定。当市政管网压力高于供水压力需求时，无负压设备进行停机状态，将直接利用管网压力给用户供水，完全不需要任何能耗。

当增压水泵供水与自来水管网供水达到流量平衡时，真空抑制器可将稳流补偿器与外界隔离，水泵机组可利用自来水压力恒压供水。一旦平衡被打破，真空抑制器使电流稳定补偿器与外界连接。通过稳流补偿器的检测装置，采集稳流补偿器中的真空度和水位信号，反馈给自动控制器，真空抑制器的动作由微机控制，并抑制负压，保证设备在维持正常供水的前提下不会对城市管网产生任何负面影响。

2 无负压自来水供水设备施工选型存在的问题

无负压自来水供水设备的流量与扬程等关键参数不尽相同，如果未能根据实际工况准确进行设备选型，将会对自来水供水系统施工性能和完成质量造成负面影响，常见的设备选型问题主要包括以下几个方面。

2.1 流量计算偏差

供水流量计算是无负压设备选型的主要参数依据，在进行无负压供水系统施工设计时，要充分掌握建筑居民用水的动态变化规律，计算出最优化的流量需求参数。但在实际工程施工的选型过程中，设计施工单位为了满足瞬时最大流量需求来选择水泵，这导致计算设计流量远远大于供水实际需求，一定程度上造成了选型设计的浪费，不但增加了施工成本投入，而且在后续使用过程中水泵设备利用效率偏低，造成能耗增加，经济性较差。

2.2 与主管网匹配度低

在供水系统设备选型时，有些施工单位并未将市政管网水压和管路特征作为选型参考依据，只是单纯通过计算供水设备额定功率来计算水泵扬程和流量，具有较强的片面性，容易造成无负压供水设备与已有的供水管网参数不匹配问题。此外，在施工选型过程中，选型人员随意性较大，缺乏严格的校核和审批流程，导致设备选型准确性不高，也是影响无负压供水系统施工质量的一个重要因素。

2.3 系统内部参数不匹配

在无负压供水系统施工过程中，涉及到的设备选型种类较为多样，包括泵电机、补偿稳流罐、调节水箱、管路材料等，不同设备的选型和施工安装可能由施工单位的不同部门负责，在具体执行时存在各自为政的现象，都是以各自的功能实现为选型依据，未能以系统总体集成设计角度进行设备选型，容易造成各个部件设备参数不匹配，给部件接口安装施工造成一定的困难。

3 无负压供水设备优化选型施工方法

3.1 单台泵选型施工方法

在无负压供水系统施工中，采用单台泵技术方案时一般参照传统的水泵选型方法，在进行选型时重点参照水泵额定转速下的负载能力参数，主要包括水泵在额定转速下的流量和扬程两项参数，但区别于传统供水泵施工选型的是无负压系统水泵在工作时会受到市政供水管路的影响，导致水泵在正常运行时未在最高效率区，造成资源的浪费。因此，无负压供水系统施工中进行单台泵选型时，要引入水泵根据具体的工作范围作为选型参数，首先应该根据水泵额定功率下的流量和扬程对已有的可用厂家提供的水泵数据进行仔细筛选，初步选择参数范围适用于供水工程的水泵，再根据实际运行工况进行参数校核工作，进一步缩小可选水泵范围，在选型过程中，为了提高水泵运行效率，找到水泵最佳运行点，参数筛选标准可以根据以下公式执行：

在3-1和3-2两式中，Q代表水泵流量，H代表水泵扬程，a、b分别代表水泵筛选的流量和扬程阈值，可以初步对水泵性能进行选型，然后在对实际工况点进行校正，在实际工程应用时，可以通过实验数据拟合性能曲线，计算出更加符合实际工况的水泵参数，再根据流量和扬程完成单台泵最终选型。在具体的施工过程中，要注意水泵叶片与电机的同轴度，安装水泵时应按照额定功率选择足够平方数的动力电缆，并尽可能减少电缆的长度，防止电缆长度过长导致的电压损耗，影响水泵输出功率。

3.2 并联泵选型施工方法

由于自来水供水系统设备在运行过程中流量是根据居民用水需求动态变化的，所以为了有效满足居民变化的用水需求，并且能够有效降低供水设备能耗，很多无负压供水系统施工采用多组泵并联的方式，通过控制水泵的多级启停来实现系统的最优化运行。在设备运行时，利用流量传感器实时检测用水流量和供水压力参数，并将测量数据上传到自动控制器中，控制器软件根据供水需求来动态控制投入运行水泵的数量，尽量使已经投入的水泵运行在高效率区域，减少电能消耗。在并联水泵施工选型时，关键要点在于水泵参数的一致性把控，在安装施工前，要对已选的泵分别进行实验，尽可能使并联运行的泵参数相同。通常并联水泵的数量、流量选型标准如下所示：

在公式3-3和3-4中，ns表示所需水泵数量，Q表示水泵流量，c表示水泵流量阈值。在水泵数量选择时，一般应该控制在5台以下，这是由于过多台水泵并联会产生压力不平衡造成供水系统运行效率下降，在流量计算上，可以简单的按照多台并联水泵流量代数叠加的方式计算，从而完成并联泵组每台泵的选型工作。在具体施工时，要尽可能使并联泵安装位置处于同一水平面上，减少不同高度下水压差对泵的影响，同时要尽量保证多台并联泵电源一致性，从而使各台水泵的出力平均。

3.3 无负压补偿罐选型施工方法

为了确保无负压自来供水能力满足需求，同时应该尽可能保证市政管网压力不低于最低服务压力值，确保建筑高层用水不间断，负压供水系统施工时不仅需要安装加压水泵，同时也需要安装无负压补偿罐来稳定供水压力和流量。稳压补偿罐调蓄容积选用时应按流入量和供出量的变化曲线经计算确定，通常建议选用带水箱的无负压来保证供水安全，水箱的容积的取值为用户用水量与市政来水的差量，通常计算得出的箱式无负压水箱容积为自来水日供水量的5%左右最为合理。在补偿罐安装施工时，应该用水平仪对罐体安装地脚进行找平，尽可能使补偿罐内部各点压力平衡，同时要加强罐体和管路连接部分的密封施工，对于有力矩需求的螺纹连接，需要采用专业的带力矩值的安装工具进行安装。

4 结语

综上所述，关键设备优化选型是无负压自来水供水设备施工的关键要点，对提升系统供水效率，降低能耗有着至关重要的作用，供水建设施工单位应针对供水负载工况特点，准确计算供水流量和扬程，并计算出设备优化运行曲线，按照运行曲线对关键设备如供水泵，补偿罐进行优化选型，在满足自来水供水需求的同时降低系统能耗，节约电能资源，从而提高自来水供水设备的可靠性和经济性。