无负压给水改造设计分析与探讨
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摘要：本文结合笔者多年城市供水技术工作实践,首先介绍了无负压供水系统的工作原理和特点,对无负压供水系统设备组成及作用进行了详细阐述,并对其与传统供水系统的技术经济性进行了深入分析比较,旨在与同行交流学习。
关键词：无负压给水系统 分析与探讨 市场准入制度 供水设备自来水管
传统的城镇供水系统可以把水厂送水到用户水龙头的全过程分离为一次供水和二次供水两个相对独立的系统，而管网直接增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管网直接增压供水系统可以使用的设备。直接以市政管网为水源、形成连续密闭的接力增压供水方式，彻底避免了传统2次增压供水系统造成的水质标准降低和各种水源污染问题，完全保持了市政水源的水质标准，充分利用市政水源本身压力热能，差多少补多少，切实有效地、最大限度地发挥了变频调速的节能效果。
1无负压供水系统的工作原理和特点
1.1无负压供水改造系统的工作原理
无负压供水系统大体上可分为稳流器、真空期的控制的模式、自控限流模式、压力控制点方式等几种。无负压供水改造系统的工作原理：
根据实际情况设定用水点工作压力，并时刻监测市政管网压力，当压力低于用户所需压力时，微机自动控制子变频器启动，调节水泵转速提高，直到管网压力上升到用户所需压力，并控制水泵以一恒定转速运行进行恒压供水。当用水量增加时转速提高，当用水量减少时转速降低，时刻保证用户的用水压力恒定。自来水的压力越低，水泵的转速越高；自来水的压力越高，水泵的转速越低。当自来水的压力不小于用户所需的压力时，水泵停止运转。无负压供水设备在运行过程中充分利用自来水的原有压力，又保证了用户供水压力恒定。
1.2无负压供水改造系统的工作特点
1、技术先进：无负压供水设备将多项先进技术进行优化融合，无负压供水设备与自来水管网直接串接，实现节能、卫生、安全可靠运行，不产生负压，无负压供水设备亦用于改造原有老式泵房设备，改造后同样可以达到高效节能、自动恒压供水的目的。 不用建水池、水箱。
2、卫生无污染：全为全密封的结构，细菌等杂质不会进入系统中来，使用户使用的是符合国家卫生标准的自来水。 避免了里面生长一些杂质、二次污染物等。安全、卫生是一大特性。并且完全保持了市政水源的国家水质卫生标准，从根本上避免了增压系统造成的水质标准降低和各种水源污染问题。
3、节能效果显著：无负压供水设备使设备始终处于高效率的工作状态。无负压供水设备能根据用户的实际用水量和使用压力自动检测，调节电动机的转速(耗电量)，从而使节能效果非常显著。
4、运行可靠：无负压供水设备可与市政供水网自动并网运行，并具有双恒压功能而且对自来水管网无影响，管网增压供水时不会对其产生负压，即能满足生活生产用水的正常压力和流量，又不影响其它用户的正常用水。
5、投资节约：该设备与其他老式供水设备相比节约占地3~16倍，比建水塔节约投资15%~60% 。
6、设备电气配置灵活：具有全面的故障保护功能和对策，变频器故障保护时，自动降级运行（成为工频自动给水设备），自动系统故障时，还可手动操作应急备用，赢得维修时间。结构紧凑，占地面积小，运行稳定可靠，使用寿命长，方案设计灵活，供水压力可调，流量可大可小，无负压供水设备亦用于改造原有老式泵房设备，改造后同样可以达到高效节能、自动恒压供水的目的。
3 无负压给水改造设计分析
3.1无负压给水改造设计分析
1、当市政管网高压时，设备处于停机状态，市政水源通过水源罐、旁通管路直接向用户管网供水。
2、当市政管网欠压时，设备自动启动，在原有水压基础上变频调速增压（恒压）供水，由于按“差多少，补多少”原则增压，所以在全流量范围即满足了用户恒压供水的需求，同时又实现了高效节能运行。运行过程中密闭的海洋法罐只相当于一段管路，新鲜卫生的自来水不断流过水源罐（或承压水池），不会遭受外界污染。
3、当市政水源压力太低，自来水进水小于设备供水（水源罐出水）时，靠水源罐贮水容积来补偿市政水源的不足。水源罐提供的最大补偿水量与水源罐总容积相同V补＝V总。
水源罐提供补偿水量期间，靠真空抑制（自动进、排气阀），使空气自动进入罐体，可避免对市政管网造成负面抽吸作用（即所谓无负压无吸程），并可保证水源罐容积全部被有效利用。
4、为进一步减小直接抽吸对市政水源的影响，可选购一只水源隔离阀及控制仪表，从而可任意设定允许抽吸的最低压力，当市政水源入口压力降到允许抽吸的最低压力时，水源隔离装轩会自动启动，设备将切换到以补偿罐为水源自动供水。也可考虑选购廉价的节流装置代替隔离阀，限制自来水进水流量，供水不足部分靠水源罐补偿。
5、市政水源因故停水且水源罐贮水也己消耗完，设备会自动停机（禁止运行）。水源正常后自动恢复运行。
3.2 无负压给水改造设计特点
无负压给水改造设计分析其特点如下：高效节能，无负压供水设备能根据用户的实际用水量和使用压力自动检测，调节电动机的转速(耗电量)，使设备始终处于高效率的工作状态。 供水管网压力稳定，无负压供水设备由微机构成自动闭环控制，能在0.5秒内使变化的压力恢复正常。该设备与其他老式供水设备相比节约占地3~16倍，比建水塔节约投资15%~60%。无负压供水设备配电控制部分，采用智能化控制原理，操作方便实用，设备工作状况一目了然。供水功能全，保险系数高。无负压供水设备局部出现故障时，能启用应急功能继续供水。无负压供水设备可与市政供水网自动并网运行，并具有双恒压功能，即能满足生活生产用水的正常压力和流量，能在出现火情时自动转换为高压大流量供水，可一机多用。
例：青岛三利集团应用于我单位下属供水公司城南镇观岙片供水项目的无负压供水设备，与市政管网直接连接，设备占地面积小，采用智能化控制，设定进水压力为0.3MPa,出水压力为0.5MPa，当进水压力小于0.3 MPa时，设备会自动报警提示管网欠压并停泵，当用户用水量很小时，电动机转速会自动调整到很小，节省耗电量。根据近两年的运行状况，平均输送每1m3水的电费为0.5元，节能效果显著。
4无负压给水系统在运行过程中的的重要性
无负压给水改造运行的环境：环境温度：5~50℃；相对湿度：≤90%，无凝露。周围空气无腐蚀性气体、水蒸汽、粉尘等明显污染。安装场所的最大海拔高度1000m。
无负压给水系统在运行过程中为进一步减小直接抽吸对市政水源的影响，可选购一只水源隔离阀及控制仪表，从而可任意设定允许抽吸的最低压力，当市政水源入口压力降到允许抽吸的最低压力时，水源隔离装轩会自动启动，设备将切换到以补偿罐为水源自动供水。也可考虑选购廉价的节流装置代替隔离阀，限制自来水进水流量，供水不足部分靠水源罐补偿。
例：沪龙泵业开发的无负压给水设备来说在设备运行中，缓冲罐部分容积为压缩空气（其压力与市政水压相同），因而贮存了一定压力势能，靠此贮能可大大减缓各种冲击对市政水源的影响，同时对市政供水具有动态的削峰补偿作用。当市政服务压力从P2降至P1时，缓冲罐提供的最大补偿水量与缓冲罐总容积关系为：V＃＝（1-P1/P2）V总＝KV总V＃－供水高峰市政压力从P2降至P1期间水源罐给出的补偿水量（m3）P1－市政供水高峰期最低压力（绝对压力）P2－市政供水高峰期前的压力（绝对压力）V总－水源罐的总容（m3）
例：供水高峰期，市政水源压力从20mH2O降至10mH2O，则在该期间水源罐给出的补偿水量为V＃＝（1-10/20）V总＝0.5V总（m3），占总容积的50％。显然这是一种切实有效的动态补偿作用，如果所有用户的增压设备均具有这种补偿作用，则总体上对市政供水可起到一定削峰填谷的效果，高峰期间管网服务压力不至于下降得太低。
结语
相信通过本文的阐述，一定会对无负压供水系统有了一定的了解。只有依靠科技创新、不断更新换代，尽早建立完善的市场准入制度及统一的行业标准与规范，使无负压供水设备市场良性发展。相信不久的未来无负压供水系统走进全国每个角落。
参考文献
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