变频调速“无负压”供水技术的应用

蒙联光 广西经贸职业技术学院 530021

变频调速“无负压”供水技术的应用

蒙联光 广西经贸职业技术学院 530021

城市饮用水供水系统的“二次污染”问题直接影响到人们的身体健康。要解决这个问题需要采用变频调速“无负压”恒压供水技术。变频调速“无负压”恒压供水节能技术能解决“二次污染”问题，还有“减少供水系统的设备投资”、“节能、节水、节地”等优点。“无负压”恒压供水技术已经成熟，推广应用变频调速恒压供水技术会带来社会效益和经济效益。

供水;二次污染; 变频调速; 无负压; 节能

一、应用“无负压”恒压供水技术的意义

城市供水的水质量和安全是关系到广大市居民身体健康、生命安全、社会稳定和经济发展的重大问题。我国几年前己将“水质污染控制技术与治理工程”列为国家“十一、五”期间12个重大科技专项之一。并将“提高供水安全保障程度”列为国家重点资助领域。

我国大部分城市高层楼宇供水系统，由于楼高水压低无法送到需要的高度（城市供水压力服务规范要求0.14MPa）。一般四层以上都应采用二次加压供水方式。水务公司目前供应的饮用水都是从江、湖抽上后都经过水厂严格消毒、净化处理，符合国家生活饮用水水质卫生标准，可直接饮用。但在输送、储蓄和二次加压过程中，会产生二次污染，造成了供水水质以及供水安全的问题。其中，蓄水池和高位水箱是主要的污染源。原因是水池中的储水，长时间露空产生氧化作用，使池中生长藻类。蓄水池如果防护、密封不好，水中掉有蚊、虫、蚁等小动物，严重污染了水源。如果使用变频调速技术控制加压泵“无负压”供水（下称变频调速“无负压”恒压供水技术），就可以根除二次污染。这样，既能使居民放心地用上没有污染的、新鲜洁净的自来水，又能提高民众对政府提供的社会公益服务的满意度，产生良好的社会效益。

先了解什么叫“负压”？怎样产生？如果不经蓄水池直接在市政管网中串水泵抽水，在水流的过渡过程中，水泵的进口水量少于泵的出口水量时，就会出现水柱分离及再弥合现象，从而破坏了非恒定流动的连续性，产生所谓的“负压”。“负压”是压力管路中气囊、气阻、水锤、压力振荡等危及管网安全的主要隐患。所以，“负压”现象在市政供水压力管网中是不允许出现的。变频调速恒压供水技术就可以做到防止“负压”现象的产生，实现“无负压”供水。随着科学技术的发展，我国目前有不少的新产品陆续推出，性能越来越先进，安全供水越来越可靠。由于变频调速“无负压”恒压供水技术成熟，我国许多城镇己放开了供水条例的相关禁令。

二、变频调速“无负压”恒压供水技术的优点

1、减少供水系统的用地和基建投资

根据GB50015-2003建筑给水排水设计规范第3.7条规定，生活蓄水池容积(在缺乏资料时)按最高日用水量的20%～25%确定，由水泵加压提升进入高位水箱的生活用水调节容积，不宜小于最大用水时水量的50%。为保证水质，防止被污染，还需设置紫外线消毒器等多套二次供水消毒设备。市政管网的自来水被放入水池中，再用水泵抽到高位水箱，使得市政自来水管网中原有的压力（约0.3MPa左右）得不到充分的利用，浪费了水头压力。同时，修建水池和水箱也增加了基建投资和占用场地空间。采用变频调速“无负压”恒压供水技术可以将供水设备直接串接在市政管网上，不需要建造蓄水池，减少了供水系统的用地和基建投资。

2、保证供水质量

传统的供水方式，极容易产生二次污染，因为在水务公司的自来水流入水池和水箱的过程中，其他各种杂质、污染物极易进入水池中。尤其是夏天，水质极易变质、变味，严重污染了水源，影响了人们的身体健康。尤其是在“非典”及突发其他传染病的时期，水源的污染对人们的身体健康危害更大。另外，如果设计、施工过程中水池水箱的制作和防腐材料选择不当，也将直接污染水质。而变频调速恒压供水技术的供水设备为全封闭运行，水与空气不直接接触，异物与其他各种杂质更不易进入管网系统中，从而保证了供水系统的水质安全；同时，供水设备本身采用了符合卫生规定的不锈钢优质材料或进行防腐处理，不会滋生藻类，达到了不污染水质，满足人们对生活用水的卫生要求。

3、节能、节水、节地

传统的供水方式将自来水放入水池中，压力变为零，再由零开始重新加压，造成能量的浪费，用水量越大，浪费的能源就越多。“无负压”恒压供水设备与市政管网串接，在原有水头压力的基础上叠加到所需要的压力，差多少补多少，充分利用管网余压，有明显的节电效果。

因为泵类属于平方型负载，根据水泵特性的关系式：

式中，P为运行时的轴功率；Pe为电机的额定功率；n为运行转速；ne为额定转速。

从上式可以看出，在保证管道压力和水流量在设计值的前提下，可降低水泵的运行转速。如果运行转速是额定转速的一半，根据（1）式的计算结果，理论上，运行时的功率为电机额定功率的八分之一。根据多年的安装实践经验，当市政管网余压达0.30～0.40MPa时，变频器运行设置“睡眠”参数，加装用户管网稳压气罐，总体节能可达到50%以上。

在节水方面，由于无负压供水设备采用的是全封闭系统，彻底解决了水池、水泵、水箱的跑、冒、漏、滴等浪费水源的现象，同时也节省了定期清洗水池、水箱而造成的水资源的浪费；并可免去清刷水池、消毒等麻烦的常规管理工作和费用。在节地方面，传统的供水方式需在室外或室内地下室建造贮水池、水泵房，在屋顶设置高位水箱、消毒间。而无负压供水设备占地面积很少，且可多栋楼房合用。

三、变频调速恒压供水系统的组成

图1是我国某厂变频调速“无负压”恒压供水设备的外形实物图。该产品的主要零部件由变频水泵电机组、各种阀门、进口蓄水罐、出口气压罐、电气控制柜等组成。图2是变频调速“无负压”恒压供水系统示意图。

四、工作原理

市政管网自来水进入蓄水罐，罐内的空气从真空消除器内排出，待水充满后，真空消除器自动关闭，使蓄水罐内的压力达到市政管网的水压。当自来水能够满足用户管网的压力和用水量的要求时，供水设备通过旁通止回阀直接向用户水管网供水，供水设备处于“睡眠”状态；当自来水管网的水压和水量不能满足用户管网要求的水压和用水量时，系统通过压力传感器向变频器发出信号，软启动水泵，使其处于变频调速运行状态，并根据用户用水量的大小依次加泵减泵，以维持用户管网的水压恒定，保证楼宇高层用水量。可编程控制器PLC根据控制程序进行工频、变频运行切换或各水泵轮换运行，避免出现死水区。水泵运行供水时，若市政自来水管网的水量大于水泵输出流量，系统继续加压保持向楼宇高层正常供水。用水高峰期时，若市政自来水管网水量小于水泵输出流量时（用户用水量），蓄水罐内的水作为补充水源仍能正常加压供水，此时，空气由真空消除器进入蓄水罐，消除了市政自来水管网的负压。用水高峰期过后，系统恢复正常的状态。若市政自来水管网供水不足或管网停水而导致蓄水罐内的水位不断下降到最低水位，液位控制器发出水泵停机信号，以保护水泵机组。夜间及小流量供水时可通过小型气压罐短时维持用户管网水压，保证夜间小流量正常供水，免使水泵频繁启动，延长使用寿命。如遇到停电时，则依靠市政管网压力通过旁通止回阀向楼宇低层用水户维持供水。

图1 变频调速“无负压”恒压供水设备外形图

图2 变频调速“无负压”恒压供水系统示意图

变频调速“无负压”恒压供水设备关键技术部分为智能控制系统(变频调速)和蓄水罐的真空消除。智能控制系统核心部件采用西门子PLC可编程控制器（S7-2000）以及瑞士ABB电气公司的变频器（ACS510）。程序软件的编制、设计及变频器运行参数的设置，应由专业技术工程人员根据水泵的运行特点精心编制。管网进出口压力检测仪表，采用4～20mA标准信号压力传感器，其精度高，抗干扰性能好，使用寿命远高于通常的远传压力表。变频调速“无负压”恒压供水设备具有界面直观，操作简便可靠，性能稳定，智能化高等诸多特点。能在市政管网的余压上安全叠加，依靠蓄水罐上真空消除器。其在罐内储水被抽空前及时消除罐内真空，从而达到罐内外压力平稳，由此不会对市政管网造成负压，不会影响市政管网其他用户的正常用水。同时要在市政管网水源进口处安装过滤网和止回阀，预防发生意外产生回流，污染公共水源。

五、 结束语

变频调速“无负压”恒压供水技术的研究到问世，已有十多年的经历。因其在“节能、节地、防污染”等各个方面都具有传统供水方式所不可比拟的优势，具有广阔的发展空间。变频调速“无负压”恒压供水应用技术利国利民。特别是“节能、防污染”、能源日趋紧张以及人们对生活质量水平要求越来越高的今天，是一种较为合理的供水方式。随着市政管网“准入”管理制度的健全和改革开放，科学技术不断发展和供水设备不断革新，变频调速“无负压”恒压供水技术在不久的将来，将广泛地用于用户水压不足的居民区、工厂、医院、机关、宾馆等场合，或其他需要二次增压恒压供水的地方。

[1] 张燕宾. 变频调速应用实践[M].机械工业出版社.2001.

[2] 朱玉堂. 变频恒压供水系统的研究开发与应用[d].浙江大学.2005.

[3] 刘忠.谈管网叠压(无负压)给水设备的正确应用.给水排水.2007,33(6)

10.3969/j.issn.1001-8972.2010.14.060