无负压供水设备选型及节能对比分析

王志峰

（中铁建设集团有限公司 北京 100040）

1 引言

近十多年的城镇化建设中，房屋建筑供水设施的数量快速增加，截止到2010年底，全社会拥有二次供水设施25万余套，且每年以2万余套的速度在快速增加。供水形式由高位水池、气压供水、低位水池变频供水到现在的无负压供水模式，不断在节能方面进行提升［1］。

2 无负压供水设备的定义

无负压设备为一种能与市政供水管网直接连接，在从市政供水管网取水时能够保护管网的压力，同时满足用户用水需求的二次加压供水设备，称之为无负压供水设备［2-3］。

无负压设备的核心要求在于：保护市政管网压力不能低于最低服务压力值，高层用水不间断。

3 无负压设备补偿罐的计算与选型

3.1 计算方式

为达到无负压设备的核心要求，保护市政管网压力不能低于最低服务压力值，高层用水不间断，不仅需要技术逻辑和功能的保证，更需要精确计算来验证无负压罐体能够补压补流量。

现行的无负压补偿罐的计算方式分析如下：

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。按（1）式计算：

式中，VR为稳压补偿罐调蓄容积（m3）；QD为设计流量（m3／h），即计算出用户的用水需求量；Qmax为供水管网在最低服务压力时，所能供给的最大供水量，为市政供水量，可查《管径流速流量对照表》，得出DN100的管径在流速1.5 m／s的情况下流量为42 m3／h；△T为用水高峰持续时间，一般△T为5～15 min。

3.2 计算结果分析

（1）当用户的用水量小于市政供水量时，得出的是负数。

用户用水量为 40 m3／h，计算为（40 m3／h-42 m3／h）×15 min＝-0.5 m3（负数）。

（2）当用户的用水量等于市政供水量时，得出的是0。

用户用水量为 42 m3／h，计算为（42 m3／h-42 m3／h）×15 min＝0 m3（零）。

（3）当用户的用水量大于市政供水量时，得出的有以下两种。

用户用水量为 45 m3／h，计算为（45 m3／h-42 m3／h）×15 min＝0.75 m3（0＜结果 ＜1）。

用户用水量为 50 m3／h，计算为（50 m3／h-42 m3／h）×15 min＝2 m3（结果 ＞2）。

综上所述，得出使用罐式无负压需具备的安全条件为：用户用水量最好小于等于市政用水量。如果用户的用水量比市政的用水量大，且结果大于2时，通常建议选用带水箱的无负压来保证安全。水箱的容积的取值为用户用水量与市政来水的差量，经计算，箱式无负压的水箱容积为日供水量的5%［4-5］。无负压设备选型见表1。

表1 无负压设备选型

4 无负压设备在具体工程中的节能比较

无负压供水设备节能是源于此设备与自来水管道直接串联，可充分利用自来水管道原有的压力，差多少，补多少［6-7］。

4.1 工程概况

北京恒大城项目位于北京市昌平区，该项目共6栋主楼，楼层均为28层，楼高为84 m。1～5层为市政直供；6～15层为加压中区，最不利供水点标高45 m，16～28层为高区，最不利供水点标高84 m。

泵房在地下二层，泵房拟从室外市政给水管上接出一根DN100的自来水管进入泵房，市政供水水压为0.30～0.35 MPa。一厨一卫，用一套无负压设备。

4.2 原图纸设计变频供水设备耗电情况

生活供水中区：设备型号65DL30-15×6，流量36 m3／h，扬程78 m，功率15 kW×2＝30 kW （水泵两用一备）。

生活供水高区：设备型号65DL30-15×8，流量36 m3／h，扬程120 m，功率18.5 kW×2＝37 kW（水泵两用一备）。

为了了解原设计变频供水设备实际运行情况，针对完全相同项目恒大城A7地块进行了检测，并通过检测工具检测出从2014年3月31日15：40～2014年4月11日14：39这一时段整体的运行情况。检测出设备供水量420 t，耗电量524 kWh（见表2）。

表2 原设计设备运行情况

通过上述数据统计表明，变频供水设备中水泵长期在小流量下运行，导致水泵电机效率过低，经过分析得到原设计供水设备统计区间的供水量为 420 m3／d，耗电量 524 kWh／d，单位水耗电量为1.25 kWh／m3［8-11］。

为了更好地比较其节能效果，特别引入1 000 t水耗电量，按（2）式计算。

式中，δ为1 000 t水耗电量，设备供1 000 t水提高1 MPa的耗电量；P为水泵做功扬程（m）。

4.3 无负压设备耗电情况

无负压供水设备供水可以有效地保证小区整体管网平衡。并对市政管网具备保护能力。即市政来水正常时，无负压设备取水时始终保持市政来水端压力不低于当地自来水设定值。

为了了解无负压设备实际运行情况，通过检测工具检测出从2014年6月13日11：33～2014年6月18日11：31这一时段无负压的运行情况。检测出设备供水量190 t，耗电量83 kWh（见表3）。

表3 无负压设备运行情况

生活供水中区：设备型号100ZWG3／WDL16-5，流量36 m3／h，扬程51 m，功率5.5 kW×2＝11 kW（水泵两用一备）。

生活供水高区：设备型号100ZWG3／WDL12-10，流量36 m3／h，扬程94 m，功率7.5 kW×2＝15 kW（水泵两用一备）。

通过上述数据统计表明，根据实际的用水规律，确定大小泵实际用时时数，得到小泵长期在小流量下运行，水泵电机效率高，经过分析得到现有供水设备供水量为190m3／d，耗电量83 kWh／d，单位水耗电量为0.437 kWh。

为了更好地比较其节能效果，特别引入1 000 t水耗电量，按（2）式计算。

5 使用无负压设备的经济分析

中区：原水泵功率为30 kW（两用一备），而选用无负压设备后，功率为11 kW（两用一备）。平时正常供水时段时间约为16 h，一台水泵在运行，高峰期2台同时运行约4 h，夜间有4 h的休眠状态。

计算过程按实际1 kWh电0.5元（非照明用电）计算为：

变频供水设备：（15 kW×16 h+30 kW×4 h）×365＝131 400 kWh

131 400×0.5＝65 700元

无负压设备：（5.5 kW×16 h+11 kW×4 h）×365＝48 180 kWh

48 180×0.5＝24 090元

使用无负压比变频节省41 610元。

同理，高区，计算过程按实际1 kWh电0.5元（非照明用电）计算为：

变频供水设备：（18.5 kW×16 h+37 kW×4 h）×365＝162 060 kWh

162 060×0.5＝81 030元

无负压设备：（7.5 kW×16 h+15 kW×4 h）×365＝65 700 kWh

65 700×0.5＝32 850元

使用无负压比变频节省48 180元。

无负压供水设备比传统的变频供水设备1年节省电费89 790元，10年可节省电费897 900元，而设备的使用寿命为25年［12］。

6 结论及意义

通过设备的选择，水泵的选择，并通过设备高效地运行，其科学有效的节能手段达到了高效节能的目的，而大量的数据也表明无负压设备具有高效的节能性。

通过以上计算可知：变频供水设备的1 000 t水耗电量为1 950 kWh。无负压设备的1 000 t水耗电量为704.6 kWh。无负压设备相对于变频供水设备的节能率为63.87%。通过经济性地比较分析，使用无负压设备5年即能收回先期多投入的资金。