无负压供水在建筑给排水中的应用

2023-01-12胡明志

建筑与装饰 2022年1期

胡明志

北京市元兴设备安装有限责任公司北京 100029

引言

建筑行业在长时间的发展过程中，积累了丰富的施工经验，各项施工工艺和技术越发成熟，尤其是建筑给排水设计中，人们不再局限于传统的设计方式，逐步采用了新型的设计思路，有效提升了给排水设计的水平。建筑给排水中的无负压供水的能耗低，节能环保性突出，符合行业可持续发展的要求，但为在建筑工程中有效发挥这一供水方式的优势，专业的设计人员必须要根据对建筑工程中的给排水设计需求，来进行对应的参数优化，提升给排水的设计水平。

1 无负压供水技术概述

当下的很多建筑工程给排水系统内，都采用了无负压供水技术，基于其技术优势，在未来的建筑工程领域，这一供水方式还有着巨大的发展空间。就无负压供水技术的原理来看，变频技术是其中不可或缺的技术，经由变频式无负压供水设备的配备，可适当进行供水管道的增压。与传统的供水方式相比，在传统的供水设计思路下，需利用蓄水池中的水来完成管道供水，借助于特定的水压条件，完成水池内的注水任务，随后由蓄水池来完成供水工作，在这一供水流程下，蓄水池内的水经过入水压、出水压的二次水压供水，将会出现明显的能源消耗，无法满足节能环保的目标[1]。在技术日渐发展的过程中，无负压供水技术越发引起了人们的关注，直接将无负压供水设备与供水管道连接，在特定的压力条件下来完成供水任务，不存在蓄水池储水供水的流程，也就不存在这方面的能耗。

如果在建筑工程给排水系统中采用的是无负压供水技术，就需要利用稳压式补偿技术来进行供水管道的稳压处理，在智能化控制技术的辅助下，实现相应的参数和流程控制，保持供水的连续性。在无负压供水系统正式投入使用之前，专业人员要结合建筑工程的供水环境，科学进行稳压值的设置，随后利用微变频技术来进行水压调节，以避免供水管道压力过大所导致的供水问题[2]。无负压供水系统的运行过程中，设备更适宜选用真空补偿技术来进行供水管道的封闭式串联，以通过这一方式来避免水流传输时的其他杂质混入，具体的供水过程中，相应的模块可实时、动态进行供水管道阻力的监测，在出现水流量过大的情况时，立即进行对应的调整。

2 无负压供水系统组成及原理

在建筑给排水中的无负压供水技术应用中，需在建筑内进行无负压供水系统的设计，该系统内包含了多个的构成要素，如变频调速水泵组、稳流补偿器、真空抑制器、压力和流量传感器、智能控制柜、给水管道、控制阀门，为达到最佳的供水效果，无负压供水系统需与市政自来水管网串联增压，给无负压的形成创造了相应的条件。无负压供水系统内，稳流补偿器和真空抑制器是关键性的构成要素，其中，稳流补偿器为一个密闭容器，两端连接自来水管网和水泵吸入口，达到了增压稳流的控制目标，经由稳流补偿器与真空抑制器的高度配合，也就消除了管网内真空的产生环境[3]。此外，真空抑制器兼具负压自动消除功能，一旦在给排水系统的运行过程中，市政管网供水量在用户需要出水量以下，设备中的防负压装置就会自动打开，在其中引入清洁空气，减小了负压对市政管网造成的不利影响。一旦在给排水系统的运行过程中，市政供水管网供水恢复到了正常情况，设备就可通过防负压装置快速排出多余的空气，并立即关闭，在此条件下，稳压补偿器进入正压工作状态，设备保持正常运转。就无负压供水系统的整体运行来看，其技术原理为：结合对用户用水量的调查，利用微机控制技术来进行水泵组变频调速、水泵台数的自动调整，保持在恒压供水条件下。经由用水供水所需的压力条件，进行恒压的设定，一旦市政管网压力值小于用户所需压力值，微机调节水泵的转速明显增大，当达到了用户所需压力值的情况下，水泵保持恒定的转速，也就达到了恒压供水的目的。

3 无负压供水的优势与劣势

当下的很多建筑工程中，都广泛采用了无负压供水系统，根据无负压供水系统的应用特点，其优势表现在以下方面：设备的安装成本相对较低，不会占用过大的空间，也可在供水的同时有效实现对一次供水系统的压力使用，即使在后续的给排水设计中需进行系统优化，在改进的过程中也不会造成高层建筑内部空间的浪费；为全密封性结构，在供水的同时几乎可以达到零污染，供水系统中不会进入过多的污染物，不存在水质污染威胁；节能效果突出，因为供水管网中的余压可被充分利用，即使处于低峰用水阶段，也会表现出明显的节能效果；系统的运行成本偏低，供水的同时，能耗相对较小[4]。

虽然无负压系统的应用优势突出，但也表现出一定的不足，而这些不足影响了无负压供水系统在建筑给排水中的效益实现。根据当下无负压供水系统的应用情况，虽然这一系统的成本偏低，但供水可靠性却相对较低，主要是因为公共管网与设备之间连接，不需进行水池的设置，也就不存在水池的调蓄功能，当处于用水高峰期的情况下，管网的运行负担过大。无负压供水系统中的相关设备，其元器件有着极高的复杂度，具有一定的自动化特征，这就使得在实际的系统运行中，对于自动化运行水平和灵敏度有着极高的要求。

4 无负压供水设备种类

4.1 稳压补偿式（罐式）无负压供水设备

无负压供水技术的应用过程中，可采用的无负压供水设备种类也是非常多的，如稳压补偿器无负压供水设备，在该设备使用时，可在智能控制技术、稳压补偿技术下抑制负压的形成，正是因为不存在负压的干扰，也就使得供水管网可向用户实现连续供水。如果在建筑给排水设计中采用的是这一类设备，设备中所配备的流量控制器在达到了最低服务压力的前提下，也就可对市政管网向设备的输水水量加以灵活调节，抑制负压产生的同时也可在用水高峰期时，利用能量储存器释放预充的一定压力氮气，这种控制方式下，稳压补偿罐高压腔的水带中，也就有一定的压力被补偿于恒压腔内，在一定的时间范围内，可有效补充市政管网来水量的不足，经由双向补偿器，在低峰用水阶段，可实现对稳压补偿罐的蓄能，进而对用户管道发挥其稳压补偿的作用[5]。

4.2 箱式无负压供水设备

如果在建筑给排水中采用的是箱式无负压供水设备，在应用该设备来实现无负压供水时，需同步配置一套增压水泵，在系统运行时，管网中的水与水箱内的水同步汇合到稳流罐内，在管网压力充足的情况下，管网可直接向用户供水，而管网供水量不足且服务压力明显下降的情况下，启动流量控制器，将管网压力保持在最低的服务工作压力下，保持水量供应的及时性和充分性。水箱出口水处存在有智能增压装置的安装，该装置在这一情况下会立即进入工作状态，经由对水箱压力的调整，使得这一压力参数和与管网压力相一致，将水提到稳流罐内，水泵从稳流罐内直接取水并向用户供应。

4.3 高位调蓄式无负压供水设备

高位调蓄式无负压供水设备同样在无负压供水方式下十分常用，如果在建筑给排水系统内采用的是这一设备，水泵机组在稳流罐与无负压流量控制器的作用下与市政供水管网可靠连接，这种连接方式下，可使得供水系统运行时，市政供水管网的压力得到有效的保护，将水提升到建筑物顶部设置的密闭高位调蓄罐内，在重力流作用下向用户供水。水泵机组的选择上，可根据最大小时供水量来确定。

4.4 自来水加压泵站专用无负压供水设备

无负压供水技术在不断发展的过程中，市场上也出现了一种自来水加压泵站专用无负压供水设备，这一设备是未来关键的发展方向，加压泵站下，不需要进行水池等储水构筑物，泵站占地面积相对较小。加压系统的运行中，可直接通过加水余压的利用来实现叠加增压，整体的节能效果突出，且这一技术下的技术十分特殊，可实现对来水管网的压力保护，避免了过大的压降产生。

5 无负压供水设备的设计应用实例

以某高层建筑为例，该建筑高60m，地下一层为人防空间，而剩余楼层均为居住楼层，经由相关部门的供水系统检查，发现其二次供水系统难以符合现实需求，存在以下方面的问题：水箱材料老化明显，水箱外壁所产生的锈蚀没有被及时清理；水箱中存在污水管道的直接通过；水箱顶棚、地面和内墙部位破损严重，供水条件不佳；变频水泵为铸铁材质，供水过程中可能会污染饮用水，导致水质不良。在该水箱的改造工作进行时，需有效对现场的空间条件加以利用，参与改造的人员要及时进行水泵机组与水箱设备的更换，做好对泵房顶棚和墙面的改造，改造难度大且在改造的过程中会长时间断水。综合考虑以后，最终选用了无负压供水系统。

5.1 确定水源

此建筑给排水工程项目中，水源为市政自来水管网，根据现场情况的调查，从市政供水管至连接设备管的管径为DN100，管网供水压力维持在0.25～0.30Mpa之间，管网水力条件相对稳定，且在该建筑中，生活给水系统和消防给水系统是分开布设的。

5.2 了解用户用水情况

结合对该建筑中的用水情况分析，发现此建筑的最大日用水量、最大小时用水量分别为115m3/d、11m3/d，最不利供水点标高60m，在该建筑中，五层到二十层均为加压区，其中，五到十三层用户为中区，十四到二十层用户处于高区。

5.3 给水系统布置方案

在此建筑的给水系统设计中，原有的设计思路为：一层到四层的采用市政管网直接供水的方式；五层到二十层为水箱+变频水泵的供水方式，原DN100市政给水管从地下一层基础外墙直接进入到泵房内后分三路供水，分别与低区供水管DN70连接、经由DN100供水管进入生活水箱、与消防供水系统连接；生活水箱内储存的水与变频加压泵、气压罐相连。

5.4 改造方案

为使得该建筑中的给排水方案符合实际的用水需求，在开展改造的过程中，可将五层到二十层用户的供水改造为无负压设备叠压供水，而一层到四层的供水方式保持原状，具体的改造工作开展时，需将原有的生活水箱、水箱基础和水泵机组都加以拆除，并在原水箱位置进行生活水泵房间的重新建设，并在该房间内配套无负压变频给水设备，无负压设备进水端与原生活水箱DN100进水管连接，出水口与中区、高区的用户管网干管相连接。