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关于管网叠压供水设备有关问题的讨论

浏览次数: 时间:2017-12-12

1.建筑二次加压供水方式的变化和发展
随着我国经济建设的迅速发展,建设规模日益扩大,土地资源越来越显得珍贵。高层建筑如雨后春笋般地崛起。在城市的繁华地段,楼房高度远远超出了市政供水压力的范围,为满足用户的需求,必需对市政水源进行二次加压。在城市边缘,由于市区的外延,原有管网的供水能力日显不足,在夏季用水高峰时间,原有多层建筑的顶层断水现象时有发生。为了解决用户生活用水的需要,也必须对市政的水源进行二次加压。所以二次加压供水已成为当今建筑给水设计中十分普遍的现象。二次加压供水大致可分为两种型式:一种是由调节水池或水箱吸水升压供水,也称为间接加压;另一种是由城市供水管直接串连加压,也称为直接加压。由于原来在采用串连加压的过程中出现了一些城市供水压力下降及水质污染问题,故在1994年国务院颁布了第158号文《城市供水条例》,其中第21条中规定:“禁止在城市公共供水管道上直接装泵抽水”。从此凡二次加压供水都必须采用简接加压的方式,加压水泵必须由调节水箱或水池吸水提升。但其供水方式随着时代的发展和技术的进步,从二十世纪五十年代开始逐步发展形成高位水箱供水、气压水罐供水、变频供水三种方式。高位水箱供水、由水位计直接控制水泵起停,水泵的扬程只与高位水箱的高度有关,水泵不会产生富裕扬程,所以比较节能。但由于水箱的高度受到建筑物自身高度的限制,顶层的供水压力偏低,有时不能满足用水设备的要求。为减少顶层设备用房及解决顶层的供水压力不足,开始逐步推行气压水罐供水。气压水罐供水采用电接点压力表通过继电器控制水泵起停,其系统供水压力可不受建筑物自身高度的限制,但是为了使气压水罐具有一定的调节容积,系统必须在变压状态下工作。其最低压力与最高压力之间必须维持一定的比例,即保持一定的(绝压比)α值,因此其能耗较大。随着变频技术的发展和普及,采用压力传感器、变频器、PLC控制器按设定的系统压力自动调节水泵转速,实现恒压供水,消除水泵的富裕扬程以节省能耗,变频供水的方式逐步得到推广。为了充分利用城市管网的余压,进一步挖掘节能的潜力,并消除二次污染的隐患,近几年来又推出了具有自动控制功能的新的直接加压方式——无负压二次加压供水设备,而后又发展为管网叠压供水设备。从上述的二次供水的发展过程可以看出,它的发展过程实质上是水泵控制设备的发展过程。有了比较先进的变频控制技术,才能使二次加压供水更好地贯彻四节一环保的方针。所以笔者认为,管网叠压供水的名称宜改为管网叠压变频供水更好。
2.管网叠压供水设备与无负压供水设备的区别
无负压供水设备从它的命名可以看出,它的功能主要是避免负压对城市供水带来影响。现在市上的无负压供水产品,在城市引入管与加压泵之间串连了一个水罐,各设备制造厂对此罐的称呼各不相同,有的称稳流罐,有的称无负压稳流罐,有的称流量调节器,在罐的顶部还设有负压消除器。当罐内压力低于一个大气压时负压消除器自动打开,使罐内与大气相通,以确保水泵吸水管内不产生负压,这也是无负压的核心措施。问题是这样的措施并不能消除直接加压二次供水设备对城市管网正常供水带来的影响。参照北京市自来水集团[2005]125号文《关于二次供水安装使用无负压供水设备的暂行规定》中关于对无负压供水设备要求的第5条规定:“设备应具有由水泵吸入口压力控制的自动开停功能,吸入口压力低于0.2MPa时自动停泵、吸入口压力达到0.22MPa时自动恢复运行”。天津市管网叠压供水设备应用及管理暂行规定(送审稿)第2.12条规定:“设备运行时,市政供水管网与水泵吸水管连接处的压力下降值,不得大于0.02MPa;当市政供水管网与水泵吸水管连接处压力降至0.22MPa时,水泵机组应停止运行”。上述两个城市的规定都说明,保证城市正常供水的最低压力是0.2MPa,低于此值就会影响城市管网的正常供水,何况压力降低到负压呢!虽然各城市控制的最低压力可能有所不同,但管网压力达到负压时实际上已毫无供水能力可言了。真正的管网叠压供水设备,它应该有控制吸水管水压的功能,当吸水管的水压达到城市供水所允许的最低压力值时,应发出延迟报警,以提示人们及时进行处理。超过延时的时间,才停止水泵运行,以保护城市的安全供水。由此可见,真正的管网叠压供水设备与无负压供水设备是有原则区别的。如上所述,采用管网叠压供水设备的最基本条件是不能影响城市的正常供水。
3.关于稳流罐和负压消除器的设置
稳流罐它只是串连在有压系统中的一个局部扩大的容器。从水的物理性质来说,在常温下水的体积压缩系数仅为4.76×10-10 m2/N,所以通常都认为它是一种不可压缩的介质。故在单一介质的稳流罐内,水的体积可认为是不可改变的,因此,此罐也就不可能对水量有任何调节作用。所谓稳流,水流流经此罐只是增加了进水、出水的局部扩大和收缩的阻力,不起任何稳定流量的作用。由此可见,在管网叠压供水设备中设置稳流罐是没有必要的。由于管网叠压供水设备只能在城市允许的最低压力以上工作,在吸水管一侧不应出现负压,另外,控制负压对城市的安全供水也没有实际意义。所以设置负压消除器也是完全没有必要的。在管网叠压供水设备中设置稳流罐和负压消除器,只能造成社会资源的浪费,无助于对使用功能的提高。
4.多层小区在选用管网叠压供水设备时应注意调速比
另一类无负压供水设备是在水泵吸水管一侧设一调节水箱,由城市水源接入的引入管,一边与水泵吸水口相连,一边与水箱进水浮球阀进口相连;水泵吸水管一边与城市水源接入管连接,另一边与水箱出水管相连。由城市引入管的压力传感信息控制城市引入管和水箱出水管上的阀门。在城市引入管供水压力达到设定压力时,关闭城市引入管,开启水箱出水管的阀门,加压泵吸取水箱储水向系统供水,以确保城市水压控制在一定的允许范围之内并向室内系统不间断供水。这样的控制方式就不局限于无负压的概念了,它比无负压又进了一步。用无负压二次供水设备这个名称已不能反映此设备的使用功能了,所以采用管网叠压(变频)%供水设备的名称比较科学。但是,在选用这类设备时,应当注意水泵的实际工况对供水安全和节能效果的影响。如水泵从调节水箱吸水时,水泵的扬程必须满足最不利用水点的压力,而当由城市管网串连加压时,由于城市管网的余压,调频泵组的实际扬程要比前者小。如前所述,若城市管网控制的最低压力为0.2MPa,则由城市管网串连加压要比由调节水箱吸水降低20m扬程,这时控制器就自动调低供电频率,变频泵的转速自动降低。根据变频控制器生产企业的介绍,当变频器驱动水泵工作时,频率等于或小于25Hz时水泵就不出水了。众所周知,变频泵的转速与供电频率是成正比的,所以正常运行的最低频率应大于工频的50%,也就是说变频泵的允许转速不应低于工频转速的50%。水泵相似定理的转速与扬程的关系式:
H1/H= n1 /n2 (1)
式中:
H1—调速后的水泵工作扬程(m水柱);
H2—工频泵的设计工作扬程(m水柱);
n1—调速后的水泵转速(rpm);
n2—工频泵的水泵转速(rpm);
由(1)式可得,当转速比为0.5时,调速前、后的扬程关系为:
H1=H2(0.5)2=0.25H2 (2)
这就是说,当H1小于0.25H2时水泵就不能供水了。如城市的供水压力为Y(m水柱),按(2)式,即H2-Y应大于0.25H2,则调频泵的设计最低设计工况H2应大于1.33Y(m水柱),变频泵的控制器应在频率等于25Hz时发出报警并延时运行,为工作人员进行紧急处理赢得时间,避免突然停水事故。为能确保变频泵的正常供水,特别是对所需升压值不高的多层小区供水系统,在设备选用时对变频泵可能发生的最低转速应当特别关注,以确保系统的供水安全。
5.关于倒流防止器和气压罐的设置
管网叠压供水设备是与城市给水管道直接的设备,根据《建筑给水排水设计规范》第3.2.5第二款规定,“从城市给水管道上直接吸水的水泵,其吸水管起端”应设置倒流防止器。在条文说明中解释为:从城市给水管网上直接吸水的水泵,因泵后压力高于泵前,必须防止水的倒流。由此说明,设置倒流防止器的目的是为了保护城市水源不受污染,使加压水不向城市给水管网倒流。由于规范条文中对其他用水点也有安装倒流防止器的要求,如有压容器补水管、(水池)补水管出口与溢流水位之间的空气间隙小于出口管径2.5倍时,绿地自动喷灌系统等都需安装倒流防止器。为了避免重复安装,所以最合理的方法是在小区入口的水表后安装倒流防止器比较合理。作为机电一体化的管网叠压供水设备没有必要把倒流防止器作为设备的必备的配件设置。有特殊需要时可由设计人员自行设置即可。
现在,管网叠压供水设备在出水管上一般都设有气压罐,其容积有大有小。对变频叠压供水来说,它是向用水点直接供水的设备,本来在其系统中没有水量调节设备,生活给水系统白天与晚上的用水量变化较大,在晚间小流量时,常采用小流量水泵和气压罐维持系统水压和少量供水。这时大泵休眠,小泵由气压罐供水系统的电接点压力表控制,间歇工作,以节省能耗。设置这样的气压罐在用水量变化较大的系统中是完全必要的。现在有的在变频叠压供水机组的恒压出水管上设置一个体积很小的气压罐,笔者认为,这种气压罐只起水锤消除器的作用,对流量没有任何调节作用,所以对压力较高的供水系统是有必要的,对压力较低的供水系统就不那么必要了。所以,管网叠压供水设备是否设置气压罐不能一概而论,应根据系统所需功能来决定设置或不设置气压罐,设置哪一种气压罐。
总之,管网叠压(变频)供水设备是建筑给水领域中一种新型的供水设备,应用的时间还不长,有不少问题有待进一步研究和完善,愿在大家的共同努力下,在贯彻“四节一环保”政策的道路上取得好的成绩
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