城市管网供水系统优化方案
岳庆君
随着科技的不断发展，建筑物的高度不断增加，由市政管网直接供水到用户的一次供水方式已无法满足现代建筑供水压力的要求。从节约能源的角度出发，二次加压供水应尽量利用市政给水管网的水压。但我国城市供水条例规定：禁止在城市公共供水管道上装泵直接吸水。其主要原因是如果水泵对室外给水管网抽吸过度，容易引起管网水压局部下降，不仅损坏管网，还影响附近用户的用水。目前，二次加压供水方式通常设置调蓄清水池，先将市政供水管网的水存到蓄水池，再由变频调速水泵组供水到用户。但这种供水方式存在着严重的蓄水池水质二次污染问题，已不利于人们生活质量的提高。因此，本文就新提出的两种管网供水优化系统进行介绍比较。
一、直接式管网叠压供水技术
直接式管网叠压供水技术是对传统二次供水技术的革新,在市政管网压力允许的情况下,管网叠压供水设备可取消贮水池,直接从市政管网中取水增压。
直接式管网叠压供水系统主要由水泵、稳压平衡器和变频数控柜组成,取消了贮水池和屋顶水箱。水泵直接从与自来水管网连接的稳压平衡器吸水加压,然后送至各用水点,其系统组成如图1所示。
直接式管网叠压供水系统的工作原理分以下几种情况:在自来水管网的水压能满足用水要求的情况下,即管网压力大于或等于设定压力时,加压水泵停止工作,自来水可通过旁通管直接到达用水点；当自来水管网水压不能满足用水要求时,电接点压力表向变频数控柜发出信号,变频软起动水泵机组加压供水,直至实际供水压力等于设定压力时,变频数控柜控制水泵机组以恒定转速运；在用水高峰期间,用户管网压力下降,当降到低于设定压力时远传压力表发出信号给变频数控柜,使变频器频率升高,水泵机组转速增加,出水量和压力都随之上升,直至用户实际压力值等于设定压力值；在用水低谷期间,用户管网压力上升,当高于设定压力值时远传压力表发出信号给变频数控柜,变频器频率降低,水泵机组转速降低,使用户管网实际压力值等于设定压力值。
二、无负压管网增压稳流给水设备
无负压管网增压稳流给水设备主要由微机变频控制系统、负压检测及处理系统、水泵机组、稳流补偿器、真空抑制器、各种管件、阀门等组成。设备工作原理图如下：
图2 无负压管网增压稳流给水系统
首先根据用户实际情况设定用水点工作压力。设备运行过程中实时检测实际供水压力，并与设定压力进行比较，调节变频器频率，使管网压力始终保持在设定数值上。负压检测装置实时检测稳流补偿器中的用水量变化情况，当检测到实际用水量小于管网的给水流量时，此时管网不产生负压，稳流补偿器进入储能状态；当检测到实际用水量大于管网的给水流量时，设备通过真空抑制器及稳流补偿器中的检测装置采集稳流补偿器内的真空度及水位信号，通过微机控制真空抑制器及稳流补偿器中的特殊装置动作，将稳流补偿器中原来储备的能量进行释放，以补偿此时能量的不足，达到整个系统内压力的自动平衡状态，抑制负压的产生，完成不间断的持续供水。全密闭结构及负压反馈抑制系统使设备可以直接与市政供水管网串接，充分利用市政管网原来的压力。多变量模糊控制与智能管理系统技术，在运行过程中，针对需要控制的对象具有的多样性、随机性、连续性及高度不稳定等特性达到多层次、多目标的综合效果来实现无负压的过程。
三、两种系统的综合分析
两种供水系统的适用范围可相互补充。当市政供水管网水量应充分，供水压力相对稳定时可采用无负压管网增压稳流给水设备。由于其直接与市政给水管网串联供水，没有了水池的蓄水功能，因此对市政供水管网提出了更高的要求。但在一些用水非常集中、瞬时用水量过大的地方，则应使用直接式管网叠压供水，以减少峰值流量对管网造成的影响，保证无负压设备的正常工作。
这两种系统均是根据水泵工作的压力叠加原理，直接串联的供水方式充分利用了市政给水管网的水压，减小了二次加压水泵的工作能耗。当用水低峰期，室外市政给水管网的压力能满足供水要求时，水泵停止工作，通过设备直接由市政给水管网供水，节能效果明显。而且无需修建蓄水池或水箱，避免了自来水在池中滞留，造成杂质进入池水、微生物滋生、余氯减少等现象，彻底杜绝了水池、水箱内水资源及定期清洗水池等对水资源的浪费。同时还节约建筑面积、节省土建工程投资、简化加压系统设计。并且抽水设备直接与室外市政给水管网串接，实现了从水厂供水到用户的连续流过程。而且无负压管网增压稳流给水设备采用了全密闭的负压抑制系统，自来水不与空气直接接触，彻底杜绝了水质的二次污染。
但由于这两种系统提出的时间比较短，在一些方面仍有不足。现今很多生产厂家只在传统的变频供水设备的基础上，用储水罐加上一个自动进排气阀，声称无负压设备。使用这样的无负压设备，当市政给水管网供水不足时，设备会出现停机保护现象，人为增加了不正常的供水时间，而且机组频繁启动会造成管网压力波动过大等问题。其次，在无负压管网增压稳流给水设备运行时，水泵机组的工作扬程范围变大，对水泵机组的性能提出了更高的要求。而采用直接式管网叠压供水技术，如果将叠压供水设备设置在地下室，不仅可能影响周围用户的水压,还可能导致回流污染或地下水侵入。但如果设置高程过高，则可能出现断水现象。同时，市政管网水压波动范围较大时其应配置特性曲线较陡，高效区扬程范围较大的水泵，这就要求有更多的资金投入。旁通管的止回阀应具有可靠的密闭性能，并应当设置倒流监测装置，在有可能较长时间停用的旁通管应采取一些有效的措施，避免水质恶化产生二次污染。
四、结语
直接式管网叠压供水和无负压管网增压稳流给水系统目前已在许多西欧国家得到普遍应用，在我国尚处起步阶段。相信随着管材、设备、施工技术的不断发展，这两种系统将会逐步完善提高，在更大的范围内得到普遍应用。
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岳庆君
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