胡明志

北京市元興設備安裝有限責任公司 北京 100029

引言

建筑行業(yè)在長時間的發(fā)展過程中，積累了豐富的施工經(jīng)驗，各項施工工藝和技術越發(fā)成熟，尤其是建筑給排水設計中，人們不再局限于傳統(tǒng)的設計方式，逐步采用了新型的設計思路，有效提升了給排水設計的水平。建筑給排水中的無負壓供水的能耗低，節(jié)能環(huán)保性突出，符合行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的要求，但為在建筑工程中有效發(fā)揮這一供水方式的優(yōu)勢，專業(yè)的設計人員必須要根據(jù)對建筑工程中的給排水設計需求，來進行對應的參數(shù)優(yōu)化，提升給排水的設計水平。

1 無負壓供水技術概述

當下的很多建筑工程給排水系統(tǒng)內(nèi)，都采用了無負壓供水技術，基于其技術優(yōu)勢，在未來的建筑工程領域，這一供水方式還有著巨大的發(fā)展空間。就無負壓供水技術的原理來看，變頻技術是其中不可或缺的技術，經(jīng)由變頻式無負壓供水設備的配備，可適當進行供水管道的增壓。與傳統(tǒng)的供水方式相比，在傳統(tǒng)的供水設計思路下，需利用蓄水池中的水來完成管道供水，借助于特定的水壓條件，完成水池內(nèi)的注水任務，隨后由蓄水池來完成供水工作，在這一供水流程下，蓄水池內(nèi)的水經(jīng)過入水壓、出水壓的二次水壓供水，將會出現(xiàn)明顯的能源消耗，無法滿足節(jié)能環(huán)保的目標[1]。在技術日漸發(fā)展的過程中，無負壓供水技術越發(fā)引起了人們的關注，直接將無負壓供水設備與供水管道連接，在特定的壓力條件下來完成供水任務，不存在蓄水池儲水供水的流程，也就不存在這方面的能耗。

如果在建筑工程給排水系統(tǒng)中采用的是無負壓供水技術，就需要利用穩(wěn)壓式補償技術來進行供水管道的穩(wěn)壓處理，在智能化控制技術的輔助下，實現(xiàn)相應的參數(shù)和流程控制，保持供水的連續(xù)性。在無負壓供水系統(tǒng)正式投入使用之前，專業(yè)人員要結(jié)合建筑工程的供水環(huán)境，科學進行穩(wěn)壓值的設置，隨后利用微變頻技術來進行水壓調(diào)節(jié)，以避免供水管道壓力過大所導致的供水問題[2]。無負壓供水系統(tǒng)的運行過程中，設備更適宜選用真空補償技術來進行供水管道的封閉式串聯(lián)，以通過這一方式來避免水流傳輸時的其他雜質(zhì)混入，具體的供水過程中，相應的模塊可實時、動態(tài)進行供水管道阻力的監(jiān)測，在出現(xiàn)水流量過大的情況時，立即進行對應的調(diào)整。

2 無負壓供水系統(tǒng)組成及原理

在建筑給排水中的無負壓供水技術應用中，需在建筑內(nèi)進行無負壓供水系統(tǒng)的設計，該系統(tǒng)內(nèi)包含了多個的構(gòu)成要素，如變頻調(diào)速水泵組、穩(wěn)流補償器、真空抑制器、壓力和流量傳感器、智能控制柜、給水管道、控制閥門，為達到最佳的供水效果，無負壓供水系統(tǒng)需與市政自來水管網(wǎng)串聯(lián)增壓，給無負壓的形成創(chuàng)造了相應的條件。無負壓供水系統(tǒng)內(nèi)，穩(wěn)流補償器和真空抑制器是關鍵性的構(gòu)成要素，其中，穩(wěn)流補償器為一個密閉容器，兩端連接自來水管網(wǎng)和水泵吸入口，達到了增壓穩(wěn)流的控制目標，經(jīng)由穩(wěn)流補償器與真空抑制器的高度配合，也就消除了管網(wǎng)內(nèi)真空的產(chǎn)生環(huán)境[3]。此外，真空抑制器兼具負壓自動消除功能，一旦在給排水系統(tǒng)的運行過程中，市政管網(wǎng)供水量在用戶需要出水量以下，設備中的防負壓裝置就會自動打開，在其中引入清潔空氣，減小了負壓對市政管網(wǎng)造成的不利影響。一旦在給排水系統(tǒng)的運行過程中，市政供水管網(wǎng)供水恢復到了正常情況，設備就可通過防負壓裝置快速排出多余的空氣，并立即關閉，在此條件下，穩(wěn)壓補償器進入正壓工作狀態(tài)，設備保持正常運轉(zhuǎn)。就無負壓供水系統(tǒng)的整體運行來看，其技術原理為：結(jié)合對用戶用水量的調(diào)查，利用微機控制技術來進行水泵組變頻調(diào)速、水泵臺數(shù)的自動調(diào)整，保持在恒壓供水條件下。經(jīng)由用水供水所需的壓力條件，進行恒壓的設定，一旦市政管網(wǎng)壓力值小于用戶所需壓力值，微機調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速明顯增大，當達到了用戶所需壓力值的情況下，水泵保持恒定的轉(zhuǎn)速，也就達到了恒壓供水的目的。

3 無負壓供水的優(yōu)勢與劣勢

當下的很多建筑工程中，都廣泛采用了無負壓供水系統(tǒng)，根據(jù)無負壓供水系統(tǒng)的應用特點，其優(yōu)勢表現(xiàn)在以下方面：設備的安裝成本相對較低，不會占用過大的空間，也可在供水的同時有效實現(xiàn)對一次供水系統(tǒng)的壓力使用，即使在后續(xù)的給排水設計中需進行系統(tǒng)優(yōu)化，在改進的過程中也不會造成高層建筑內(nèi)部空間的浪費；為全密封性結(jié)構(gòu)，在供水的同時幾乎可以達到零污染，供水系統(tǒng)中不會進入過多的污染物，不存在水質(zhì)污染威脅；節(jié)能效果突出，因為供水管網(wǎng)中的余壓可被充分利用，即使處于低峰用水階段，也會表現(xiàn)出明顯的節(jié)能效果；系統(tǒng)的運行成本偏低，供水的同時，能耗相對較小[4]。

雖然無負壓系統(tǒng)的應用優(yōu)勢突出，但也表現(xiàn)出一定的不足，而這些不足影響了無負壓供水系統(tǒng)在建筑給排水中的效益實現(xiàn)。根據(jù)當下無負壓供水系統(tǒng)的應用情況，雖然這一系統(tǒng)的成本偏低，但供水可靠性卻相對較低，主要是因為公共管網(wǎng)與設備之間連接，不需進行水池的設置，也就不存在水池的調(diào)蓄功能，當處于用水高峰期的情況下，管網(wǎng)的運行負擔過大。無負壓供水系統(tǒng)中的相關設備，其元器件有著極高的復雜度，具有一定的自動化特征，這就使得在實際的系統(tǒng)運行中，對于自動化運行水平和靈敏度有著極高的要求。

4 無負壓供水設備種類

4.1 穩(wěn)壓補償式（罐式）無負壓供水設備

無負壓供水技術的應用過程中，可采用的無負壓供水設備種類也是非常多的，如穩(wěn)壓補償器無負壓供水設備，在該設備使用時，可在智能控制技術、穩(wěn)壓補償技術下抑制負壓的形成，正是因為不存在負壓的干擾，也就使得供水管網(wǎng)可向用戶實現(xiàn)連續(xù)供水。如果在建筑給排水設計中采用的是這一類設備，設備中所配備的流量控制器在達到了最低服務壓力的前提下，也就可對市政管網(wǎng)向設備的輸水水量加以靈活調(diào)節(jié)，抑制負壓產(chǎn)生的同時也可在用水高峰期時，利用能量儲存器釋放預充的一定壓力氮氣，這種控制方式下，穩(wěn)壓補償罐高壓腔的水帶中，也就有一定的壓力被補償于恒壓腔內(nèi)，在一定的時間范圍內(nèi)，可有效補充市政管網(wǎng)來水量的不足，經(jīng)由雙向補償器，在低峰用水階段，可實現(xiàn)對穩(wěn)壓補償罐的蓄能，進而對用戶管道發(fā)揮其穩(wěn)壓補償?shù)淖饔肹5]。

4.2 箱式無負壓供水設備

如果在建筑給排水中采用的是箱式無負壓供水設備，在應用該設備來實現(xiàn)無負壓供水時，需同步配置一套增壓水泵，在系統(tǒng)運行時，管網(wǎng)中的水與水箱內(nèi)的水同步匯合到穩(wěn)流罐內(nèi)，在管網(wǎng)壓力充足的情況下，管網(wǎng)可直接向用戶供水，而管網(wǎng)供水量不足且服務壓力明顯下降的情況下，啟動流量控制器，將管網(wǎng)壓力保持在最低的服務工作壓力下，保持水量供應的及時性和充分性。水箱出口水處存在有智能增壓裝置的安裝，該裝置在這一情況下會立即進入工作狀態(tài)，經(jīng)由對水箱壓力的調(diào)整，使得這一壓力參數(shù)和與管網(wǎng)壓力相一致，將水提到穩(wěn)流罐內(nèi)，水泵從穩(wěn)流罐內(nèi)直接取水并向用戶供應。

4.3 高位調(diào)蓄式無負壓供水設備

高位調(diào)蓄式無負壓供水設備同樣在無負壓供水方式下十分常用，如果在建筑給排水系統(tǒng)內(nèi)采用的是這一設備，水泵機組在穩(wěn)流罐與無負壓流量控制器的作用下與市政供水管網(wǎng)可靠連接，這種連接方式下，可使得供水系統(tǒng)運行時，市政供水管網(wǎng)的壓力得到有效的保護，將水提升到建筑物頂部設置的密閉高位調(diào)蓄罐內(nèi)，在重力流作用下向用戶供水。水泵機組的選擇上，可根據(jù)最大小時供水量來確定。

4.4 自來水加壓泵站專用無負壓供水設備

無負壓供水技術在不斷發(fā)展的過程中，市場上也出現(xiàn)了一種自來水加壓泵站專用無負壓供水設備，這一設備是未來關鍵的發(fā)展方向，加壓泵站下，不需要進行水池等儲水構(gòu)筑物，泵站占地面積相對較小。加壓系統(tǒng)的運行中，可直接通過加水余壓的利用來實現(xiàn)疊加增壓，整體的節(jié)能效果突出，且這一技術下的技術十分特殊，可實現(xiàn)對來水管網(wǎng)的壓力保護，避免了過大的壓降產(chǎn)生。

5 無負壓供水設備的設計應用實例

以某高層建筑為例，該建筑高60m，地下一層為人防空間，而剩余樓層均為居住樓層，經(jīng)由相關部門的供水系統(tǒng)檢查，發(fā)現(xiàn)其二次供水系統(tǒng)難以符合現(xiàn)實需求，存在以下方面的問題：水箱材料老化明顯，水箱外壁所產(chǎn)生的銹蝕沒有被及時清理；水箱中存在污水管道的直接通過；水箱頂棚、地面和內(nèi)墻部位破損嚴重，供水條件不佳；變頻水泵為鑄鐵材質(zhì)，供水過程中可能會污染飲用水，導致水質(zhì)不良。在該水箱的改造工作進行時，需有效對現(xiàn)場的空間條件加以利用，參與改造的人員要及時進行水泵機組與水箱設備的更換，做好對泵房頂棚和墻面的改造，改造難度大且在改造的過程中會長時間斷水。綜合考慮以后，最終選用了無負壓供水系統(tǒng)。

5.1 確定水源

此建筑給排水工程項目中，水源為市政自來水管網(wǎng)，根據(jù)現(xiàn)場情況的調(diào)查，從市政供水管至連接設備管的管徑為DN100，管網(wǎng)供水壓力維持在0.25～0.30Mpa之間，管網(wǎng)水力條件相對穩(wěn)定，且在該建筑中，生活給水系統(tǒng)和消防給水系統(tǒng)是分開布設的。

5.2 了解用戶用水情況

結(jié)合對該建筑中的用水情況分析，發(fā)現(xiàn)此建筑的最大日用水量、最大小時用水量分別為115m3/d、11m3/d，最不利供水點標高60m，在該建筑中，五層到二十層均為加壓區(qū)，其中，五到十三層用戶為中區(qū)，十四到二十層用戶處于高區(qū)。

5.3 給水系統(tǒng)布置方案

在此建筑的給水系統(tǒng)設計中，原有的設計思路為：一層到四層的采用市政管網(wǎng)直接供水的方式；五層到二十層為水箱+變頻水泵的供水方式，原DN100市政給水管從地下一層基礎外墻直接進入到泵房內(nèi)后分三路供水，分別與低區(qū)供水管DN70連接、經(jīng)由DN100供水管進入生活水箱、與消防供水系統(tǒng)連接；生活水箱內(nèi)儲存的水與變頻加壓泵、氣壓罐相連。

5.4 改造方案

為使得該建筑中的給排水方案符合實際的用水需求，在開展改造的過程中，可將五層到二十層用戶的供水改造為無負壓設備疊壓供水，而一層到四層的供水方式保持原狀，具體的改造工作開展時，需將原有的生活水箱、水箱基礎和水泵機組都加以拆除，并在原水箱位置進行生活水泵房間的重新建設，并在該房間內(nèi)配套無負壓變頻給水設備，無負壓設備進水端與原生活水箱DN100進水管連接，出水口與中區(qū)、高區(qū)的用戶管網(wǎng)干管相連接。

6 結(jié)束語

當下的建筑給排水系統(tǒng)設計中，無負壓供水方式得到了有效的應用，但因為每個建筑的給排水設計要求都有著一定的不同，為發(fā)揮無負壓供水技術的優(yōu)勢，需結(jié)合建筑的用水情況，來進行無負壓供水設備的選擇、系統(tǒng)的優(yōu)化。