管网叠压供水系统在二次供水系统改造中的应用探讨

 

　　摘要：在传统二次加压给水系统中，水泵从贮水池抽水增压，带有一定压力的市政水进入贮水池后被消能，水泵必须从零开始加压，造成能量一定程度上的浪费。特别是建成时间已久的多层建筑与小高层建筑由于供水系统普遍落后、供水设施老化等问题严重，导致水质远不能达到《生活饮用水卫生标准》，迫切需要进行二次供水系统改造。因此，本文对叠压供水技术在二次供水改造中的应用进行了探讨。

 

　　管网叠压供水系统是一种理想的节能供水设备，它是一种能直接与自来水管网连接，对自来水管网不会产生任何副作用的二次给水设备，在市政管网压力的基础上直接叠压供水，节约能源，并且还具有全封闭、无污染、占地量小、安装快捷、运行可靠、维护方便等诸多优点。其拥有传统二次供水方式所无法比拟的优势，必然成为将来高层建筑供水方式的主要发展方向之一。

 

1、管网叠压供水系统的设计研究

　　1.1搜集市政管网相关数据

　　使用管网叠压供水系统之前，需要向供水部门获取市政管网压力的波动情况，允分考虑市政管网的水量和水压变化情况。

 

　　1.2确定设备进水管径

　　使用管网叠压供水系统时，为了防止对市政管网附近的用户造成影响，设备的进水管管径宜比供水管网小两级或两级以上，或不大于供水管网过流断面积的1/3。

 

　　1.3重新确定改造项目中的用水量情况

 

　　1.3.1设计流量

　　叠压供水方式与传统一二次供水方式的设计用水量计算具有一定差别。按《管网叠压供水技术规程》中规定:建筑中使用叠压供水设备时，给水设计流量应符合下列要求:无高位水箱时，设备的设计流量应按设计秒流量确定。

 

　　1.3.2设备进水管流量Q进与总进水管流量Q总。

　　使用管网叠压供水系统时，无论设备中是否带有一定的储水容积，需保证设备进水量不小于设备设计流量，否则将无法有效利用市政压力，设备不能正常发挥其节能的优势。

 

　　多层建筑或高层建筑给水系统取消高位水箱后，系统一般采用图1的形式进行供水，即低区供水采用市政水直供，低区以上的楼层需要进行二次增压给水，设备不考虑市政管网直供用户。设备的设计流量由进水管供给，因此可知:

　　Q进=Q设

　　另外，总进水管还要承担低区用户的市政直供水量，其中市政直供水量按低区用户的设计秒流量乌氏确定，因此可知：

　　Q总=Q设+Q低

 

　　1.4设备的设计扬程

　　无论选用何种二次加压供水方式，系统的设计压力均应满足系统最不利点处用户水压的要求。

　　与传统二次加压给水方式不同的是，管网叠压供水设备能有效利用市政管网压力，在此基础上进行二次加压。如图2所示，在确定叠压供水设备设计扬程之前需要得出设备可利用的市政压力，即水泵进口压力。为无高位水箱的叠压供水系统，凡的值可通过下式求得:

　　式中:——市政供水管网接管点的水压，MPa;

　　h总损——从市政供水管网接管点到水泵进口的总水头损失，m;

　　△H——以市政供水管网接管点与水泵进口的几何高差，若市政供水管网接管点高于水泵进口取负值，反之取正值，m。

　　水泵的出口压力凡由设备供水范围内的用户所需水压确定，对于采用恒压控制方式的叠压供水系统，凡要求能满足系统设计压力，即满足系统最不利点处用户水压的要求，因此凡可按下式求得:

　　式中:P末设备供水范围内最不利点入户管所需压力，通常取0.1MPa;

　　h总损——水泵出口至最不利点入户管处之间的总水头损失，m;

　　△H——水泵出水口与最不利点入户管处的儿何高差，m。

　　水泵的二次加压造成泵后和泵前压力值的不同，因此变频调速水泵扬程H可通过下式求得:

　　H= 1.5对原有的市政引入管管径进行核算

 

　　管网叠压供水系统不设任何的调节构筑物，因此其设备设计流量按系统设计秒流量来确定，而改造前的供水系统由于具备一定的调节容积，设计流量则按最大时用水量来确定。对同一供水系统而言，最大时用水量一般比设计秒流量值小，因此原有的引入管对于直接与市政管网相连的管网叠压供水系统而言可能出现管径偏小的问题，容易导致引入管流速过大，从而对市政管网造成干扰。因此需用市政引入管的允许最大流速来衡量引入管管径的合理性，系统流量达到设计秒流量时核算原有引入管的流速是否超过允许的最大流速，流速过大的话则应该更换市政引入管以增大其管径。

 

2、二次供水系统改造实例

　　2.1改造项目概况

　　某小区四栋12层的住宅建筑建于80年代末期，建筑楼顶标高40m，每层4户，建筑面积约2.8万平方米，室内生活给水系统分为高、低两区，采用恒速水泵水箱联合供水方式，生活用水与消防用水合用贮水池，屋顶设有生活与消防用水合用水箱。其中，低区为1~5层，由市政直接供水;高区为6~12层，由水泵水箱联合供水。改造后经居民反映良好，生活用水水质明显改善，极少出现水压不足的现象。

 

　　该住宅建筑为二类普通住宅，每户为一卫一厨，室内配置有洗涤盆1个(N=1.00)、洗脸盆l个(N=0.75)、坐便器1个(N=0.50)、淋浴器l个(N=0.75)、洗衣机水嘴l个(N=100)，用水定额取250L/(人·d)，户均人数按3.5人计算。

 

　　据有关供水部门提供的资料，市政供水干管为DN300，小区所处位置市政压力波动范围为0.20~0.35MPa，供水量充足。

 

　　2.2原给水系统存在问题

　　(1)生活水泵为二十年前的液力耦合恒速泵，老化现象严重，容易发现轴封渗水与锈蚀现象，然而在现今已淘汰使用，配件难寻导致后期维修困难。

　　(2)生活与消防水池(箱)合用，二次污染情况较为严重，而且水池(箱)并没有采用分格设计，清洗时给水系统停水，影响居民的正常用水。

　　(3)生活给水管采用镀锌钢管腐蚀程度严重，排除外界环境的影响，水处理流程中混凝剂也是管道腐蚀的一个重要原因，因此使用时间过长的管道中的水质往往不符合国家标准《生活饮用水输配水设备及防护材料的安全性评价标准》的规定。

 

　　2.3改造方案

　　(1)生活给水系统可改造为叠压变频供水，进行区域集中加压以维持四栋12层住宅的正常供水。

　　(2)出于节能与卫生的考虑，改造方案把原有的低位水池、屋顶水箱改造消防专用的水池和水箱。

　　(3)原有的卧式液力耦合恒速泵更换为高效低噪的卧式多级调速泵，并更换给水管道。

 

　　2.4设计计算

　　根据《建筑给水排水设计规范》规定:最大用水时卫生器具给水当量平均出流概率:

　　式中:U0——生活给水管道的最大用水时卫生器具给水当量平均出流概率，%;

　　q0——最高日生活用水定额，L/(人·d)，取250L/(人·d);

　　m——每户用水人数，取3.5人;

　　Kh——小时变化系数，取2.8;

　　Ng——每户设置的卫生器具给水当量数，计算得Ng=4;

　　T——用水时数，h，取24h。故平均出流概率U。

　　故平均出流概率 每栋楼的高区共有28户，每户卫生器给水量数为4，因此四栋住宅建筑高区计算管段的卫生器具给水量数为4，因此四栋住宅建筑高区计算管段的卫生器具给水当量总数 。根据U0、 取值。查《建筑给水排水设计规范》附录D，采用插值法得设计秒流量 2.4节能率

 

　　经水力计算，水泵出口所需水压为580KPa(即系统设计压力)，小区的市政管网压力变化在0.20~0.35MPa，因此水泵扬程按330~480KPa选取。与原有供水方式比较，叠压供水方式中水泵扬程无需按系统设计压力来选取，取市政管网压力占系统设计压力的百分比可用于在工程上粗略计算叠压供水系统的节能率，因此对于本改造项目，改造后约能节省34.5%~60.3%的能量。

 

　　2.5设备选型

　　据自来水公司相关部门提供的资料，该居住小区所处区域市政供水量充足，室外给水管道允许流速为l.5m/S，可推算出市政管道的补水能力大于系统的设计秒流量，因此可选用体积较小的稳流罐。

 

　　最后选用长沙中赢品牌管网叠压供水设备，型号为：CSSDPR25-50/4-5.5。设备包括稳流罐 600，2台超静音变频调速管中泵 (一用一备)，设备控制柜，单台水泵流量为24m3/h，扬程48m，超量取水停泵压力设定为0.1MPa，起泵压力设定为0.2MPa。