无负压给水设备在建筑给排水中的应用

无负压给水设备在建筑给排水中的应用

夏志全

中国葛洲坝集团房地产开发有限公司北京

摘要：无负压给水设备作为一种新型的供水设备，有比传统供水设备很大的优势，比如节能、环保、避免二次污染，但也有一些自身的缺陷。设计时要根据无负压设备自身的特点、扬长避短合理利用，本文从无负压设备的原理、特点、适用范围、设计和计算、选泵等方面进行了讨论，以求得同行的探讨和指正，同时无负压给水设备虽然已经推广多年，但无负压给水设备设计需要从规范上进一步标准化。

关键词：无负压给水设备、设计流量、设计秒流量、杨程

正文：随着社会经济的迅猛发展，人们生活质量不断提高，对生活用水的水质要求也日趋提高，由此可见，合理利用水资源，减少水源污染，是一项持久且艰巨的任务。目前，给排水设备从环保、节能方面考虑，在技术改进上有了更大的突破，无负压给水设备是建设部推荐的节能型供水系统，在工程中大量的使用，但在无负压给水系统设计中存在很多争议，下面就无负压给水设备原理、适用范围及如何设计进行讨论。

一、无负压给水设备工作原理

无负压给水设备是利用变频调速给水技术、真空抑制与稳流补偿技术和全密闭自动平衡结构设计，实现与市政供水管道直接串接加压而不产生负压，不影响其他用户用水的给水装置。

设备投入使用，市政自来水管网的水进入稳流罐，罐内空气从稳流罐上部真空抑制器排出，待水充满罐后,真空抑制器自动关闭。水泵运行有如下几种情况：

1.当市政自来水管网压力满足用水压力及水量要求时，水由该设备旁通管向用水管网直接供水，水泵不必工作；

2.当市政自来水管网压力不能满足用水压力及水量要求时，系统压力信号由远传压力表反馈给变频控制器，水泵运行，并根据用水量的大小自动调节水泵转速恒压供水，若运转水泵达到工频转速时，则自动切换到另一台水泵变频运行，始终保持恒压供水；

3.水泵供水时,若市政自来水管网的供水量大于水泵流量,系统保持正常供水；用水高峰时，若市政自来水管网水量小于水泵流量时，稳流调节器内的水作为补充水源仍能正常供水。随着罐内水量的减少，空气由真空抑制器进入稳流罐，罐内真空遭到破坏，确保了市政自来水管网不产生负压,用水高峰过后，系统又恢复到正常供水状态。当市政自来水管网停水，稳流罐内液位不断下降到一定程度时，液位传感器将信号反馈给变频控制柜，水泵自动停机，保护整个机组设备。夜间小流量供水且管网压力不能满足要求时，小型隔膜式气压罐可以为管网供水，避免大泵频繁起动，进一步节能。

二、无负压给水设备特点

2.1优点

1.直接与市政给水管网通过供水管道串接，可利用市政给水管网的自然压力，运行节能。

2.系统100％全密闭设计，不与外界空气连通，避免水质二次污染。

3.无需设置水池、水箱及消毒设施，可节省占地和投资。

4.无“跑、冒、滴、漏、渗”和水池、水箱定期清洗所损耗的水资源，避免水浪费。

5.便于扩建、改建和搬迁。

6.自动化控制程度高，保护功能齐全，无需值守，全自动运行，而且维护简单。

2.2缺点

1.调节容积小，对进水量要求比较高，无贮备水量，当出现长时间停水时，将会出现断水现象，供水可靠性不高。

2.对电源要求较高，必须可靠，保护功能要求齐全。

3.系统控制复杂、设备成本较高。

三、无负压给水设备的适用范围

3.1适合采用无负压给水设备的情况

可适用于直接由市政给水管网通过供水管抽水的生活、生产用水的二次加压供水系统，主要包括：

1.市政给水管网的供水量足够，水压不能满足要求的场合。

2.市政给水管网可利用水压较高的场合。

3.不适宜设置贮水设备、防止对水质产生污染的场合。

注：以上场合使用无负压给水设备时，需要取得主管部门批准和自来水公司的同意（《城市供水条例》规定；禁止在城市公共管道上直接装泵抽水）。

3.2不适合采用无负压给水设备的情况

无负压供水设备缺少蓄水池，市政供水一有故障，整个设备瘫痪，用户没水用，供水可靠性不高。不适宜采用无负压给水设备的情况主要包括：

1.对用水要求高的建筑物。

2.消防用水。

3.可能对市政供水管网造成不良影响的相关行业。

四、无负压给水设备的设计与计算

4.1设计流量

无负压给水设备应满足给水系统的设计流量要求。当给水系统中无调节水量设施时，无负压给水系统的设计流量应按给水系统的设计秒流量确定；当给水系统中有调节水量设施时，其设计流量则按最大小时流量确定或按最大小时流量乘以K系数取定。

《建筑给排水设计规范》中计算流量所使用的是概率法，不同建筑类型其出水概率不同，计算的数学模型也是不同的，在分清住宅类型后通过公式套用，依据下文即可计算出设计流量。流量计算分为：住宅、公建、集中三大类型，具体计算方式如下：

4.1.1住宅类型即：居住小区的室外给水管道的设计流量计算。

居住小区流量计算分为两种计算方式：

类型A：按设计秒流量计算；

类型B：按设计小时流量计算。

（1）类型A：设计水量按建筑物的生活用水设计秒流量确定。

计算步骤：Ng计算—UO计算—Ng总计算—查表

Ng计算

Ng—每户设置的卫生器具给水当量数。

100×q0×m×Kh

UO=——————————(％)

0.2×Ng×T×3600

UO—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（％）；

m—每户用水人数；

q0——每人最高用水日的用水额；

Kh——小时变化细数；

T—用水小时数；

Ng总=（每户给水当量）×户数=Ng×户数

查表：依据以上步骤所得Ng总值，查阅《规范》：附录D，得出流量。计算所得单位为：秒流量，乘以3.6即转化为：小时流量。

（2）类型B：设计水量按建筑物的生活用水设计小时流量确定。

q0×m×Kh

q=———————

T×1000

q—计算管网的给水设计流量；（计算所得单位为m3/h）

（3）两种类型计算方式的适用范围说明

原设计水量按住宅用水人数3000人来划分，即当：m≤3000人时，设计流量按秒流量计算，当m≥3000人时，由于用水人数的增多，通过概率法计算，设计秒流量与设计小时流量非常接近，小时供水流量的取值即可表现具名用水流量需求的真实情况，所以住宅设计流量按小时流量计算。除此之外，新《建筑给排水设计规范》中规定了较为合理的划分范围，此划分范围与住宅最高日用水量定额、用水小时变化系数、每户卫生器具当量有关。

4.1.2公建类型

宿舍（Ⅰ、Ⅱ类）、旅馆、宾馆、酒店式公寓、医院、疗养院、幼儿园、养老院、办公楼、商场、图书馆、书店、客运站、航站楼、会展中心、中小学教学楼公共厕所等建筑的生活给水设计流量。

计算公式：qg=0.2aNg0.5

qg——计算管段的给水设计秒流量；计算所得单位为：秒流量，乘以3.6即转化为：小时流量。

a—根据建筑物用途而定的系数，按《建筑给排水设计规范》表：3.6.5取值。

4.1.3集中类型

宿舍（Ⅲ、Ⅳ类）、工业企业的生活间、公共浴室、职工食堂或营业餐馆的厨房、体育场馆、剧院、普通理化实验室等建筑的生活给水管道的设计流量。

qg=∑q0n0b

q0——同类型的一个卫生器具给水额定流量。

n0——同类型卫生器具数。

b—卫生器具的同时给水百分数，按《建筑给排水设计规范》表3.6.6-1-表3.6.6-3采用

4.2设计扬程

无负压给水设备的设计扬程应满足最不利配水点所需水压。当系统较为复杂，最不利点配水点不易区别时，要选择若干个较不利的配水点进行设计，经比较后确定最不利配水点，以保证所有配水点的水压要求。

1、无负压给水设备的设计扬程

H≥H1+H2+H3+H4-H0

H——设计扬程（mH2O）

H1——引入管在设备连接点至最不利配水点处的标高差；

H2——引入管在设备连接点至最不利配水点处的沿程水头损失；

H3——引入管在设备连接点至最不利配水点处的局部水头损失；

H4——最不利配水点所需的流出水头；

H0——最小进水压力，即引入管在设备连接点的市政供水管网可利用水压。

五、无负压给水设备选型

正确地选用水泵几组，对节省投资、降低运行管理费用、节省能源、保证供水的安全可靠性具有重要的作用，水泵选择应遵守下列原则：

1、所选用水泵应满足最高日各个时刻流量和杨程的要求，保证供水的安全可靠性。

2、依据所选水泵构造的泵房尺寸、布置及造价最小。

3、水泵长期在高效率下工作，运行及管理费用低。

4、在水泵供水能力应考虑近、远期结合，留有发展余地。

六、前景与展望

无负压给水设备是供水技术上的一次改革，虽然在技术和规范上还有需要进一步完善，但是无负压设备具有无毒、无害、清洁卫生，属于环保型的产品，并且有效地改善了供水局面，解决了二次供水污染问题和浪费水源等弊端，有着广阔的空间得以推广应用。

参考文献：

［1］GB50015-2003《建筑给水排水设计规范》（2009版）北京：中国计划出版社，2010年。

［2］GB50242—2002《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范》北京：中国建筑工业出版社，2002年。

［3］GB50016-2014《建筑设计防火规范》北京：中国计划出版社2014年。