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摘要：近年来，无负压供水设备发展迅猛，本文对无负压供水设备的应用特点作出了客观的分析。通过目前市场上无负压供水设备及其应用情况的综合分析，针对存在的不足问题，提出无负压供水设备的技术改进方法。
关键词：无负压供水设备特点分析问题技术改进方法
前言
随着城市现代化步伐的加快，新建高层建筑在城市居住小区所占的比例不断增加，我国市政自来水管网压力已远远不能满足高层建筑的用水需求 ，因此二次供水设施技术也逐步更新并在大中城市应用推广。据不完全统计 ，目前我国约 60 %以上的城镇居民均使用二次加压供水 ，二次供水方式普遍。传统的供水方式是将市政自来水泄至水池或水箱，然后通过二次加压泵站将水供给到用户，以保证每一个用户的用水要求。但由于管理不善、水池、水箱缺乏定期的清洗、二次消毒措施失效以及系统本身的缺陷，造成的水质二次污染已直接影响了供水水质安全，甚至产生了严重的水质污染事故。正是在以上相关的背景下，二次供水设备从最早的水塔式供水、高低位水箱供水、气压罐供水、变频供水逐步发展为無负压设备供水。无负压供水设备的研制成功并引入市场弥补了传统供水方式的不足。
1.无负压给水设备的特点分析
我国采用的传统的给水二次加压供水系统大致有以下三种方式： ：
1 ）.自来水管网---水池或水箱---水泵---高位水箱--- 用户 ，为高位水箱供水方式 ，其应用时间最早。 2 ）.自来水管 网---水池或水箱---水泵---气压水罐---用户，为气压给水方式 。此种方式在 20世纪 80年代中后期曾在我国盛行，但由于气压水罐调节容量小 、供水压力变化大、水泵启停频率 、存在压缩气体的额外水泵扬程浪费等问题 ，目前在生活给水系统中很少使用。3）.自来水管网--- 水池或水箱----水泵变频----用户，为变频调速给水方式，是20世纪90年代随着变频技术的逐步应用而发展起来的一种二次供水方式，目前仍然应用普遍。上述三种供水方式均设有水池或水箱 ，统称为传统二次供水方式 。在上述供水方式中均存在以下通病，一是开放式的水池或水箱的存在，不可避免存在着水质的二次污染，而且水池、水箱的定期清洗、消毒与水质检验必不可缺，其维护、管理麻烦，占地大，投资高，浪费水源；二是不能利用自来水管网压力，运行能耗大【1】。
直到2003年“非典”期间，人们才对二次供水污染的严重性有了清醒的认识，一种新型供水方式——无负压给水增压设备开始得到应用，无负压给水设备不设储水池，直接从市政管网吸水，设备工作时，通过设备的控制方式、稳流调节、 负压补偿、预压平衡等高新技术变频加压， 使供水设备与自来水管网直接串接，不产生负压；不影响直供区以及周围用户供水，对自来水管网的动压没有影响。
无负压供水设备供水方式较之传统二次加压供水设备供水存在以下优点：
1）.不需要修建水箱，节省了大量水泵房建设面积，投资节省费用可达50%左右；可充分利用自来水市政管网的压力，节能效果显著，可节省运行费 30 %--90 %以上。 可避免因修建水箱而引起的一系列管理上的问题。
2）.无须相应的消毒设备，免除了定期清洗消毒的费用，无负压供水设备成套供应，投资小而且设备总的体积小，节省大量占地面积，间接经济效益非常可观。
3）.设备为全封闭结构，不存在跑、冒、滴、漏现象，更不必担心水质受到污染和人为破坏，彻底杜绝二次加压供水系统中的二次污染，保证用户供水安全，达到自来水直供水质标准。
4）.整套设备具有完美的过载、短路、过压、欠压、缺相、过流、短路、水源缺水等自动保护功能，无负压供水设备在异常情况下能进行信号报警、自检、故障判断等。全自动运行时完全做到无人值守， 节省大量管理费用；设备平均运行频率低，水泵可以轮流启动，减少了设备磨损和故障率，延长了设备使用寿命，设备寿命可延长3倍以上，降低了日常的设备维护维修费用。
5）.设备成套供应， 安装调试简单方便。
无负压给水设备有它的优点与优势，同样也存在以下不足需要技术改进：
1）.供水可靠性不如传统供水系统：由于无负压供水设备不设储水池，而设缓冲罐且容积小，没有足够的调节储量，当市政供水有故障时，整个设备即停止运行，用户将处于停水状态。当市政供水量不能满足用户高峰期用水量时，为了不对管网产生抽吸，设备水泵将调速运行，也无法确保用户用水的可靠性。对于市政管网为枝状管网供水的用户，这个问题显得更加突出。对于用户最大用水量大于自来水管网最小进水量和用户用水非常集中，比如学校，无负压供水设备就不能适合。
2）.不可忽视“瞬变流”对管网的冲击，当供水系统的瞬时给水流量较大时，容易导致市政管网较大的水压波动，影响周边用户的正常用水，甚至使管网出现负压，管网水质极易受到二次污染，在密闭的压力输配液体的长距离管路中，瞬间产生负压的现象是常见或不可避免的。
3）.管网叠压的不确定性造成选泵困难及运行中不良工况的出现。水泵吸水口可叠加的压力大小是不容易准确定量的问题。在设计选泵时,有可能无法得到准确的数据,因为管网压力并非稳定,而是受很多因素的影响而变动,如管网供水“时变化曲线”的高峰和低谷,管网运行调度跟踪用水量变化不及时；管网受瞬变流的冲击等情况均会使管网压力变化,有时会幅度很大；用户根据需要,随机性地开启、调节或关闭水咀等等，这种调节流量的动作从理论上讲是用户用水操作改变了管路阻力特性曲线而使水泵工况改变,因而产生了偏差。另外,水泵可叠加的管网压力是由管网在引水管接口处的压力和引水管路阻力特性两项数据决定的,是随流量变化的函数,也是一个变量。管网叠压的不确定性,造成了水泵运行工况难以把握。因此如何配泵、如何控制、如何节电等应值得深入研究。
4）.传统变频供水设备的另一项固有缺点是定速泵投入或退出系统的切换过程存在严重的缺陷。由于两台泵或三台泵交替使用一台变频器供电，因此，当一台变频泵工作到50赫兹仍不能满足用水需要时，要将变频电源切断，改用工频电源,然后将变频器投入到第二台水泵，使其软启动并在调节系统控制下运转。这样的过程,首先是瞬间断电、断水使管路压力陡降或产生水锤，造成对系统强烈冲击，是对安全运行的一次威胁。同时,对于电气系统这也是一次严重“冲击”,对变频器、电动机及切换电器都有损害。在切换过程中变频器是在最大负荷电流时(频率接近50赫兹时)突然卸载,这会损害大功率开关管或减少其寿命。对于电动机突然失电、过猛的冲击,有损机电部件寿命。同时,在电机断电后仍存在反向感应电势之时,再次合闸供上工频电源则会产生很大的电流冲击。而对于此时的变频器来说,在其卸载过程中,内部电容正在放电,又突然加上待启动的电机低感抗负载,,启动电流则会很大。电气系统的冲击往往会导致保护跳闸,而使供水中断。在水泵叠压之后,切换过程中水流和电流的冲击都会加大，系统的可靠性面临考验。，
5）.有关无负压给水设备的行业标准编制工作还在进行中，如果不加限制地将无负压给水设备接入市政管网，就可能使市政供水管网超过承受能力，而且也可能使劣制产品趁虚而入，给用户用水和管网安全带来隐患。
3.无负压给水设备的技术改进方法
基于无负压给水设备的以上不足，对无负压设备作如下技术改进：
1）. 合理设置自动清洁保压式调节水箱，无负压供水设备通过增加水箱的调节作用，对市政管網在高峰用水期将有较大的调节作用，可以改善管网的高峰用水紧张状况，缓解管网高峰供水压力，并且不受市政原有供水管网管径小、供水量小的限制，有利于提高整个管网的运行效率。
2）. 自动清洁保压式调节水箱的设置很大程度缓解了这一问题。因为增加调节水箱使得储水量比单设缓冲罐的储水量大大加强，是改进后的设备同时具有了无负压供水设备和传统变频供水设备的优点。
3）.对这一问题的技术改进是比较困难的，需要收集积累大量的用水城市的供水资料、供水管网系统资料、用水情况、实际运行资料等来深入研究。
4）. 采用先进的智能化数控变频控制系统，变频器采用软启动、软停止功能。为了防止无负压供水设备故障的发生，必须设置闭锁保护并设有熔断器进行保护。可以将变频无负压给水设备根据用户用水特点设置多段供水方式，一般设置一天六时段不同压力供水即可满足用户需要。时间设置可在人机界面上操作修改，操作简单方便。设置好后由程序自动控制运行，根据预先设置好的时间自动更改出口压力恒定值。该供水方式是在原有变频恒压基础上进行的分时段供水，系统可在不同时间段内设定不同的压力值，在用水高峰期时，管网水头损失较大，为保证最不利点正常供水，出水口可设定较高压力值；在一般用水量时，管网水头损失相对减少，出水口设定压力可适当降低；在小流量时，管网水头损失较小，出水口压力可以再适当降低；该供水方式可在原有变频供水的基础上进一步降低设备的后期运行费用。
5）. 建议供水企业对无负压供水设备实行统一的管理，对每台设备建立档案，做到供应到用户的设备台台跟踪负责。因为单从某一建筑来看无负压设备的使用没有问题，但如果在某一区域集中使用这种设备，很可能会对自来水管网的运行造成影响。对于产品制造商生产的产品必须取得地方卫生行政部门颁发的卫生许可证，应既符合系统密封不产生二次污染的要求，又具有防负压控制和负压消除功能。
4.结语
鉴于无负压供水设备较传统的二次水箱加压方式有很多优点，但其在城市中应用与推广必须以市政供水管网水力条件具备为前提的。无负压给水设备作为一种二次增压设备，直接从市政供水管网上抽水，如果安装使用不当，极有可能使供水管网的压力失去平衡，造成管网安全事故。因此，在选用无负压设备的问题上应科学分析，认真选择。对采用无负压产品的工程，设备的运行控制应尽可能采用先进的智能化系统；对市政供水量小管径小的情况下增设自动清洁保压式调节水箱；通过积累大量的供水、用水、运行资料的分析研究；供水企业实行统一管理，严格审查批准，建立档案等改进措施，使无负压供水设备运行利于缓解市政管网的供需矛盾、提高管网用水高峰调节能力将管网与无负压给水设备结合成高效节能的运行整体，确保供水卫生安全。在管理、设计、用户及制造商的共同努力下，通过对无负压供水设备的不断技术改进，就能使无负压给水设备的使用更科学、更合理、更环保、更节能，造福于社会。
参考文献：
夏伟光．探讨无负压给水设备的应用． 《水务世界》 .2010年第5期 37-40页
作者简介
姓名：陈宪刚 性别：男 民族：汉 出生年月：1976.03.23单位：青岛恩马房地产开发有限公司
学历职称：本科 工程师
关键词：无负压供水设备特点分析问题技术改进方法
前言
随着城市现代化步伐的加快，新建高层建筑在城市居住小区所占的比例不断增加，我国市政自来水管网压力已远远不能满足高层建筑的用水需求 ，因此二次供水设施技术也逐步更新并在大中城市应用推广。据不完全统计 ，目前我国约 60 %以上的城镇居民均使用二次加压供水 ，二次供水方式普遍。传统的供水方式是将市政自来水泄至水池或水箱，然后通过二次加压泵站将水供给到用户，以保证每一个用户的用水要求。但由于管理不善、水池、水箱缺乏定期的清洗、二次消毒措施失效以及系统本身的缺陷，造成的水质二次污染已直接影响了供水水质安全，甚至产生了严重的水质污染事故。正是在以上相关的背景下，二次供水设备从最早的水塔式供水、高低位水箱供水、气压罐供水、变频供水逐步发展为無负压设备供水。无负压供水设备的研制成功并引入市场弥补了传统供水方式的不足。
1.无负压给水设备的特点分析
我国采用的传统的给水二次加压供水系统大致有以下三种方式： ：
1 ）.自来水管网---水池或水箱---水泵---高位水箱--- 用户 ，为高位水箱供水方式 ，其应用时间最早。 2 ）.自来水管 网---水池或水箱---水泵---气压水罐---用户，为气压给水方式 。此种方式在 20世纪 80年代中后期曾在我国盛行，但由于气压水罐调节容量小 、供水压力变化大、水泵启停频率 、存在压缩气体的额外水泵扬程浪费等问题 ，目前在生活给水系统中很少使用。3）.自来水管网--- 水池或水箱----水泵变频----用户，为变频调速给水方式，是20世纪90年代随着变频技术的逐步应用而发展起来的一种二次供水方式，目前仍然应用普遍。上述三种供水方式均设有水池或水箱 ，统称为传统二次供水方式 。在上述供水方式中均存在以下通病，一是开放式的水池或水箱的存在，不可避免存在着水质的二次污染，而且水池、水箱的定期清洗、消毒与水质检验必不可缺，其维护、管理麻烦，占地大，投资高，浪费水源；二是不能利用自来水管网压力，运行能耗大【1】。
直到2003年“非典”期间，人们才对二次供水污染的严重性有了清醒的认识，一种新型供水方式——无负压给水增压设备开始得到应用，无负压给水设备不设储水池，直接从市政管网吸水，设备工作时，通过设备的控制方式、稳流调节、 负压补偿、预压平衡等高新技术变频加压， 使供水设备与自来水管网直接串接，不产生负压；不影响直供区以及周围用户供水，对自来水管网的动压没有影响。
无负压供水设备供水方式较之传统二次加压供水设备供水存在以下优点：
1）.不需要修建水箱，节省了大量水泵房建设面积，投资节省费用可达50%左右；可充分利用自来水市政管网的压力，节能效果显著，可节省运行费 30 %--90 %以上。 可避免因修建水箱而引起的一系列管理上的问题。
2）.无须相应的消毒设备，免除了定期清洗消毒的费用，无负压供水设备成套供应，投资小而且设备总的体积小，节省大量占地面积，间接经济效益非常可观。
3）.设备为全封闭结构，不存在跑、冒、滴、漏现象，更不必担心水质受到污染和人为破坏，彻底杜绝二次加压供水系统中的二次污染，保证用户供水安全，达到自来水直供水质标准。
4）.整套设备具有完美的过载、短路、过压、欠压、缺相、过流、短路、水源缺水等自动保护功能，无负压供水设备在异常情况下能进行信号报警、自检、故障判断等。全自动运行时完全做到无人值守， 节省大量管理费用；设备平均运行频率低，水泵可以轮流启动，减少了设备磨损和故障率，延长了设备使用寿命，设备寿命可延长3倍以上，降低了日常的设备维护维修费用。
5）.设备成套供应， 安装调试简单方便。
无负压给水设备有它的优点与优势，同样也存在以下不足需要技术改进：
1）.供水可靠性不如传统供水系统：由于无负压供水设备不设储水池，而设缓冲罐且容积小，没有足够的调节储量，当市政供水有故障时，整个设备即停止运行，用户将处于停水状态。当市政供水量不能满足用户高峰期用水量时，为了不对管网产生抽吸，设备水泵将调速运行，也无法确保用户用水的可靠性。对于市政管网为枝状管网供水的用户，这个问题显得更加突出。对于用户最大用水量大于自来水管网最小进水量和用户用水非常集中，比如学校，无负压供水设备就不能适合。
2）.不可忽视“瞬变流”对管网的冲击，当供水系统的瞬时给水流量较大时，容易导致市政管网较大的水压波动，影响周边用户的正常用水，甚至使管网出现负压，管网水质极易受到二次污染，在密闭的压力输配液体的长距离管路中，瞬间产生负压的现象是常见或不可避免的。
3）.管网叠压的不确定性造成选泵困难及运行中不良工况的出现。水泵吸水口可叠加的压力大小是不容易准确定量的问题。在设计选泵时,有可能无法得到准确的数据,因为管网压力并非稳定,而是受很多因素的影响而变动,如管网供水“时变化曲线”的高峰和低谷,管网运行调度跟踪用水量变化不及时；管网受瞬变流的冲击等情况均会使管网压力变化,有时会幅度很大；用户根据需要,随机性地开启、调节或关闭水咀等等，这种调节流量的动作从理论上讲是用户用水操作改变了管路阻力特性曲线而使水泵工况改变,因而产生了偏差。另外,水泵可叠加的管网压力是由管网在引水管接口处的压力和引水管路阻力特性两项数据决定的,是随流量变化的函数,也是一个变量。管网叠压的不确定性,造成了水泵运行工况难以把握。因此如何配泵、如何控制、如何节电等应值得深入研究。
4）.传统变频供水设备的另一项固有缺点是定速泵投入或退出系统的切换过程存在严重的缺陷。由于两台泵或三台泵交替使用一台变频器供电，因此，当一台变频泵工作到50赫兹仍不能满足用水需要时，要将变频电源切断，改用工频电源,然后将变频器投入到第二台水泵，使其软启动并在调节系统控制下运转。这样的过程,首先是瞬间断电、断水使管路压力陡降或产生水锤，造成对系统强烈冲击，是对安全运行的一次威胁。同时,对于电气系统这也是一次严重“冲击”,对变频器、电动机及切换电器都有损害。在切换过程中变频器是在最大负荷电流时(频率接近50赫兹时)突然卸载,这会损害大功率开关管或减少其寿命。对于电动机突然失电、过猛的冲击,有损机电部件寿命。同时,在电机断电后仍存在反向感应电势之时,再次合闸供上工频电源则会产生很大的电流冲击。而对于此时的变频器来说,在其卸载过程中,内部电容正在放电,又突然加上待启动的电机低感抗负载,,启动电流则会很大。电气系统的冲击往往会导致保护跳闸,而使供水中断。在水泵叠压之后,切换过程中水流和电流的冲击都会加大，系统的可靠性面临考验。，
5）.有关无负压给水设备的行业标准编制工作还在进行中，如果不加限制地将无负压给水设备接入市政管网，就可能使市政供水管网超过承受能力，而且也可能使劣制产品趁虚而入，给用户用水和管网安全带来隐患。
3.无负压给水设备的技术改进方法
基于无负压给水设备的以上不足，对无负压设备作如下技术改进：
1）. 合理设置自动清洁保压式调节水箱，无负压供水设备通过增加水箱的调节作用，对市政管網在高峰用水期将有较大的调节作用，可以改善管网的高峰用水紧张状况，缓解管网高峰供水压力，并且不受市政原有供水管网管径小、供水量小的限制，有利于提高整个管网的运行效率。
2）. 自动清洁保压式调节水箱的设置很大程度缓解了这一问题。因为增加调节水箱使得储水量比单设缓冲罐的储水量大大加强，是改进后的设备同时具有了无负压供水设备和传统变频供水设备的优点。
3）.对这一问题的技术改进是比较困难的，需要收集积累大量的用水城市的供水资料、供水管网系统资料、用水情况、实际运行资料等来深入研究。
4）. 采用先进的智能化数控变频控制系统，变频器采用软启动、软停止功能。为了防止无负压供水设备故障的发生，必须设置闭锁保护并设有熔断器进行保护。可以将变频无负压给水设备根据用户用水特点设置多段供水方式，一般设置一天六时段不同压力供水即可满足用户需要。时间设置可在人机界面上操作修改，操作简单方便。设置好后由程序自动控制运行，根据预先设置好的时间自动更改出口压力恒定值。该供水方式是在原有变频恒压基础上进行的分时段供水，系统可在不同时间段内设定不同的压力值，在用水高峰期时，管网水头损失较大，为保证最不利点正常供水，出水口可设定较高压力值；在一般用水量时，管网水头损失相对减少，出水口设定压力可适当降低；在小流量时，管网水头损失较小，出水口压力可以再适当降低；该供水方式可在原有变频供水的基础上进一步降低设备的后期运行费用。
5）. 建议供水企业对无负压供水设备实行统一的管理，对每台设备建立档案，做到供应到用户的设备台台跟踪负责。因为单从某一建筑来看无负压设备的使用没有问题，但如果在某一区域集中使用这种设备，很可能会对自来水管网的运行造成影响。对于产品制造商生产的产品必须取得地方卫生行政部门颁发的卫生许可证，应既符合系统密封不产生二次污染的要求，又具有防负压控制和负压消除功能。
4.结语
鉴于无负压供水设备较传统的二次水箱加压方式有很多优点，但其在城市中应用与推广必须以市政供水管网水力条件具备为前提的。无负压给水设备作为一种二次增压设备，直接从市政供水管网上抽水，如果安装使用不当，极有可能使供水管网的压力失去平衡，造成管网安全事故。因此，在选用无负压设备的问题上应科学分析，认真选择。对采用无负压产品的工程，设备的运行控制应尽可能采用先进的智能化系统；对市政供水量小管径小的情况下增设自动清洁保压式调节水箱；通过积累大量的供水、用水、运行资料的分析研究；供水企业实行统一管理，严格审查批准，建立档案等改进措施，使无负压供水设备运行利于缓解市政管网的供需矛盾、提高管网用水高峰调节能力将管网与无负压给水设备结合成高效节能的运行整体，确保供水卫生安全。在管理、设计、用户及制造商的共同努力下，通过对无负压供水设备的不断技术改进，就能使无负压给水设备的使用更科学、更合理、更环保、更节能，造福于社会。
参考文献：
夏伟光．探讨无负压给水设备的应用． 《水务世界》 .2010年第5期 37-40页
作者简介
姓名：陈宪刚 性别：男 民族：汉 出生年月：1976.03.23单位：青岛恩马房地产开发有限公司
学历职称：本科 工程师