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摘要：随着社会的发展，人们越来注重生活的安全和质量。箱式无负压供水系统因其具有节能、环保、长期效益明显等优点，在新建、改建及扩建项目中越来越广泛地被用到。本文结合工程实例，介绍了无负压供水设备的工作原理，总结了无负压供水设备安装方便、节能、减少二次污染、不影响市政管网水压等特点。
关键词：无负压供水设备；选型；应用
1.箱式无负压供水设备工作原理
通过微机控制变频调速来实现恒压供水，根据实际情况设定用水点工作压力，并时刻监测市政管网压力。当检测到自来水压力能满足用户用水压力时，系统直接通过市政管网给用户供水；当检测到自来水压力低于用户用水压力时，系统通过叠加、变频给用户供水；当检测到自来水压力低且接近零时，切断市政管网，进水，系统通过水箱变频方式给用户供水；为防止二次污染，定时通过水箱直接为用户供水。自动控制真空抑制器及稳流补偿器来抑制负压的产生，既充分利用了市政管网的压力，又不产生负压，不对市政管网产生任何不良影响，保证了用水的安全性。箱式无负压供水设备既能利用自来水管网的原有压力，又能动用足够的储存水量满足高峰期用水，且不会对自来水管网产生吸力。
① 当Q自> Q用时（Q自= 自来水流量；Q用= 用户用水量，下同）
此时水箱蓄水，至设计水位则浮球阀关闭（真空压力表的读数为正）。在自来水压力的作用下止回阀关闭，由此便构成了管道泵供水状态，此时水泵能有效地借用自来水管道原有的压力。
② 当Q自 因水泵的进水口直接与自来水管道相连接，若止回阀未打开，则水泵的进水口处便会产生负压。由于止回阀的底部压力小而上部压力大，故止回阀打开时水箱里的水在重力的作用下流向水泵入水口，此时O点的压力为：
Po=ρg（H-Hr）
式中：H ——水箱水面到止回阀上部的高度
Hr ——止回阀在额定流量下的局部阻力水头
ρ ——水的体积质量
g ——重力加速度
由于止回阀的正向阻力水头一般小于5KPa，因此只要Hmin>5 KPa（水箱水面到止回阀上部的最低高度，这可以在设计时得以保证）就能使 O 点的最小压力始终为正值，也就保证了自来水管道在水泵对接处始终不会出现负压。
③ 当Q自=Q用时
此为暂时的平衡点，它保持着系统的原有状态。
2.工程实例概况
某商业中心区，共有五层教学楼1栋、六层宿舍1栋、三层幼儿园一栋，总建筑面积为26995m2，最高建筑物高度22.45m。水源为市政给水管网，拟设两路进水，引入管管径为DN200，分别从小区东南和西南面市政路引入，市政供水压力低且不稳定：用水高峰期0.1～0.15 MPa，用水常态0.20Mpa左右。引入管总水表后设置小阻力倒流防止器，阻力不大于0.02～0.03MPa。无生活水池，最高日生活用水量为：188.4m3；最大时生活用水量为：24.4m3。
3.选型计算
按照《建筑给水排水设计规范》的规定水泵直接供水所需扬程按下式进行估算（以满足一栋楼的最不利点用水要求时水泵所需扬程为计算依据）：
Hb≥1.2Hy+Hc-H0
其中：Hb：水泵满足最不利点所需水压
Hy：最不利配水点与引入管的标高差，取23.05m
Hc：最不利配水点所需流出水头，取5m
H0：市政自来水管网的最小供水压力，取7m（考虑场地标高及经过设备时的阻力损耗）
市政给水正常时用水高峰时水泵满足最不利点所需的水压：
Hb =1.2 Hy + Hc - H0=1.2*23.05+5-7=25.66m
市政给水完全断开水箱供水时用水高峰时水泵满足最不利点所需的水压：
Hb =1.2 Hy + Hc - H0=1.2*23.05+5-0=32.66m
因此，系统选用的水泵所需扬程为不小于32.66m。
用水高峰时出水设备满足最不利状况所需的用水量：
Q 用=24.4m3
结合本项目的供水系统及实际用水特点，考虑设备及水泵的性能，市场常用的产品技术，对该工程的给水系统经过严格的比较和校核，该工程箱式无负压供水系统选型如下：
（1）选用容量为27m3组合式密闭不锈钢水箱一套，作为储水装备，满足最不利情况下的高峰用水量；电动阀分别设在设备吸水总管处和水箱出口处。一般情况下，吸水总管处电动阀常开，水箱出口处电动阀常闭，采用无负压设备加压供水。考虑到对水箱水质的要求，设定定期循环功能，可根据现场的用水情况和要求设定循环时间，到达设定时间，吸水总管处电动阀自动关闭，水箱出口处电动阀自动打开，设备自动采用水箱供水。水箱水位到达设定液位时或自取水箱一段时间后，吸水总管处电动阀自动打开，水箱出口处电动阀自动关闭，恢复无负压设备正常供水。自来水停水或压力较低时并低于极限时，吸水总管处电动阀自动关闭，水箱出口处电动阀自动打开，设备采用水箱供水。若水箱水位到达设定液位前自来水恢复供水，则吸水总管处电动阀电动阀自动打开，水箱出口处电动阀自动关闭，恢复正常无负压供水，若水箱水位到达最低液位前自来水仍未恢复供水，无负压设备自动停机保护，来水自动开机。
（2）选用格兰富立式多级离心泵三台（两用一备），型号：CR10-5，水泵参数：Q=10M3/H，H= 40.7M，N=2.2KW，满足流量、扬程相关要求；
（3）智能化电气控制柜一套，具备自动变频控制、自动巡检、远程控制等功能；
（4）无负压进水装置及防倒流装置及配套管路等；
（5）压力、液位信号采集、反馈设施。
4.效益分析
该项目为项目配套的基礎设施建设，由于原来设计未布置生活水池或水箱，按照传统供水方式设计与采用箱式无负压给水设备成本相差不多。在前期投入差别不大的情况下应该优先考虑长期运行成本较低、安全程度高、节能环保的供水方案。
箱式无负压给水设备采用全自动运行，不需专人值守，在系统设定的供水压力下，全智能运行，水泵自动切换，设备质量可靠，维护管理运行极为简单方便。每年可节省维护费用2～3万元；按广东省的有关规定，传统生活水池或水箱每年需清洗四次以上，需要大量的人力物力，造成不必要的资源浪费，清洗一次还需停水半天，给生活带来不便。由于箱式无负压供水设备是密闭的，且具有定期循环功能，因此可节省清洗费用约1万元。
仅以上两项，每年就比传统的二次给水系统节约3～4万元。而且箱式无负压给水系统采用全密闭结构系统，彻底防治了有水池水箱的跑、冒、滴、漏等浪费水资源的现象，可以杜绝污染，保障供水的安全。防止鼠、蚊虫以及防止有人投毒破坏。
箱式无负压给水设备与自来水输水管网直接串接，可充分利用自来水管网原有压力；采用智能变频控制技术，设备的电机泵在微机控制下，根据自来水的压力来调节电机的转速，只对自来水的进水压力和所需压力的差进行补压，不做无用功，节能效果显著，与传统设计的采用常规继电接触器控制的给水设备相比，节电可达20%～90%以上。密封式不锈钢组合水箱具有自清洁功能，一方面利用了市政管网的压力，降低了能耗，另外一方面，通过输入和输出水管的合理设置，自动清洁水箱，避免产生死水，影响饮水安全，同时也降低了安全防护措施费用。
5.结语
世界能源日趋紧张，如何有效地节约能源是一个摆在人们面前的课题。无负压供水技术具有节能、卫生安全、节约投资和管理方便等优点，因此无负压增压给水设备将是变频供水设备的发展与延伸。尽快制定该技术国家标准与规范，使无负压技术尽快推广、应用，对提高给水系统安全可靠性、节能等具有十分重要的意义。
关键词：无负压供水设备；选型；应用
1.箱式无负压供水设备工作原理
通过微机控制变频调速来实现恒压供水，根据实际情况设定用水点工作压力，并时刻监测市政管网压力。当检测到自来水压力能满足用户用水压力时，系统直接通过市政管网给用户供水；当检测到自来水压力低于用户用水压力时，系统通过叠加、变频给用户供水；当检测到自来水压力低且接近零时，切断市政管网，进水，系统通过水箱变频方式给用户供水；为防止二次污染，定时通过水箱直接为用户供水。自动控制真空抑制器及稳流补偿器来抑制负压的产生，既充分利用了市政管网的压力，又不产生负压，不对市政管网产生任何不良影响，保证了用水的安全性。箱式无负压供水设备既能利用自来水管网的原有压力，又能动用足够的储存水量满足高峰期用水，且不会对自来水管网产生吸力。
① 当Q自> Q用时（Q自= 自来水流量；Q用= 用户用水量，下同）
此时水箱蓄水，至设计水位则浮球阀关闭（真空压力表的读数为正）。在自来水压力的作用下止回阀关闭，由此便构成了管道泵供水状态，此时水泵能有效地借用自来水管道原有的压力。
② 当Q自
Po=ρg（H-Hr）
式中：H ——水箱水面到止回阀上部的高度
Hr ——止回阀在额定流量下的局部阻力水头
ρ ——水的体积质量
g ——重力加速度
由于止回阀的正向阻力水头一般小于5KPa，因此只要Hmin>5 KPa（水箱水面到止回阀上部的最低高度，这可以在设计时得以保证）就能使 O 点的最小压力始终为正值，也就保证了自来水管道在水泵对接处始终不会出现负压。
③ 当Q自=Q用时
此为暂时的平衡点，它保持着系统的原有状态。
2.工程实例概况
某商业中心区，共有五层教学楼1栋、六层宿舍1栋、三层幼儿园一栋，总建筑面积为26995m2，最高建筑物高度22.45m。水源为市政给水管网，拟设两路进水，引入管管径为DN200，分别从小区东南和西南面市政路引入，市政供水压力低且不稳定：用水高峰期0.1～0.15 MPa，用水常态0.20Mpa左右。引入管总水表后设置小阻力倒流防止器，阻力不大于0.02～0.03MPa。无生活水池，最高日生活用水量为：188.4m3；最大时生活用水量为：24.4m3。
3.选型计算
按照《建筑给水排水设计规范》的规定水泵直接供水所需扬程按下式进行估算（以满足一栋楼的最不利点用水要求时水泵所需扬程为计算依据）：
Hb≥1.2Hy+Hc-H0
其中：Hb：水泵满足最不利点所需水压
Hy：最不利配水点与引入管的标高差，取23.05m
Hc：最不利配水点所需流出水头，取5m
H0：市政自来水管网的最小供水压力，取7m（考虑场地标高及经过设备时的阻力损耗）
市政给水正常时用水高峰时水泵满足最不利点所需的水压：
Hb =1.2 Hy + Hc - H0=1.2*23.05+5-7=25.66m
市政给水完全断开水箱供水时用水高峰时水泵满足最不利点所需的水压：
Hb =1.2 Hy + Hc - H0=1.2*23.05+5-0=32.66m
因此，系统选用的水泵所需扬程为不小于32.66m。
用水高峰时出水设备满足最不利状况所需的用水量：
Q 用=24.4m3
结合本项目的供水系统及实际用水特点，考虑设备及水泵的性能，市场常用的产品技术，对该工程的给水系统经过严格的比较和校核，该工程箱式无负压供水系统选型如下：
（1）选用容量为27m3组合式密闭不锈钢水箱一套，作为储水装备，满足最不利情况下的高峰用水量；电动阀分别设在设备吸水总管处和水箱出口处。一般情况下，吸水总管处电动阀常开，水箱出口处电动阀常闭，采用无负压设备加压供水。考虑到对水箱水质的要求，设定定期循环功能，可根据现场的用水情况和要求设定循环时间，到达设定时间，吸水总管处电动阀自动关闭，水箱出口处电动阀自动打开，设备自动采用水箱供水。水箱水位到达设定液位时或自取水箱一段时间后，吸水总管处电动阀自动打开，水箱出口处电动阀自动关闭，恢复无负压设备正常供水。自来水停水或压力较低时并低于极限时，吸水总管处电动阀自动关闭，水箱出口处电动阀自动打开，设备采用水箱供水。若水箱水位到达设定液位前自来水恢复供水，则吸水总管处电动阀电动阀自动打开，水箱出口处电动阀自动关闭，恢复正常无负压供水，若水箱水位到达最低液位前自来水仍未恢复供水，无负压设备自动停机保护，来水自动开机。
（2）选用格兰富立式多级离心泵三台（两用一备），型号：CR10-5，水泵参数：Q=10M3/H，H= 40.7M，N=2.2KW，满足流量、扬程相关要求；
（3）智能化电气控制柜一套，具备自动变频控制、自动巡检、远程控制等功能；
（4）无负压进水装置及防倒流装置及配套管路等；
（5）压力、液位信号采集、反馈设施。
4.效益分析
该项目为项目配套的基礎设施建设，由于原来设计未布置生活水池或水箱，按照传统供水方式设计与采用箱式无负压给水设备成本相差不多。在前期投入差别不大的情况下应该优先考虑长期运行成本较低、安全程度高、节能环保的供水方案。
箱式无负压给水设备采用全自动运行，不需专人值守，在系统设定的供水压力下，全智能运行，水泵自动切换，设备质量可靠，维护管理运行极为简单方便。每年可节省维护费用2～3万元；按广东省的有关规定，传统生活水池或水箱每年需清洗四次以上，需要大量的人力物力，造成不必要的资源浪费，清洗一次还需停水半天，给生活带来不便。由于箱式无负压供水设备是密闭的，且具有定期循环功能，因此可节省清洗费用约1万元。
仅以上两项，每年就比传统的二次给水系统节约3～4万元。而且箱式无负压给水系统采用全密闭结构系统，彻底防治了有水池水箱的跑、冒、滴、漏等浪费水资源的现象，可以杜绝污染，保障供水的安全。防止鼠、蚊虫以及防止有人投毒破坏。
箱式无负压给水设备与自来水输水管网直接串接，可充分利用自来水管网原有压力；采用智能变频控制技术，设备的电机泵在微机控制下，根据自来水的压力来调节电机的转速，只对自来水的进水压力和所需压力的差进行补压，不做无用功，节能效果显著，与传统设计的采用常规继电接触器控制的给水设备相比，节电可达20%～90%以上。密封式不锈钢组合水箱具有自清洁功能，一方面利用了市政管网的压力，降低了能耗，另外一方面，通过输入和输出水管的合理设置，自动清洁水箱，避免产生死水，影响饮水安全，同时也降低了安全防护措施费用。
5.结语
世界能源日趋紧张，如何有效地节约能源是一个摆在人们面前的课题。无负压供水技术具有节能、卫生安全、节约投资和管理方便等优点，因此无负压增压给水设备将是变频供水设备的发展与延伸。尽快制定该技术国家标准与规范，使无负压技术尽快推广、应用，对提高给水系统安全可靠性、节能等具有十分重要的意义。