浅谈叠压供水技术在市政给水管网中的应用

浅谈叠压供水技术在市政给水管网中的应用
摘要：文章简述了叠压供水技术，又称无负压供水技术，近年来已成为市政给水管网设计中经常使用的加压手段。

该技术通过全封闭式的增压稳流设备，经微机控制变频调速来实现恒压供水，很大程度上解决了二次供水外部污染问题。

但是，由于目前市政给水规范中，关于叠压供水仍缺乏相应的技术和产品标准，因此，在工程实践中，供水企业存在理解上的差异。

本文通过对叠压供水技术的应用原理和推广应用存在问题进行探讨，并提出相应的建议，供同行参考。

关键词：叠压供水；市政给水；供水技术
1叠压供水技术的应用原理
随着社会经济的发展，伴随城市供水水质标准的不断提高，城市高层建筑大量建设；受市政给水管网技术上的制约，高层建筑的供水系统基本上是采用“城市自来水———地下储水池———水泵加压———屋顶水箱———用户”的传统的“二次供水”模式。

该模式下，市政给水管网压力被极度破坏和浪费，所引发的“二次污染”问题也越来越受到全社会的关注和重视。

叠压供水技术，在日本称为“直接给水技术”，20世纪80年代就开始探讨和研究，而我国，则在20世纪90年代后期才开始认识和试用。

它是直接以市政管网为水源形成密闭连续的接力增压供水方式，充分利用市政管网本身的压力势能，保持了市政管网到终端用户水质标准的同一性，最大限度地发挥了变频调速增压补差的节能效果；同时，其负压抑制系统（即真空消除器）和稳流调节罐能配合工作，使得前端市政进水管道不会形成负压破坏，从而最大程度地减少对其他用户的供水影响。

叠压供水技术的工作原理如下：首先根据建筑物的进水点实际压力值和用水点所需的设计值设定工作压力上下区间。

设备投入运行后，市政自来水通过过滤器和防污隔断阀进入稳流调节罐，罐内的空气从负压抑制系统（即真空消除器）溢出；调节罐的水压Pw与市政供水压力相等（Pw=Pz）。

当市政供水压力Pz低于用水点所需的设计压力值P时（PzP），水泵停止运转,系统通过旁通止回阀向用户供水。

下图为叠压供水系统原理图：
从市政供水管理的角度来看，当市政供水量Qz大于水泵出水量Qs（即Qz>Qs），系统能正常运行；如果用水高峰出现Qz<Qs时，稳流调节罐内储存的水作为补充水源仍能满足Qs要求，此时真空消除器自动工作，破坏真空形成，确保在市政自来水管网不产生真空；而高峰用水后系统自然恢复到正常供水状态。

2叠压供水技术的应用优势
（1）能源的充分利用：叠压供水技术将高效节能的变频供水设备为数字控制全自动运行，实现“自行加压”系统与市政供水管网直接串接，在不产生负压的基础上充分利用市政管网余压，相对于传统水泵加压，能节电约50%左右。

（2）杜绝二次污染问题：叠压供水技术采用全封闭式运行，避免了异物进入系统；同时保证了城市给水管道中的自由余氯不被挥发，抑制了细菌和藻类的生长，防止二次污染问题。

（3）建设投资少：由于叠压供水无需修建地下水池和屋顶水箱，节省了建筑物的土建和结构投资；而且充分利用了市政管网的压力，因此加压扬程设计相对较少，水泵选型较小，设备投资可以减少。

（4）减少物业管理成本：由于该技术成功解决水质二次污染问题，不需要在屋顶建设净化和补加余氯的设备，因此节省了水池、水箱的定期清洗和日常消毒费用。

（5）设备使用寿命延长：因为运行效率高，充分利用自来水原压力，水泵不做无用功。

（6）设备整体较为美观，噪音低，运行时不影响周围用户。

（7）减轻市政进水管段的高峰负荷：设备运行中，稳流调节罐部分容积为压缩空气，贮存了一定压力势能，靠此贮能可大大减缓各种冲击对市政水源的影响，同时对市政供水具有动态的削峰补偿作用。

当市政服务压力从P2降至P1时，缓冲罐提供的最大补偿水量与缓冲罐总容积关系为：
V补＝（1-P1/P2）V总＝KV总
V补———供水高峰市政压力从P2降至P1期间水源罐给出的补偿水量（m）3；
P1———市政供水高峰期最低压力（MPa）；
P2———市政供水高峰期前的压力（MPa）；
V总———水源罐的总容积（m）3。

例如：供水高峰期，市政进水管段压力从0.28MPa降至0.14MPa，则在该期间水源罐给出的补偿水量为V补＝（1-0.14/0.28）V总＝0.5V总（m）3，占总容积的50％。

显然这是一种有效的瞬时补偿作用，如果所有用户的增压设备均具有这种补偿作用，则总体上对市政供水可起到一定削峰填谷的效果，高峰期间市政管网服务压力不至于下降得太低。

3叠压供水技术推广应用存在的问题
通过上述分析，叠压供水技术与常规供水方式对比优势明显，但在现阶段的工程实践中，叠压供水技术却无法获得大面积的推广，甚至步履艰难。

究其原因，主要存在以下三个方面的制约问题：
3.1叠压供水设备的生产缺乏统一技术标准
据不完全统计，现在叠压供水设备的生产企业已从2005年的二、三家猛增到近千家。

这些叠压设备厂家规模大小不等，技术和质量的差距极大，基本处于“无政府管理”状态。

导致叠压设备鱼龙混杂的主要原因在于，现在没有国家统一的生产技术标准。

从2007年开始，国家建设部开始委托技术力量较强的厂家制定行业标准。

在一个标准缺失的行业里，不可能设置较高的进入门槛，市场上的管理自然也就令人担忧。

因此，目前各地叠压供水设备的选用，完全依靠当地供水企业设计人员的个人经验，或取决于领导决策“拍板”的专业水准。

因此，市场上良莠不齐，用户对使用效果评价更是反差极大。

3.2二次供水配套的管理法规缺乏
1994年出台的《城市供水条例》作为国家层面的管理政策，现阶段尚未明确叠压供水的“合法”地位；国内决大部分城市还没有出台二次供水管理办法；少数出台的城市，其管理条款也明显滞后于当前供水技术的快速发展。

叠压供水技术，目前还只能作为二次供水领域的研究课题，各地供水企业和政府主管部门存在很大的困惑与争议，其推广与否还在等待实践的进一步论证。

目前，还有些城市在未加技术论证的情况下，忽视应用条件就盲目大面积推广，这可能为今后的供水调度和管理埋下了隐患。

因此，建立健全配套管理制度，使叠压供水管理工作走上规范化、法制化的轨道已显得十分必要和迫切。

3.3现有市政管网客观条件难以满足大范围推广要求
叠压供水系统取消了二次供水水池,其稳流调节罐内储存的水量也仅仅满足该设备短时段的抽吸要求，如果大面积推广，则事实上将遍布于城市各地的高层建筑调节水池取消，原有的调蓄功能转由市政给水管网全部承担，从而进一步增大了城市供水的时变化系数，因此对市政给水管网提出更高的要求；对于市政管网经常性停水或间隙性供水、供水压力过低、供水水量和水压波动过大的地区，使用叠压供水则会对周边用户用水产生较严重影响。

显然，目前，我国大多数城市给水管网现状客观上难以满足大范围使用叠压供水的技术要求。

正因为这样，大多数城市的自来水公司或水务集团对推广叠压供水持保守态度甚至是排斥态度，很多城市供水企业以《城市供水条例》“禁止在城市公共供水管道上装泵抽水”为由，干脆禁止叠压供水设备的使用。

根据笔者对于城市供水行业的了解，截至本文发稿时，全国只有北京自来水集团一家，公开允许叠压供水的应用，并以技术委员会的名义向社会公布准入条件：①允许在其供水范围
内，只要符合叠压、设备安装技术要求的项目，均可使用；②对城市供水管网造成回流污染，危害水质的相关行业（如医院、制药行业、化工行业等）禁用；③设备的外接市政供水管线口径应大于或等于DN300mm，所处地区管网压力应大于或等于0.22MPa；④住宅楼前供水干管管径应大于或等于DN150mm。

同时对叠压设备的选型提出条件：a.设备启动时，泵吸水口压力下降值不得超过0.02MPa；b.应具有由泵吸入口压力控制的自动开停功能，当吸入口压力低于0.20MPa时自动停泵，吸入口压力达到0.22MPa时自动恢复运行。

4叠压供水技术推广应用的建议
（1）叠压供水技术作为一种新型给水加压技术，可以节省大量的初投资和运行费，同时优化城市供水系统，使之更加节能、高效和安全，但目前国家标准和行业标准的制定明显滞后。

建议相关部门，可以以给进行叠压供水技术的应用成熟后，尽快建立和完善。

（2）通过行政和市场质量。

建议政府建设和技信息，严格按照企业标准的厂家设备进行周期性抽性能先进的厂家和设备，淘汰退出机制。

（3）积极创造条件，引提供条件支持。

作为城市水品质的新技术应用中，放任不管或管得过死。

同言，建议在新敷设或更换使用财政手段或节水专项管网管径，以满足今后可接入条件。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。