恒压变频供水设备与无负压供水设备节能对比分析
无负压供水设备选型及节能对比分析
无负压供水设备选型及节能对比分析王志峰【摘要】随着社会的发展,城镇化建设中人们节能意识不断提高.高层房屋建筑供水方式也在不断变化,供水设备的能耗越来越被使用者所重视,寻求在节能方面有所突破.本文通过介绍无负压供水设备的定义,补偿罐等设备的计算方法、设备选型,并根据计算结果确定无负压设备的型号.通过实际项目对变频供水设备及无负压供水设备运行情况及耗能情况分别进行监测、记录,通过统计数据并对记录数据进行分析,根据分析、计算等对变频供水设备和无负压供水设备耗电量进行对比,直观体现无负压供水设备在节能方面的优势.通过技术经济分析,无负压供水设备在高层房屋建筑中具有广泛推广应用价值,经济效益显著.【期刊名称】《铁道建筑技术》【年(卷),期】2019(000)002【总页数】4页(P46-48,74)【关键词】变频供水;无负压供水;设备选型;节能【作者】王志峰【作者单位】中铁建设集团有限公司北京100040【正文语种】中文【中图分类】TU8211 引言近十多年的城镇化建设中，房屋建筑供水设施的数量快速增加，截止到2010年底，全社会拥有二次供水设施25万余套，且每年以2万余套的速度在快速增加。
供水形式由高位水池、气压供水、低位水池变频供水到现在的无负压供水模式，不断在节能方面进行提升［1］。
2 无负压供水设备的定义无负压设备为一种能与市政供水管网直接连接，在从市政供水管网取水时能够保护管网的压力，同时满足用户用水需求的二次加压供水设备，称之为无负压供水设备［2-3］。
无负压设备的核心要求在于：保护市政管网压力不能低于最低服务压力值，高层用水不间断。
3 无负压设备补偿罐的计算与选型3.1 计算方式为达到无负压设备的核心要求，保护市政管网压力不能低于最低服务压力值，高层用水不间断，不仅需要技术逻辑和功能的保证，更需要精确计算来验证无负压罐体能够补压补流量。
现行的无负压补偿罐的计算方式分析如下：稳压补偿罐调蓄容积选用时，应按流入量和供出量的变化曲线经计算确定。
无负压变频供水设备工作原理以及其优缺点
无负压变频供水设备工作原理以及其优缺点第一篇：无负压变频供水设备工作原理以及其优缺点无负压变频供水设备工作原理无负压变频供水设备投入使用，自来水管网的水进入稳流罐，罐内空气从真空消除器排出，待水充满后，真空消除器自动关闭。
当自来水管网压力能够满足用水要求时，系统由旁通止回阀向用水管网直接供水；当自来水管网压力不能满足用水时，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转数恒压供水，若运转水泵达到公频转速时，则启动另一台水泵变频运转。
水泵供水时，若自来水管网大于水泵流量，系统保持正常供水，用水高峰时，若自来水管网小于水泵流量，稳流罐内的水作为补充进行供水。
长沙奔宇机电研制开发了无负压变频供水设备，克服了水池、水箱的诸多缺点，成功的解决了高层居民用水难的问题。
它有如下独到之处：1、不用建水池或设水箱，与自来水管网直接连接，可以充分利用自来水管网原有压力，差多少补多少，自来水压力能满足负荷要求时，设备便停止工作。
系统大部分时间在低频率下运行，耗电较少，因此节能效果显著，可达到50％以上。
2、自来水经设备加压后直接供给用户，全程密封运行，水源不易受污染，供水质量好，是环保型供水设备，采用微机变频软启动恒压控制，水压平稳，水压质量好。
3、施工周期短，占地面积小，安装方便，工程总投资可减少60％以上，使用该无负压设备水质没有二次污染，不需要净化设备，进一步节省了投资；因为利用了自来水自身的压力，能耗小，节省日常的用电开支。
因为没有水池和水箱，同时又节省了定期清洗消毒的费用。
4、运行成本低。
由于加压泵选型较小，而且采用多泵制，在用水低峰期，一台泵足以满足用水需求。
用水高峰期时，才会启动其它水泵，因此设备运行能耗非常低。
5、物业管理方便、简单，该供水设备为数字控制全自动运行。
停电停水自动停机，来电来水自动开机。
6、设备自动化程度高，具有过流、过热、缺相、缺水等多种保护功能，使用寿命长。
无负压供水与变频供水
无负压供水与变频供水无负压供水与变频供水区别在于无负压供水设备是与自来水管网相连接的，而变频供水设备是与水箱或水池相连接的。
无负压供水设备叠加市政管网压力，进行二次加压供水，变频供水设备是先将水打入水箱或水池，设备直接与水箱或水池相连进行加压供水。
无负压供水设备是以市政管网为水源，充分利用了市政管网原有的压力，形成密闭的连续接力增压供水方式，节能效果好，没有水质的二次污染，是变频恒压供水设备的发展与延伸。
变频供水是，智能型管网接力升压（无负压）设备可根据用户需求设定用户供水压力，如果管网供水压力高于设定压力时，水泵机组处于停机状态，自来水可通过连通管路直接对用户供水。
当市政管网供水压力低于设定压力时，设备自动进入接力升压工作状态，机组通过压力传感器，水泵及恒压变频控制柜组成闭环控制系统，随着用水量的变化，不断调整水泵转速及投入运行的水泵台数，以保持供水压力恒定。
无负压供水原理稳流罐式无负压供水设备与市政管网直接连接，在市政管网剩余压力的基础上串联叠压供水。
（1）变频恒压供水：当市政管网供水量大于用户用水量时，稳流罐式无负压供水设备变频恒压供水，此时稳流罐中存储一定量的承压水。
（2）消除负压：当用户用水量增加导致市政管网与稳流罐连接处压力下降，当压力降低到相对压力0以下时，在稳流罐中形成负压，真空抑制器的进气阀门打开，大气进入稳流罐。
此时，稳流罐相当于一个具有自由液面的开口水箱，压力与大气相同，负压被消除。
水位下降到设定值时，液位控制器将控制信号传递给变频控制柜中的控制系统，控制加压机组停止工作，用户停水；当用户用水量减小时，稳流罐中水位上升，气体从真空抑制器排气阀门排除，压力恢复正常后，加压机组重新自动启动，恢复供水。
（3）停水停机功能：当市政管网停水时，加压机组在液位控制器控制下自动停止运行，市政管网供水恢复后，自动启动重新恢复正常供水。
（4）小流量休眠功能：用户不用水或用水量很小时设备自动进入休眠状态(停机)并保持供水压力，用户恢复用水时系统自动唤醒，恢复正常供水。
恒压变频供水设备和气压式供水设备的优缺点对比
恒压变频供水设备和气压式供水设备的优缺点对比在恒压变频供水设备还没有得到广泛应用的时候，很多场所为了提高用户的供水质量，都是采用的气压供水设备，虽然该设备在一定的程度上能满足用户用水，但是同样因为技术太落后，所以该设备有很多的缺点，下面我们就气压供水设备和先进的恒压变频供水设备进行一个对比。
恒压变频供水设备的优点1、恒压变频供水设备时刻监浏供水量。
在变压(或恒压)给水条件下，经过微机控制水泵机组的工作状态和转速，使之处于高效节能的运行状态，避免了电能的浪费。
水泵在微机和变频控制器控制下软启动，启动电流小(一般不超过额定工作电流的110%)，能耗少。
与常规继电接触器控制相比，节电约10%-30%。
2、恒压变频供水设备具有软启动、有过载、短路、过压、欠压、缺相、过热和失速保护功能，在异常情况下的声、光信号报警，且有自检、故障判断功能，设备运行更加安全可靠。
3、以微机控制水泵运行，调整速度快。
控制精度高。
一般恒压给水系统给水压力误差±0.02MPa。
4、水泵的软启动，降低了对电网供电容量的要求，减少了水泵机组的机械冲击和磨损及水泵切换时的振荡现象，因而延长了设备的使用寿命。
5、恒压变频供水设备一般均为一体化装置，体积小，占地少。
6、恒压变频供水设备一般均具有变频自动、工频自动、手动三种操作方式，且以微机控制运行，使之管理简便，运行可靠。
气压供水设备的缺点气压供水设备是供水设备中一种利用密闭贮罐内空气的可压缩性贮存，调节和押送水量的装置，他的作用相当于高位水箱和水塔，二次污染的情况相当严重。
(1)给水压力变动较大。
变压式气压给水的压力变动较大时，可能影响给水配件使用寿命。
(2)气压罐调节容积小。
有效容积一般只占总容积的1/6-1/3。
(3)给水安全性较差。
一旦发生断电或自控失灵，断水机率较大。
(4)经常费用较高。
水泵频繁启动，且不可能在水泵高效区运行，平均效率较低，能耗较大。
变频恒压供水与传统供水的区别及具有的优势
变频恒压供水与传统供水的区别及具有的优势变频恒压供水是指在供水管网中用水量发生变化时，出口压力保持不变的供水方式。
供水管网的出口压力值是根据用户需求确定的。
传统的供水方式是采用水塔、高水位箱、气压罐等设施实现的。
近年来，随着变频调速技术的日益成熟，其显著的节能效果和可靠稳定的控制方式，在供水系统中得到广泛的应用。
变频恒压供水系统对水泵电机实行无级调速，依据用水量及水压变化通过微机检测、运算，自动改变水泵转速保持水压恒定以满足用水要求，是目前最先进，合理的节能供水系统。
与传统的水塔、高位水箱、气压罐等供水方式比较，变频恒压供水不论是投资、运行的经济性、还是系统的稳定性、可靠性、自动化程度等方面都具有优势：（1）高效节能。
与传统供水方式相比变频恒压供水能节能30%-60%。
（2）占地面积小，投入少，效率高。
（3）配置灵活，自动化程度高，功能齐全，灵活可靠。
（4）运行合理，由于一天内的平均转速下降，轴上的平均扭矩和磨损减少，水泵的寿命将大为提高。
（5）由于能对水泵实现软停和软起，并可消除水锤效应（水锤效应：直接起动和停机时，液体动能的急剧变大，导致对管网的极大冲击，有很大破坏力）。
变频恒压供水系统以管网水压 (或用户用水流量)为设定参数，通过微机控制变频器的输出频率从而自动调节水泵电机的转速，实现管网水压的闭环调节(PID)，使供水系统自动恒稳于设定的压力值：即用水量增加时，频率升高，水泵转速加快，供水量相应增大；用水量减少时，频率降低，水泵转速减慢，供水量亦相应减小，这样就保证了供水效率用户对水压和水量的要求，同时达到了提高供水品质和供水效率的目的，“用多少水，供多少水”；采用该设备不需建造高位水箱，水塔，水质无二次污染，是一种理想的现代化建筑供水设备。
恒压供水的意义：水是人民生活必不可少的重要组成部分，但由于近些年来，随着人们生活水平的提高，楼房的层数也在不断的剧增。
再加上受到输送管道和供水设施的影响，使居民的生活用水存在着自来水管网压力不足的现象，尤其是供水高峰期的高层供水尤为突出,给人们的生活带来了许多困扰。
无负压与变频供水设备的对比与选用问题探讨
无负压与变频供水设备的对比与选用问题探讨作者：杨益来源：《城市建设理论研究》2013年第17期摘要：无负压与变频供水设备的对比与选用。
关键词：无负压，变频供水设备中图分类号： TU731.5 文献标识码： A 文章编号：引言在北京自从非典后无负压成套供水设备应用渐多，逐渐占据了一定市场比例，近年来关于建筑给水选用无负压还是变频供水一直存在争论，两种方案都有各自的优点与不足，以下结合本人在工作中碰到的实际案例进行讨论。
一、无负压供水技术的工作原理：无负压供水设备采用微机控制变频调速实现恒压供水，其中的负压补偿系统克服了对管网的不良影响，无负压供水设备设定某一压力值，启动流量控制器调节市政进口压力，避免产生负压。
自来水管网的水进入稳流罐，罐内空气从真空消除器排出，待水充满后，真空消除器自动关闭。
当自来水管网压力能够满足用水要求时，系统由旁通止回阀向用水管网直接供水，当自来水管网压力不能满足要求时，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转速恒压供水。
水泵供水时，若自来水管网水量大于水泵流量时，系统保持正常供水，用水高峰时，若自来水管网水量小于水泵流量时，稳流罐内的水作为补充水源仍能正常供水，此时，空气由真空消除器进入稳流罐，罐内真空遭到破坏，确保了自来水管网不产生负压，用水高峰过去后，系统恢复到正常供水状态。
当自来水管网停水或用水高峰时间过长造成稳流罐液位不断下降，液位探测器信号发出报警信号反馈给变频控制器，水泵自动停机，以保护水泵机组。
负压解除后，系统自动恢复正常运行。
夜间小流量供水且自来水管网压力不能满足要求时，稳流罐可以贮存并释放能量，避免了水泵频繁启动。
无负压供水具有以下优点：首先，节能，无负压设备有效地利用了市政自来水原有的压力，节能效果显著；其次，安全卫生，无负压成套设备采用全密闭设计，杜绝了自来水与空气接触，无二次污染；第三，节省机房占地面积，因为不需要水箱且所有设备集中在一个安装底板上，无负压成套设备所需安装空间大幅减少；第四，节省管理维护费用，不需定期清洗水箱，水质检测费用减少。
传统变频加压(有水池)和无负压技术探讨
高层自来水供应工程在设计期间只重视供水问题，未涉及到排水问题，且一些项目工程建立年代久远，管道设备出现老化，很多的跑、冒、滴、漏等问题出现，导致水毁事件的发生，一些附近地区的地基出现沉陷、墙体裂缝、淹没土地等漏水安全隐患逐年上涨。管理单位在此之前与用水户签订了明确的管理合同，明确了各自的责任权限，然而还是免不了大量问题的出现。
（3）利用无负压供水技术时，一定要切实掌握到当地城市管网体系的水力情况。无负压供水技术运行不符合要求，极易危及到附近用户的水压、减小用水稳定性、水泵效率不高、附近管路水质变差等情况；总是强调或宣扬设施的“无负压”技术，是不可取的。在外部管网水力环境不达标的情况下，任何设备都难以达到实际层面上的无负压功能。
（2）稳流调节罐式技术：该操作就是在水泵装置前，设置可调节承压的稳流调节罐设施，通过其调节，可在一定程度上减少对城市公共供水管网的负面影响。
（3）调节水箱式技术：该操作具备了不承压的调节水箱装置，确保水箱与水泵能并联，利用电控设施，确保调节水箱内的水源，能够维持在每天至少循环两次的状态，保证水质不变。若是市政管网的储存水量、水压环境能符合无负压供水方式标准时，就能直接通过市政管网进行取水；要么，从调节水箱中进行取水。这种方式适合在自来水管网供水不足的区域。因水箱要投入使用，还是要依据要求进行定期的清洗消毒。
无负压变频供水与恒压变频供水设备区别
无负压变频供水与恒压变频供水设备的区别恒压变频供水设备是将交流变频调速技术和微机控制技术应用于水泵自动控制设备之中，与水泵机组相结合并能根据管道压力变化时时连续调节水泵转速达到恒压目的的一种机电一体化供水装置。
变频供水设备是用变频器控制水泵机组的一个统称，可以细分为几个小类：低位水池变频恒压供水设备、深井变频供水恒压供水设备、静音型变频恒压供水设备、无负压变频供水设备。
因此，可以说无负压变频供水设备是变频恒压供水设备中特殊的一种。
下面从基础建设、结构组成、水质卫生度、节能性、噪音大小及占地面积等来说明无负压变频供水设备与变频供水设备有什么不同：1、结构组成无负压变频供水设备有一个不锈钢稳流罐以及旁通管道，而恒压变频供水设备则无旁通管和稳流罐。
两种供水设备都可以配套气压罐以达到压力更稳。
2、基础建设无负压变频供水设备：不用建水池、水箱，基础投资小。
恒压变频供水设备：需建地下水池或不锈钢水箱，基础投资较大。
3、水质卫生程度无负压变频供水设备：稳流罐采用食品卫生等级不锈钢材质制造并全封闭，并且不用蓄过多水，因此水质无污染。
恒压变频供水设备：需水量过大并且没办法做到全封闭，导致地下水池存在少量的二次供水污染。
4、节能性无负压变频供水设备由于可以直接利用管网自身压力，工作压力是差多少补多少，选择泵时只需要选择压力较小的泵即可满足正常增压，水泵功率偏小，相比传统气压式供水设备和变频恒压供水设备，节能在50%以上。
恒压变频供水设备需要将自来水压力变为0再进行增压，选择泵时需要选择压力较大的才能满足正常增压，水泵功率偏大，相比传统气压式供水设备，其节能可达 30%以上。
5、噪音大小无负压变频供水设备由于可以直接利用管网自身压力，工作压力是差多少补多少，选择的泵水泵功率偏小，无论是工作噪音及振动都要比传统的供水设备小。
恒压变频供水设备需要将自来水压力变为0再进行增压，选择的泵水泵功率偏大，设备工作时噪音及振动要大于无负压变频供水设备。
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------博海供水
在市政管网供水压力稳定、水量充足情况下，无负压供水设备可充分发挥优势，在市政管网压力基础上进行叠压供水，实现压力“差多少补多少”。
在节能效果方面优于恒压变频供水设备。
同样的供水需求条件下，进行对比
无负压供水设备由于可以直接利用管网自身压力，工作压力是差多少补多少，工作时只需要差量加压即可满足正常增压，水泵工作功率偏小，更节能。
恒压变频供水设备需要将自来水压力变为0，再进行增压，工作时需要全部加压才能满足正常增压，水泵工作功率偏大，能耗更高。
恒压变频供水设备无负压供水设备
供水模式将市政管网的水储存到水箱，将压力降为0，
再从水箱进行加压。
不用修建水池和水箱，与市政管网直接连接，在管网余压基础上进行叠压。
供水量相同相同
水泵压力实际所需压力实际所需压力—管网自身的3-5公斤压力水泵功率大小
能耗高低
下面就管网直接叠压在恒压变频供水基础上的节能情况进行对比分析。
图1：水泵的工作曲线
图2：水泵效率曲线
由图1可以看出，对于需要设置水箱的恒压变频供水设备，其水泵的Q一H特性曲线与管道特性曲线相交于A点，即A点就是水泵的工况点，水泵在A点工作时,其扬程和流量正好满足管网的
用水要求，水泵也充分发挥了效能。
对于恒压变频供水，当用户供水量从设计流量Q
1降为Q
2
时,水
泵出口压力保持不变恒为(H
1)，由于水泵采用变频调速,即由原来的转速n
变为n
1。
而对于管网叠
压供水，由于水泵吸入口可利用自来水剩余压力P
(假设不考虑任何压力损耗与稳流补偿器内的压力相等)，当水泵吸入口压力升高,而出水压力保持恒定时，水泵扬程立即下降。
此时若不考虑流量
Q 2的变化，其对应的曲线则为n
2
的Q一H曲线。
通过对图1的水泵工作曲线和图2水泵的效率曲线
分析，在保持运行工况（有高位水箱或水塔）和常规变频供水设备工况相比，其水泵扬程从H
0—H
1
—H
2,水泵效率从η
F
—η
E
—η
C
（其中F点为D点的等效点,D点为B点的等效点）。
从图中可看出
H 0＞H 1＞H 2，ηF ＞ηE ＞ηC ，而设备能耗计算公式：N=γQH/102η（式中γ:水的容量为1000Kg/m3）, 故，对管网增叠压给水设备而言，其能耗可计算为：N 2=γQ 2H 2/102ηF ； 对于常规恒压变频给水设备而言,其能耗计算为：N 1=γQ 2H 1/102ηE ； 因： H 0＞H 1 , ηF ＞ηE ， 故：N 1＞N 2
因此，叠压供水设备较恒压变频给水设备,可节省的能量 ?∑=N 1—N 2=N 1=γQ 2H 1/102ηE —γQ 2H 2/102ηF ；
又因为：H 1=H 2+P 0 , 所以水泵吸入口压力P 0越高,节能效果越明显。
举例说明
以一个9层高的建筑供水为例，所需的供水压力如为H=40m 。
市政管网可以利用的余压最低供水压力为15m ；那么，
1. 叠压供水泵的扬程H=40-15=25m
2. 恒压变频供水泵的扬程H=40m
因此，叠压变频泵比恒压变频泵节省的扬程为：40-25=15m ，相当于水泵扬程降低了43%，即，节能率为43%。
节能案例：成都麓山国际社区——经业主反馈：节能效果达到80%以上！
改造后：无负压叠压供水设备 每天实际耗电：140度
改造前设备：碳钢单泵
22kw 该项目供水用户3900户，原设计中区11kw
水泵，高区30kw ，1用1备方式，年耗电117520度，平均每天耗电321度电。
2015年12月，该项目负责人与博海供水签订节能改造合同，并于当月设备进场安装并调试完毕，根据近1年统计，平均每年节电量约66065度，实际耗电：51100度。