CN105484325A - 节能型高楼无负压供水系统 - Google Patents

Abstract

一种节能型高楼无负压供水系统，在市政供水入口管通过三通管接头分别与辅给水管的入口端和主给水管的入口端连接。辅给水管的出口端和主给水管的出口端分别与同一个三通管接头连接，并且该三通管接头的出口端与高楼供水管的入口端连接。在所述主给水管上依次串接有第三截止阀、主变频泵、第三压力表和高楼稳压罐。本发明能够根据不同时段的用水量进行叠压调节，保证了高楼在高峰用水时段的二次供水，不会给市政供水网造成负压；能全部利用市政供水网中的供水压力能，从而使二次供水系统中加压水泵的耗电最少；水源水箱不会造成水质污染；在保证高楼用水时段的用水量前提下，减小水源水箱的容积，从而减小高楼二次供水系统的建设费用。

Description

节能型高楼无负压供水系统

技术领域

本发明涉及的是楼宇供水领域，是一种节能型高楼无负压供水系统。

背景技术

市政供水网向市政所辖的楼房输送生活用水，每天市政供水网内的水压处于高位值和低位值之间，例如高位值和低位值分别为0.45MPa和0.25MPa，对于7层以上的高楼，市政供水网内的水压就不能满足高楼的供水需要。为了满足高楼的供水需求，需要建立带有加压水泵的高楼二次供水系统，市政供水网与高楼二次供水系统联合工作，来满足向高楼的供水需求。为了避免对市政供水网内水压的影响，高楼二次供水系统在运行期间，不允许给与高楼二次供水系统相连的市政供水网造成负压。

市政生活的用水量有其自身的特点，以市政生活的用水量集中程度来划分时段，每天市政生活用水分为三种时段，分别为平常用水时段、高峰用水时段和夜间用水时段，这三种用水时段的特征为：在平常用水时段，市政供水网的水压为高位值，市政供水网的供水量能保证高楼的用水量,即市政供水网对高楼的进水量可大于高楼二次供水系统加压水泵的流量；在高峰用水时段，市政供水网内的水压为低位值，市政供水网的供水量不能满足高楼的用水量，即市政供水网对高楼的进水量小于高楼二次供水系统加压水泵的流量；在夜间用水时段，市政供水网的水压为高位值，高楼的用水量却很小。为了保证高楼在高峰用水时段的供水需求，就必须在高楼二次供水系统中设置储水箱，储水箱应有相匹配的容积来储存备用水，在高峰用水时段作为市政供水网的补充水源。

目前仍还在使用的传统型高楼二次供水系统，即为仅有加压水泵的高楼二次供水系统。这种传统型高楼二次供水系统直接接入市政供水网后会产生负作用，因为高楼二次供水系统中的加压水泵流量在高峰用水时段大于市政供水网进水流量，从而造成了市政供水网压力下降，甚至负压，影响周边用户用水，还危害市政供水网的稳定性和安全性。为了解决传统型高楼二次供水系统的技术缺陷，改进为目前大多数高楼采用的常规型高楼二次供水系统，即在加压水泵前设置水源水箱的高楼二次供水系统，然而，这种常规型高楼二次供水系统存在如下三个问题，第一，水源水箱易存在污染问题，因为水源水箱不仅存在溢流口，而且没有完全密封，另外，水源水箱为避免水质变坏还必须定期清洗，从而造成水资源的浪费；第二，市政供水网中的供水进入到水源水箱后即被泄压，然后再用二次供水系统的加压水泵吸入水源水箱的水并加压，这就造成了市政供水网中供水压力能的严重浪费，因为市政供水网中的供水是具有一定压力的；第三，为了考虑高楼的高峰用水，势必需要建造较大容积的水源水箱，这又增加了高楼二次供水系统的建设费用。

要成为理想型高楼二次供水系统，需达到如下五项技术指标：一是，能可靠保证在高峰用水时段的高楼二次供水；二是，不会给市政供水网造成负压；三是，能全部利用市政供水网中的供水压力能，从而使二次供水系统中加压水泵的耗电最少；四是，水源水箱不会造成水质污染；五是，在保证高楼用水时段的用水量前提下，减小水源水箱的容积，从而减小高楼二次供水系统的建设费用。

公布号为CN1786358.A的发明专利，公开了一种“无负压稳流自动供水设备”，它把常规高楼二次供水系统的水源水箱替换为稳流罐以及其上接有的真空消除器，实现了在平常用水时段的节能，即以市政供水网内水压为基点的高楼叠压供水。在高峰用水时段，依靠真空消除器的作用，使稳流罐实质上成为了与外部大气相通的水源水箱，虽然在高峰用水时段可保证不使稳流罐内及市政供水网出现负压，但却浪费了市政供水网中的供水压力能。公布号为CN101245605.A的发明专利，公开了“一种无负压供水系统”，这一专利与CN1786358.A专利的实质是相同的，不同之处只是在管网自来水上加装了负压表、倒流防止器和蝶阀，把真空消除器称作真空抑制器。

上述公布号为CN1786358.A和CN101245605.A这两个专利，其技术进步在于，不会给市政供水网造成负压、在平常用水时段利用了市政供水网中的供水压力能、水源水箱不易造成水质污染，但它们与理想型高楼二次供水系统相比仍然存在着技术不足，表现为；在高峰用水时段不能利用市政供水网中的供水压力能，节能性有待提高，正是这一原因，必然导致稳流罐需要较大的容积，这从而需要较大的稳流罐建设费用。

公布号为CN201148635.Y的实用新型专利，公开了一种“强制叠压无负压给水设备”，这一专利采用了全密闭的稳流补偿罐，并采用稳流补偿罐底部的无负压内水源管，与原有的稳流补偿罐下水管连接着一个有电动阀A13、电动阀B15、电动阀C16组成的自动调压适配器，实现了强制叠压无负压供水，可以100％地利用市政供水网内供水压力能，但这一专利的严重缺陷在于，不能解决高峰用水时段高楼二次供水问题，即不能满足高楼在高峰用水时段的供水量，另外，该专利所提及的无负压内水源管，仅仅是一个概念而无实质结构和工作原理，从而也就无法实现强制叠压无负压供水。

以理想型高楼二次供水系统的五项技术指标为标准，见于现有技术还不能同时达到这五项技术指标，为使高楼二次供水系统成为理想型高楼二次供水系统，本发明提出如下的节能型高楼无负压供水系统。

发明内容

为克服现有技术还不能同时达到理想型高楼二次供水系统的五项技术指标的不足，本发明提出一种节能型高楼无负压供水系统。

本发明包括市政供水入口管、高楼供水管、高楼稳压罐、连接管和第二三通管接头，其特征在于，还包括保压蓄水罐、辅给水管、第二截止阀、辅变频泵、定期排放阀、主给水管、主变频泵、第三截止阀、高楼供水管、高楼稳压罐和供水监控器，其中：在市政供水入口管通过三通管接头分别与辅给水管的入口端和主给水管的入口端连接；所述辅给水管的出口端和主给水管的出口端分别与同一个三通管接头连接，并且该三通管接头的出口端与高楼供水管的入口端连接。在所述主给水管上依次串接有第三截止阀、主变频泵、第三压力表和高楼稳压罐。所述辅进水管的管路上串接有保压蓄水罐。所述辅给水管接入主给水管的位置位于串接在主给水管上的主变频泵和第三压力表之间。在所述辅给水管上，依次串接有第二截止阀和辅变频泵。所述供水监控器与分别安装在辅进水管、保压蓄水罐和高楼供水管上的各压力表，以及安装在保压蓄水罐上的水位表通讯连接；所述供水监控器与分别安装在保压蓄水罐、辅进水管和主给水管上的各压力表，以及安装在辅进水管上的辅变频泵和安装在主给水管上的主变频泵通讯连接。在所述辅进水管上依次串接有第一压力表和止回阀。

所述保压蓄水罐内腔的空间容积须大于低限容积。所述保压蓄水罐的顶端自上而下安装有空气管、第一截止阀和空气过滤器。在该保压蓄水罐的中部装有水位表，顶部连接着空气管，空气管上装有第一截止阀和空气过滤器，在该保压蓄水罐的底部连接着装有定期排放阀的排放管。

所述保压蓄水罐的低限容积是这样确定的：设每天某高楼高峰最长用水时段的用水量为Q₁m³，在该时段市政供水入口管对该高楼无负压最大供水量为Q₂m³，市政供水入口管的水压高位值为P_H，大气压力为P₀，则保压蓄水罐的低限容积V为：

$V=\frac{Q_1-Q_2}{1-\frac{P_0}{P_H}}$

本发明的供水监控器在平常用水时段采用的叠压调节模式为：打开第三截止阀、关闭第二截止阀，投运主变频泵、停运辅变频泵，并保证第一压力表的压力大于大气压力，维持第三压力表的压力为高楼充裕供水压力，实现以市政供水入口管内水压为基点的高楼叠压供水，在此时段还自动进行对保压蓄水罐的充水和蓄水。

本发明的供水监控器在高峰用水时段采用的叠压调节模式为：打开第三截止阀和第二截止阀，投运主变频泵与辅变频泵，通过同时调节主变频泵的变频器和辅变频泵的变频器，使主变频泵的供水量尽量大、辅变频泵的供水量尽量小，并保证第一压力表的压力和第二压力表的压力均大于大气压，维持第三压力表的压力为高楼充裕供水压力，实现以市政供水入口管内水压为主要基点的、以保压蓄水罐内空气压为辅助基点的高楼并联叠压供水。

本发明的供水监控器在夜间用水时段采用的节电调节模式为，关闭第三截止阀与第二截止阀，停运主变频泵与辅变频泵，依靠高楼稳压罐内的蓄水向高楼供水；仅当第三压力表的压力低于高楼充裕供水压力时，打开第二截止阀，投运辅变频泵，直到第三压力表的压力恢复到高楼充裕供水压力时，关闭第二截止阀，停运辅变频泵；在夜间用水时段，还自动进行对保压蓄水罐的充水和蓄水。

与现有技术相比，本发明具有突出的实质性特点和和显著进步，不仅表现为高楼二次供水系统的加压水泵其耗电量达到最小，而且同时达到了理想型高楼二次供水系统的五项技术指标，即：

第一，能可靠保证在高峰用水时段的高楼二次供水。其原因在于：采用了保压蓄水罐的低限容积作保证、以及高峰用水时段采用的叠压调节模式；第二，始终不会给市政供水网造成负压。其原因在于：供水监控器以第一压力表的压力和第二压力表的压力作为防负压状态辨识判据，以及高峰用水时段采用的叠压调节模式；第三，始终能全部利用市政供水网中的供水压力能，从而使二次供水系统中加压水泵的耗电最少。其原因在于：在平常用水时段、高峰用水时段和夜间用水时段采用了相应的叠压调节模式，全部利用了市政供水入口管1内供水压力量，实施了全天24小时的叠压调节节能模式；第四，水源水箱不会造成水质污染。其原因在于：采用了与周围环境隔绝的密闭性耐压保压蓄水罐，完全阻止了环境外界细菌、微生物、飞虫、杂物等的侵入；第五，在保证高楼用水时段的用水量前提下，减小了水源水箱的容积，从而减小高楼二次供水系统的建设费用。其原因在于：给出了保压蓄水罐的低限容积。

附图说明

图1是节能型高楼无负压供水系统的结构示意图。图中：

1.市政供水入口管；2.第一三通管接头；3.第一压力表；4.辅进水管；5.止回阀；6.第二压力表；7.空气管；8.第一截止阀；9.空气过滤器；10.保压蓄水罐；11.水位表；12.第二截止阀；13.辅给水管；14.高楼供水管；15.高楼稳压罐；16.连接管；17.第二三通管接头；18.第三压力表；19.第三三通管接头；20.辅变频泵；21.主变频泵；22.主给水管；23.第三截止阀；24.定期排放阀；25.供水监控器。

具体实施方式

本实施例是为一座18层高楼设置的高楼二次供水系统，该高楼分为低区和高区，7层以下为低区，该高楼低区供水管与市政供水管直接连接，7层至18层为高区，该高楼高区采用本实施例，每天市政供水网内的水压处于高位值和低位值之间，高位值和低位值分别为0.45MPa和0.25MPa。

本实施例包括市政供水入口管1、第一三通管接头2、第一压力表3、辅进水管4、止回阀5、第二压力表6、空气管7、第一截止阀8、空气过滤器9、保压蓄水罐10、水位表11、第二截止阀12、辅给水管13、高楼供水管14、高楼稳压罐15、连接管16和第二三通管接头17，第三压力表18、第三三通管接头19、辅变频泵20、主变频泵21、主给水管22、第三截止阀23、定期排放阀24和供水监控器25，其中：

市政供水入口管1的入口端与市政供水网连接，出口端与第一三通管接头2的入口端连接。第三三通管接头19的两个入口端分别与辅给水管13的出口端和主给水管22的出口端相接，第三三通管接头19的出口端与高楼供水管14的入口端相接。在高楼供水管14上安装有第三压力表18、高楼稳压罐15和第二三通管接头17。第一三通管接头2与第三三通管接头19之间形成并联的主供水管路与辅供水管路向高楼供水管供配水。主供水管路即为主给水管22，在主给水管22上依次串接着第三截止阀23和主变频泵21，辅供水管路依次由辅进水管4、保压蓄水罐10和辅给水管13串联而成，在辅进水管4上依次串接着第一压力表3和止回阀5，在辅给水管13上依次串接着第二截止阀12和辅变频泵20。

所述保压蓄水罐10是一蓄水的耐压0.6MPa容器，它以环境空气为保压媒介，实施对市政供水入口管1来水的自动蓄水、自动保压以及洁净地送配水；为可靠保证对高楼用户的供水以及避免保压蓄水罐10内出现负压，保压蓄水罐10的内空间容积须大于低限容积。所述保压蓄水罐10的顶端自上而下安装有空气管7、第一截止阀8和空气过滤器9，以控制对保压蓄水罐10的充气。为监测罐内的水位，在保压蓄水罐的中部装有水位表11。为控制对保压蓄水罐10的充气。为了定期排放其内的沉淀物，在保压蓄水罐10的底部连接着装有定期排放阀24的排放管。

供水监控器25为高楼自动供水的监测监控器，它由显示器、CPU处理器、通信采集卡、AD转换器、以及内置有包括状态辨识、叠压调节模式、节电调节模式和充气模式的监测监控程序。供水监控器中的CPU处理器与显示器和AD转换器采取数字信号通信连接，AD转换器与通信采集卡之间通信连接，通信采集卡与第一压力表3、第二压力表6、第三压力表18、水位表11、第一截止阀8、第二截止阀12、第三截止阀23、定期排放阀24、辅变频泵20和主变频泵21通信连接、并通过AD转换器将其模拟信号转换为数字信号，供水监控器对第一压力表3、第二压力表6、第三压力表18、水位表11实施监测，对第一截止阀8、第二截止阀12、第三截止阀23、定期排放阀24进行实时监测与调控。在平常用水时段和高峰用水时段，供水监控器25以第一压力表3的压力和第二压力表6的压力均大于环境大气压力作为防负压状态辨识判据，以第三压力表18的压力等于或大于高楼供水设计压力作为高楼充裕供水的状态辨识判据，采用对第二截止阀12、第三截止阀23、辅变频泵20和主变频泵21的叠压调节模式，充分利用市政供水入口管1的水压能，始终实现高楼二次叠压供水，始终避免对市政供水入口管1和保压蓄水罐10造成负压；在夜间用水时段，供水监控器25采用对高楼稳压罐15、第二截止阀12和辅变频泵20的节电调节模式。

本实施例的保压蓄水罐10的低限容积是这样确定的：设每天某高楼高峰最长用水时段的用水量为Q₁m³，在该时段市政供水入口管1对该高楼无负压最大供水量为Q₂m³，市政供水入口管1的水压高位值为P_H，大气压力为P₀，则保压蓄水罐10的低限容积即最小内空间容积V为：

$V=\frac{Q_1-Q_2}{1-\frac{P_0}{P_H}}$

本实施例须在首次投运或定期对保压蓄水罐10充气，供水监控器25在充气时段采用的充气模式为：关闭第二截止阀12、打开定期排放阀24使保压蓄水罐10为空罐，然后关闭定期排放管阀24，打开第一截止阀8，此时来自环境的空气自动经过空气管7和空气过滤器9进入保压蓄水罐10内，当第二压力表6的压力显示为环境大气压时，关闭第一截止阀8，保压蓄水罐10的充气过程结束。

本实施例的供水监控器25在平常用水时段采用的叠压调节模式为：打开第三截止阀23、关闭第二截止阀12，投运主变频泵21、停运辅变频泵20，并保证第一压力表3的压力大于大气压力，维持第三压力表18的压力为高楼充裕供水压力，实现以市政供水入口管1内水压为基点的高楼叠压供水，在此时段还自动进行对保压蓄水罐10的充水和蓄水。

本实施例的供水监控器25在高峰用水时段采用的叠压调节模式为：打开第三截止阀23和第二截止阀12，投运主变频泵21与辅变频泵20，通过同时调节主变频泵21的变频器和辅变频泵20的变频器，使主变频泵21的供水量尽量大、辅变频泵21的供水量尽量小，并保证第一压力表3的压力和第二压力表6的压力均大于大气压，维持第三压力表18的压力为高楼充裕供水压力，实现以市政供水入口管1内水压为主要基点的、以保压蓄水罐10内空气压为辅助基点的高楼并联叠压供水。

本实施例的供水监控器25在夜间用水时段采用的节电调节模式为，关闭第三截止阀23与第二截止阀12，停运主变频泵21与辅变频泵20，依靠高楼稳压罐15内的蓄水向高楼供水；仅当第三压力表18的压力低于高楼充裕供水压力时，打开第二截止阀12，投运辅变频泵20，直到第三压力表18的压力恢复到高楼充裕供水压力时，关闭第二截止阀12，停运辅变频泵20；在夜间用水时段，还自动进行对保压蓄水罐10的充水和蓄水。

本实施例的主变频泵21为大流量泵，辅变频泵20为小流量泵。

本实施例的第一压力表3、第二压力表6、第三压力表18和水位表11均为远传通信仪表，第一截止阀8、第二截止阀12、第三截止阀23、定期排放阀24、辅变频泵20和主变频泵21均有远传通信与调节功能。

本实施例中的市政供水入口管1、第一三通管接头2、辅进水管4、空气管7、保压蓄水罐10、辅给水管13、第三三通管接头19、主给水管22均为不锈钢材料制造。

本实施例是这样工作的：

本实施例首次运行时，须实施对保压蓄水罐10的充气。供水监控器25在充气时段采用的充气模式为：关闭第二截止阀12、打开定期排放阀24使保压蓄水罐10为空罐，然后关闭定期排放管阀24，打开第一截止阀8，此时来自环境的空气自动经过空气管7和空气过滤器9进入保压蓄水罐10内，当第二压力表6的压力显示为环境大气压时，关闭第一截止阀8，保压蓄水罐10的充气过程结束。

在高楼平常用水时段，供水监控器25采用的叠压调节模式为：打开第三截止阀23、关闭第二截止阀12，投运主变频泵21、停运辅变频泵20，并保证第一压力表3的压力大于大气压力，维持第三压力表18的压力为高楼充裕供水压力，实现以市政供水入口管1内水压为基点的高楼叠压供水，在此时段还自动进行对保压蓄水罐10的充水和蓄水。

在高楼高峰用水时段，供水监控器25采用的叠压调节模式为：打开第三截止阀23和第二截止阀12，投运主变频泵21与辅变频泵20，通过同时调节主变频泵21的变频器和辅变频泵20的变频器，使主变频泵21的供水量尽量大、辅变频泵21的供水量尽量小，并保证第一压力表3的压力和第二压力表6的压力均大于大气压，维持第三压力表18的压力为高楼充裕供水压力，实现以市政供水入口管1内水压为主要基点的、以保压蓄水罐10内空气压为辅助基点的高楼并联叠压供水。

在夜间用水时段，供水监控器25采用的采用节电调节模式：关闭第三截止阀23与第二截止阀12，停运主变频泵21与辅变频泵20，依靠高楼稳压罐15内的蓄水向高楼供水；仅当第三压力表18的压力低于高楼充裕供水压力时，打开第二截止阀12，投运辅变频泵20，直到第三压力表18的压力恢复到高楼充裕供水压力时，关闭第二截止阀12，停运辅变频泵20；在夜间用水时段，还自动进行对保压蓄水罐10的充水和蓄水。

Claims (4)

1.一种节能型高楼无负压供水系统，包括市政供水入口管、高楼供水管、高楼稳压罐、连接管和第二三通管接头，其特征在于，还包括保压蓄水罐、辅给水管、第二截止阀、辅变频泵、定期排放阀、主给水管、主变频泵、第三截止阀、高楼供水管、高楼稳压罐和供水监控器，其中：在市政供水入口管通过三通管接头分别与辅给水管的入口端和主给水管的入口端连接；所述辅给水管的出口端和主给水管的出口端分别与同一个三通管接头连接，并且该三通管接头的出口端与高楼供水管的入口端连接；在所述主给水管上依次串接有第三截止阀、主变频泵、第三压力表和高楼稳压罐；所述辅进水管的管路上串接有保压蓄水罐；所述辅给水管接入主给水管的位置位于串接在主给水管上的主变频泵和第三压力表之间；在所述辅给水管上，依次串接有第二截止阀和辅变频泵；所述供水监控器与分别安装在辅进水管、保压蓄水罐和高楼供水管上的各压力表，以及安装在保压蓄水罐上的水位表通讯连接；所述供水监控器与分别安装在保压蓄水罐、辅进水管和主给水管上的各压力表，以及安装在辅进水管上的辅变频泵和安装在主给水管上的主变频泵通讯连接。

2.如权利要求1所述一种节能型高楼无负压供水系统，其特征在于，所述保压蓄水罐内腔的空间容积须大于低限容积；所述保压蓄水罐的顶端自上而下安装有空气管、第一截止阀和空气过滤器；在该保压蓄水罐的中部装有水位表，顶部连接着空气管，空气管上装有第一截止阀和空气过滤器，在该保压蓄水罐的底部连接着装有定期排放阀的排放管。

3.如权利要求2所述一种节能型高楼无负压供水系统，其特征在于，所述保压蓄水罐的低限容积是这样确定的：设每天某高楼高峰最长用水时段的用水量为Q₁m³，在该时段市政供水入口管对该高楼无负压最大供水量为Q₂m³，市政供水入口管的水压高位值为P_H，大气压力为P₀，则保压蓄水罐的低限容积V为：

$V=\frac{Q_1-Q_2}{1-\frac{P_0}{P_H}}.$

4.如权利要求1所述一种节能型高楼无负压供水系统，其特征在于，在所述辅进水管上依次串接有第一压力表和止回阀。