城鎮(zhèn)二次加壓供水泵站高效節(jié)能運行方式探討
1 引言
近幾年很多北方城鎮(zhèn)的二次加壓供水泵站都做了一些節(jié)能的技術改造，但改造后的泵站電耗仍較高，其控制能耗下降的措施不理想。
（1）在現(xiàn)有的工藝和電氣設備情況下泵站怎樣改其節(jié)電的空間更大？
（2）采用何種工藝運行方式在水工藝技術與經濟上更合理、電耗更低？是我們需要研究和探索的問題。
2 北方一些城鎮(zhèn)供水管網(wǎng)壓力現(xiàn)狀
目前北方一些城鎮(zhèn)供水市街管網(wǎng)的壓力一般都在0.1～0.2mpa左右。居住區(qū)給水采用的主要給水工藝是在區(qū)內建造二次加壓泵站，由二次加壓泵站為居民住宅小區(qū)配水的供水方式。二次加壓泵站水泵機組采用調速恒壓給水方式已成為我們很多城鎮(zhèn)多層和高層工業(yè)及民用建筑二次加壓供水的主要供水手段。二次加供水泵站出口的供水壓力一般都在0.3～0.4mpa左右，而泵站的一次市街管網(wǎng)入儲水池的壓力為0.05～0.25mpa不等。如某北方的一個城市，市街管網(wǎng)壓力在0.1～0.15mpa之間的供水區(qū)域占城市供水面積約為70%；市街管網(wǎng)壓力大于0.15mpa的供水區(qū)域占城市供水面積約為12%；市街管網(wǎng)壓力小于0.1的供水區(qū)域占城市供水面積約為18%。
3 二次加壓供水泵站能耗存在的問題
（1）市街管網(wǎng)較高的來水壓力和能量被泄放掉泵站的儲水池中，使市街來水的巨大能量被浪費；
（2）水泵機組設備較陳舊，水泵的綜合效率低；
（3）泵站的工藝運行方式單一;
（4）泵站的節(jié)能措施不合理，其電耗仍然較高，泵站還有節(jié)能改造的潛力。
4 二次加壓供水泵站高效節(jié)能運行方式的探討
城鎮(zhèn)二次加壓泵站的供水工藝運行方式和設備的合理配置決定著泵站的能耗，二次加壓泵站采用不同的工藝運行方式其泵站的能耗是不相同的。
4.1 二次加壓泵站幾種常用運行方式
根據(jù)目前北方城鎮(zhèn)二次加壓泵站工藝設備配置及工藝運行狀況，將二次加壓泵站一般常用的運行方式可以分為以下四種：
（1）方式1—水泵全速直聯(lián)供水方式；
（2）方式2—微機控制水泵變頻調速恒壓供水方式；
（3）方式3—微機控制水泵變頻調速變流變壓供水方式；
（4）方式4—全自動管網(wǎng)直聯(lián)無負壓二次加壓供水。
在城鎮(zhèn)二次加壓泵站供水工藝中，普遍采用方式2運行方式，而采用方式3運行方式的只有很少一部分。而在城鎮(zhèn)二次加壓泵站中采用方式4—全自動管網(wǎng)直聯(lián)無負壓二次加壓供水方式供水，是一種新的需要探討的高效節(jié)能供水模式。
4.2 全自動管網(wǎng)直聯(lián)無負壓二次加壓供水方式(方式4)
二次加壓泵站運行方式1至方式3中，泵站供水工藝離不開蓄水池，原有的自來水市街供水管網(wǎng)壓力hj進入水池后變成零，然后由泵站的加壓泵將蓄水池內的自來水壓力由0加壓到小區(qū)供水服務壓力ha之后供出。這樣就造成了市街供水管網(wǎng)供水能耗的浪費。
全自動管網(wǎng)直聯(lián)無負壓供水方式，是將二次供水加壓泵站直接與自來水管網(wǎng)連接、采用密封水罐和負壓抑制及補償系統(tǒng)，自動調節(jié)來水水量和壓力，使自來水外管道無負壓、內網(wǎng)自動恒壓供水的功能。此種供水方式充分利用了供水市街供水管網(wǎng)的一次壓力hj，加壓泵站只是對蓄水池的進水壓力hj和所需供水壓力ha的差進行補壓，是一種高效節(jié)能的供水方式。泵站工藝運行工況如圖1所示。
方式4電耗的各項指標分析如下:
電耗功率pa4：
pa4=qaha-qahj
=qa(ha-hj) （1）
電損耗功率pδ4為：
pδ4=pa4-p標
=qa(1/2ha-hj-1/2ho) （2）
電損率δ4為：
δ4=(pδ4/ p標)100%
=(ha-2hj-ho)/(ha+ho) （3）
節(jié)約的電耗功率pj為：
pj=qahj （4）
其方式4形式下相對于方式2的泵站節(jié)電率λ為；
λ=pj/pa2100%
=hj/ha*100% （5）
從公式(5)可以看出，泵站在采用全自動管網(wǎng)直聯(lián)無負壓二次加壓供水運行方式時：
（1）供水系統(tǒng)的節(jié)電率λ和市街管網(wǎng)供水壓力hj成正比；與內網(wǎng)的壓力ha成反比，而與泵站的水量q無關；
（2）只要市街進水管網(wǎng)的壓力hj>0， 泵站在現(xiàn)有的供水方式(方式2)還可節(jié)約能耗hj/ha*100%。
如某北方城市的二次加壓泵站的市街管網(wǎng)供水壓力hj為10-15米，泵站內管網(wǎng)壓力ha為35米。那么根據(jù)式(5)可算出若泵站采用方式4的運行方式，二次加壓泵站的節(jié)電率λ在現(xiàn)有的泵站運行工藝下還可提高28%～43%。
4.3 幾種運行方式的電耗指標比較
5 新供水方式的現(xiàn)場試點
我們在北方的某城市選擇了一泵站，對方式4的供水方式做了工程的現(xiàn)場實驗。
我們在不改變二次加壓供水泵站的供水用戶和供水壓力的前提下，將泵站的供水方式由方式2—微機控制水泵變頻調速恒壓供水形式改造成方式4—全自動管網(wǎng)直聯(lián)無負壓二次加壓供水形式。泵站現(xiàn)場實驗的實際水、電參量測試結果如下：
（1）改造前測試
最大時供水流量：5m3/h；
日耗電：31.17kwh；
最小時供水流量：1m3/h；
供水壓力：0.32mpa；
進水流量：30-35m3/h；
進水壓力：0.13-0.18mpa。
（2）改造后測試
日供水量：50m3/h；
日耗電量：18.310kwh；
最大時供水流量：4m3/h；
供水壓力：0.35mpa；
最小時供水流量：1m3/h；
進水壓力：0.08-0.12mpa。
從測試數(shù)據(jù)可以看出，改造后二次加壓供水泵站的電耗只是原來電耗的59%，泵站的節(jié)電率為41%，此節(jié)電率與我們在上面理論分析中的式(3-5)的結果是一致的。改造后的泵站節(jié)電效果非常明顯。
6 結束語
城鎮(zhèn)二次加壓泵站采用無負壓二次加壓供水運行方式是解決目前一些城鎮(zhèn)的二次加壓供水泵站節(jié)能技術改造后，其電耗下降不理想的有效方法；城鎮(zhèn)二次加壓供水全自動管網(wǎng)直聯(lián)無負壓方式供水，具有顯著的節(jié)能效果。
