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(shù)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(shè)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(shù)與經(jīng)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(nèi)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(diào)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(shè)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(shè)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(shè)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(diào)速恒壓供水方式；
（3）方式3—微機控制水泵變頻調(diào)速變流變壓供水方式；
（4）方式4—全自動管網(wǎng)直聯(lián)無負(fù)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(fù)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(fù)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(jìn)入水池后變成零，然后由泵站的加壓泵將蓄水池內(nèi)的自來水壓力由0加壓到小區(qū)供水服務(wù)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(fù)壓供水方式，是將全自動管網(wǎng)直聯(lián)無負(fù)壓供水設(shè)備直接與自來水管網(wǎng)連接、采用密封水罐和負(fù)壓抑制及補償系統(tǒng)，自動調(diào)節(jié)來水水量和壓力，使自來水外管道無負(fù)壓、內(nèi)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(jìn)水壓力hj和所需供水壓力ha的差進(jìn)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(biāo)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(biāo)
=qa(1/2ha-hj-1/2ho) （2）
電損率δ4為：
δ4=(pδ4/ p標(biāo))99%
=(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/pa299%
=hj/ha*99% （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(fù)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(nèi)網(wǎng)的壓力ha成反比，而與泵站的水量q無關(guān)；
（2）只要市街進(jìn)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*99%。
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(nèi)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(biāo)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(diào)速恒壓供水形式改造成方式4—全自動管網(wǎng)直聯(lián)無負(fù)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(jié)果如下：
（1）改造前測試
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(jìn)水流量：30-35m3/h；
進(jìn)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；
時供水流量：4m3/h；
供水壓力：0.35mpa；
最小時供水流量：1m3/h；
進(jìn)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(jié)果是一致的。改造后的泵站節(jié)電效果非常明顯。
6 結(jié)束語
城鎮(zhèn)二次加壓泵站采用全自動管網(wǎng)直聯(lián)無負(fù)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(shù)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(fù)壓方式供水，具有顯著的節(jié)能效果。
