崔福義　　　　　　　 陳 衛
（哈爾濱建筑大學）　（南京建筑工程學院）

　　恒壓給水系統按壓力控制點位置不同，可分兩類：一是將控制點設在最不利處，直接按最不利點水壓進行工況調節；二是將控制點設于泵站出口，按該點的水壓進行工況調節，間接的保證最不利點的水壓穩定，現今氣壓給水和變頻調速給水系統就是如此。第二種設置管理方便，但技術經濟性能不十分理想。事實上，水泵出口的恒壓即意味著用戶最不利點處是變壓，這影響了其先進性能的充分發揮。本文指出，將壓力控制點設在最不利點更合理，技術經濟性能更佳，而且技術上不難實現。

1.氣壓給水系統壓力控制點位置的分析

1.1　 氣壓給水系統的壓力控制點
　　氣壓給水系統一般多采用氣壓罐和水泵組合設置，根據氣壓罐內壓力變化控制水泵的開停運轉，相當于按水泵出口壓力進行工況調節。以由兩臺同型號水泵組成的系統為例，圖1中以縱坐標以絕對水壓標高表示，A₁、A₂、D₁、D₂分別稱為水泵P₁和P₂的停止和起動壓力控制線。由此可見，一臺泵運行時，水泵工作點在a～b之間變動，相應的泵出口壓力變化范圍是在D₂～A₁之間。D₂是供水的最低壓力，按用戶要求的最低水壓推求確定，D₁、A₁、A₂則由D₂向上推出，其差值是產品的特性系數。現行產品該壓力變幅（D₂-A₁）多為10～12m。高于D₂以上部分的水壓超過用戶的要求，造成能量的浪費；供水壓力的波動還影響使用的方便和給水系統配件的壽命。若將壓力控制點設在最不利點，則上述問題會有明顯改觀。兩種情況的工況特性對比見圖1，d₂為最不利點要求的最小水壓，若在縱坐標上以d₂為起點，通過管路特性曲線交于水泵P₁+P₂的合成特性曲線上，該交點水壓是水泵出口的最低水壓D₂，即保證用戶最不利點的水壓要求d₂，泵出口的最低水壓必須達到D₂。以d₂為起點向上依次推求水泵的停止和起動壓力控制線a₁、a₂、d₁，最不利點水壓在a₁～d₂之間變化，而壓力控制點設于水泵出口時，可由管路特性曲線反推回相應的最不利點水壓在a₀～d₂之間變動。雖然兩種控制方式都可滿足用戶的最低水壓要求，但顯然以壓力控制點設于最不利點時用戶的水壓變化明顯減小。

1.2 氣壓罐安裝位置對罐容積和壓力的影響
　　如上所述，從穩定用戶水壓，以將壓力控制點設于最不利點較好，可有兩種方法：一是將壓力傳感器與氣壓罐分體設置，僅將壓力傳感器移至最不利點，氣壓罐仍與水泵設置在一起；另一種方法是將氣壓罐與水泵分設，按氣壓罐內水壓進行壓力控制，盡可能靠近最不利點且位置盡可能高，這樣既可穩定管網水壓，還有利于減小罐容積并降低罐內承壓。由文獻：

　　　　　　　　　　　　　V=W.[β/（1-α）　　　　　　　　　 （1）

　　式中 V—氣壓罐總容積，m³
　　W—設計調節容積，m³，由設計最大供水量及水泵每小時最大起動次數確定
　　α—設計罐內最小與最大壓力的比值（絕對壓力），α=P₁/P₂
　　β—容積附加系數，_β==P₁/P₂（P₀為罐內無水時的氣體壓力）
　　可見，在罐內壓力控制差（P₂-P₁）不變的條件下，氣壓罐設于最不利點與泵站處的容積和承壓是不同的，因為前者遠離泵站且位置較高，P₁相應于d₂對應的壓力，P₂相應于a₁對應的壓力，顯然罐內承壓較低；P₁P₂減小，使α與β值皆下降，有利于減小V值。或者在一定的氣壓罐容積下，可增大有效調節容積，以減少水泵開停次數，實現節能并延長設備壽命。

2.變頻調速給水系統壓力控制點位置的分析

2.1 控制點設在水泵出口
　　 壓力控制點設在水泵出口，按此壓力設定值變頻調節水泵工況是常用方式，其工作特性如圖2。圖中A₀為為最大供水量Q_max相對應的管路特性曲線，B₀為水泵在Q_max時的特性曲線，H’為壓力控制線，按Q_max相應的管路特性曲線及用戶水壓要求確定。在Q_max時，三條曲線交于a點，最不利點的水壓標高H₀即要求的最低水壓，沒有水壓浪費。當用水量降低時，控制系統降低水泵轉速來改變其特性。但由于采用泵出口水壓恒定方式工作，所以其工作點始終在H’上移動，如b點即為相應于 Q’的新工作點，相應的水泵特性曲線為B₁，A則是由A₀向上平移得到的管路特性曲線，導致最不利點水壓高升為H₁，H₁>H₀，二者的差值為多余浪費的水頭即圖2中陰影部分，另外，泵出口處恒壓對用戶而言是變壓，水壓波動范圍是H₀～H’，能否保證用戶處的最低水壓，其控制可靠性存在疑問。

2.2 控制點設在最不利點
　　將控制點設于最不利點，以該點水壓標高H₀（圖2）定值作為控制系統的調節目標。隨用水量大小的變化調節水泵轉速，使水泵特性曲線變化，而管路特性曲線A₀恒定不變，水泵工作點始終在A₀上移動，最不利點水壓不變始終為H₀。如供水量為Q’時，水泵特性曲線為B₂，工作點為C，供水壓等于需要的水壓，沒有能量的浪費。與泵出口恒壓控制相比，在同樣供水量時將使水泵以較低的轉速工作，消除了圖中陰影部分的能量浪費，實現了最大限度的節能供水。
　　除此之外，在最不利點控壓還保證了用戶水壓的穩定，無論管路特性曲線等因素發生什么變化，最不利點的水壓是恒定的，保證水壓的可靠性高。這種控壓方式僅是改變壓力傳感器的安裝位置，增加相應信號線的長度。過去采用的是以電壓信號輸出的壓力傳感器，由于存在信號衰減等問題而對設置距離有所限制；現在新型以電流信號輸出的傳感器，為選擇合理的壓力控制點位置創造了技術條件。

3. 討論與結語

　　綜上所述，在進行加壓給水系統設計時，壓力控制點的位置選擇是重要的內容。對氣壓給水系統而言，氣壓罐的安裝位置是一個影響系統技術性能與經濟效益的重要因素，不可片面的強調氣壓罐設在較低處的優點，而應在條件允許時盡可能將壓力控制點或氣壓罐設于供水的最不利點及較高處，特別在居住小區等規模較大的加壓給水系統中更應給予充分重視。這樣，可以改善供水技術性能，穩定或減小供水壓力波動，減小氣壓罐容積和承壓，尤其在節能方面可有效的減小供水能量浪費。
　　無論對于氣壓給水系統還是變頻調速給水系統，還應注意水泵的高效工作區域等問題。但根據前述分析，將壓力控制點設于最不利點，無疑將更易于實現水泵在高效區運轉。
　　本文的分析是以兩種極端情況為例。在實際工程中，可能受具體因素的限制，不宜將壓力控制點設于最不利點處。較現實的做法應是在條件允許的情況下，盡可能將壓力控制點靠近最不利點。這種方案對給水設備本身無顯著的影響與改變，尤其變頻調速給水系統更是如此。因此，這是一種先進、實用、可行的方案，能收到良好的技術經濟效果。