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摘要：无吸程设备可直接从自来水管网吸水，能利用自来水管网的原有压力，达到节能目的，又能动用足够的储存水量满足高峰期用水，且不会对自来水管网产生吸力，造成负压，即对自来水管网无影响。文章分析了无吸程变频供水的原理以及应用。
关键词：无吸程变频供水；原理；应用
1前言
无吸程变频供水是合理利用水资源的供水方式，是变频技术在给水系统的有效利用。在国家提出科学发展观的前提下，使用无吸程变频供水对于未来发展有着很大的作用。
2使用无吸程变频供水的必要性
节能降耗是我国的基本国策，是缓解能源紧张的重要措施，也是水务行业保证优质供水，提高经济效益，可持续和谐发展的重要环节和工作目标。
能源属于战略性资源，关乎国家经济命脉，而且往往是牵动一发而动全身，会对下游产品产生较大影响。近年来随着国际经济发展与激烈竞争，加剧了能源的过度开发，过度需求和过度浪费。国家主席胡锦涛在2008年7月于日本北海道洞爷湖召开的八国集团峰会上宣布：到2010年单位国内生产总值和能源消耗比2005年降低20%左右，主要污染物排放总量减少10%；温家宝总理在2009年末于哥本哈根世界气候变化大会上宣布：“中国到2020年将实现单位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%至45%”的量化减排指标。因此，节能降耗，增加生产，厉行节约是应对世界金融海啸，构建和谐社会和民族复兴的当务之急，全力创建资源节约型水务，不断探索水务行业节能降耗的蹊径，刻不容缓。
提高水泵的效率是水泵节电的关键，所谓水泵效率即有效功率与轴功率的比值，因此，提高水泵效率实际上就是提高水泵的有效功率。在实际生活中，居民用水规律每天24小时都是不一样的，通常分峰、谷、平三个阶段，而这三个阶段中，逐时的用水量也是变化的，因此城市供水管网的水压也是变化的。而供水泵却始终以一定的转速运行着，造成了功率的浪费。如果水泵的转速能够随着用水量的大小而随机变化，保持恒压供水，就会大大提高水泵的有效功率，达到节电的目的。
3无吸程变频供水的工作原理和特点
3.1.无吸程变频供水的工作原理
无吸程设备可直接从自来水管网吸水，能利用自来水管网的原有压力，达到节能目的，又能动用足够的储存水量满足高峰期用水，且不会对自来水管网产生吸力，造成负压，即对自来水管网无影响。无吸程变频供水大体上可分为稳流器、真空期的控制的模式、自控限流模式、压力控制点方式等几种。无吸程变频供水改造系统的工作原理：
根据实际情况设定用水点工作压力，并时刻监测市政管网压力，当压力低于用户所需压力时，微机自动控制子变频器启动，调节水泵转速提高，直到管网压力上升到用户所需压力，并控制水泵以一恒定转速运行进行恒压供水。
3.2.无吸程变频供水的工作特点
3.2.1技术先进：无吸程变频供水设备将多项先进技术进行优化融合，无吸程变频供水设备与自来水管网直接串接，实现节能、卫生、安全可靠运行，不产生负压，无吸程变频供水设备亦用于改造原有老式泵房设备，改造后同样可以达到高效节能、自动恒压供水的目的。不用建水池、水箱。
3.2.2卫生无污染：全为全密封的结构，细菌等杂质不会进入系统中来，使用户使用的是符合国家卫生标准的自来水。避免了里面生长一些杂质、二次污染物等。安全、卫生是一大特性。并且完全保持了市政水源的国家水质卫生标准，从根本上避免了增压系统造成的水质标准降低和各种水源污染问题。
3.2.3节能效果显著：设水泵吸水口的自来水管网压力为P自，水泵的出口设计压力为P设，则水泵的出口实际压力将降低至P实=P设-P自（不计因水泵阻力等造成的压头损失），但自来水管网压力在一日之内变幅较大，当用户为24h用水时，通常按最小自来水管网压力P自min考虑，故一般水泵额定压力按Pe=P设-P自min选用。此时，水泵额定压力与实际压力之差为Pe-P实=P自-P自min≥0，因此当水泵按工频（50Hz）运行时，将造成能量的浪费。
若采用变频器带动水泵，水泵的实际工作转速是以水泵出口的压力值为主参数，即实际出口的压力值始终恒定在P设上而不会造成压力水头的损失。
3.2.4运行可靠：无吸程变频供水设备可与市政供水网自动并网运行，并具有双恒压功能而且对自来水管网无影响，管网增压供水时不会对其产生负压，即能满足生活生产用水的正常压力和流量，又不影响其它用户的正常用水。
3.2.5投资节约：该设备与其他老式供水设备相比节约占地3~16倍，比建水塔节约投资15%~60%。
4无吸程变频供水的工作过程
4.1.当Q自>Q用时，即自来水流量大于用水量，
此时水箱蓄水，至设计水位则浮球阀关闭（真空压力表的读数为正）。在自来水压力的作用下止回阀关闭，由此便构成了管道泵供水状态，直接从自来水管网吸水，此时水泵能有效地借用自来水管道原有的压力。
4.2.当Q自<q用时，即自来水流量小于用水量，
因水泵的进水口直接与自来水管道相连接，若止回阀未打开，则水泵的进水口处便会产生负压。由于止回阀的底部压力小而上部压力大，故止回阀打开时水箱里的水在重力的作用下流向水泵入水口，此时水泵入水口O点的压力为：
PO=ρg（H-Hr）
式中H――水箱水面到止回阀上部的高度
Hr――止回阀在额定流量下的局部阻力水头
ρ――水的体积质量
g――重力加速度
由于止回阀的正向阻力水头一般小于5kPa，因此只要Hmin（水箱水面到止回阀上部的最低高度，这可以在设计时得以保证）>5kPa就能使O点的最小压力始终为正值，也就保证了自来水管道在水泵对接处始终不会出现负压，不会对自来水管网造成影响。
4.3.当Q自=Q用时，即自来水流量等于用水量，
此为暂时的平衡点，它保持着系统的原有状态。
5应用实例
某集团大厦需要水泵出口的设定压力为P设=0.62MPa，自来水管网的压力为0.52～0.57MPa。原选用普通的水箱―水泵式变频恒压供水设备时用电约为1.24×104（kW•h）/月，后改用无吸程变频恒压供水设备，预测改造后自来水管网的压力取其平均值0.55MPa，假设水泵给管道加压的数值为0.07MPa（未考虑利用自来水管网压力水泵效率系数），每天非用水高峰期的时间为23h，用水高峰期的时间为1h。
5.1非用水高峰期
由于一天中用水非高峰期的时间占全天的23/24，而水泵的工作压力与所消耗的功率成正比，故水泵实际消耗的电量12400×（1-1/24）×11.3%=1343（kW•h）/月；
5.2用水高峰期
用水高峰期的时间占全天的1/24，故水泵实际消耗的电量为12400/24=516（kW•h）/月，所以水泵总计电耗为1343+516=1859（kW•h）/月。
改造后实测电耗结果为1960（kW•h）/月左右，与测算结果基本吻合（误差源于水流经水泵时的压力等损失和用户用水及管网压力的随机性）。
6结束语
综上，在资源日益紧张的当今社会，使用无吸程变频供水，提高水资源的利用率是科技发展所带来的必然情况。在现在的应用中，无吸程变频供水在节能方面还有很大的提升空间。
参考文献：
[1]高层建筑给水排水设计手册.第二版.湖南科技技术出版社出版
[2]李广贺．水资源利用与保护［M］．中国建筑工业出版社，2012，209页
[3]李伟旭，吴晓煜．建筑节水的一些新途径［J］．沿海企业与科技，2011，147-149页.