摘要：传统供水方式大多采用水塔、气压罐式的增压设备，或是通过在楼房顶层建蓄水池来实现。这种传统供水系统的水泵电机多是不能变速的拖动系统，因而电能大多消耗在为了适应供水量的变化，而不得不频繁的启、停水泵电机的过程中。而自动控制系统可很好地解决传统供水系统存在的问题，并且具有节能、安全与恒压等方面的优点。本文主要对高层建筑水箱供水中自动控制系统的应用进行分析探讨，以期对相关人员有一定的参考意义。
关键词：高层建筑；水箱供水；自动控制系统；应用
1、前言
我国目前市政供水设施的建设常常滞后于城市建设的发展和人口的增长，供需矛盾将会长期存在，当市政自来水的一次供水压力不可能完全满足屋顶高位水箱进水需求时，常采用蓄水池贮水，再通过水泵给高位水箱供水，因此水箱供水中自动控制系统的应用对居民的生活具有重要的意义。
2、自动控制系统的建立
2.1水位的自动控制
水箱自动补水的基本原理是取水位信号来控制电动阀的正转和反转，以往水位信号的采集都是采用液位浮球或液位杆簧管等液位传感器，信号均为强电。液位传感器时常有漏电和机械卡阻等不良现象，造成威胁人身安全和设备停运状况。利用水作为介质，采用弱电采集水位信号来控制电动阀的正转和反转，既安全又可保障设备的可靠运行。
2.2电动阀自动启动，反转关闭阀门
水位达到最高水位时水箱水位达到最高点，高水位信号回路形成通路，电动阀反转启动，阀门关闭，直至过力矩电动阀停止反转。此时，阀门完全关闭，水箱不再进行补水。
3、高层建筑水箱供水自动控制系统常规做法存在的问题分析
城市中，一个生活小区一般由多栋多层及高层住宅组成，每栋住宅屋顶常设有高位水箱。由于各栋住宅高高低低，错落有致，市政自来水的一次供水压力难以将水送至各屋顶水箱，因此，目前常规做法是在小区内设一蓄水池，由于水泵给各栋住宅上的高位水箱进行供水。图1为供水系统原理示意图，其供水系统采用双管式高位水箱供水方式(以四栋楼高不一的住宅屋顶高位水箱为例)。
本生活小区采用以上的压力式水位控制方案控制水泵的启、停，则存在如下几个问题：第一，由于本小区各屋顶高位水箱标高不一致，则电接点压力表的上、下限整定压力值难以确定，需要到现场进行多次的调试测量，而城市管网压力是经常变化的(与用户的多少及用水的高峰期和低谷期有关)；第二，根据我国现行规范规定：“单台水泵、水塔、水箱(高位水箱)，宜采用高、低水位自动控制或手动控制，并设置水位信号”和“控制取水泵房的集中控制室，应具有下列功能：水位测量与水位信号指示”的规定均要求显示高位水箱中的水位信号并进行水位测量。而采用压力表则不能达到此要求(采用干簧管等类似的液位控制仪亦难以达到要求)；第三，若多个高位水箱高度均相差较大，在停泵间隙，水箱内缺水，用户又急需用水，在此种情况下，用户亦没有水用，只能临时叫工作人员手动开泵，也会给用户带来不便。
4、高层建筑水箱供水自动控制系统的几条改进措施
为解决以上问题，保证二次供水，方便用户，笔者对国际图集中的控制方案进行了改进，水泵电动机直接启动，备用泵自动投入(电动机主接线图略).该方案已在广东某小区运行验证。
4.1采用能显示水位信号的SKY系列液位控制仪(由杭州西湖电子工艺厂生产)，在蓄水池及每个屋顶高位水箱内设置控制仪传感器探头，集中在值班室内显示蓄水也及各高位水箱的水位情况，以便让值班人员随时可以观察各水箱(水池)中的液位情况。
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4.2将各水箱的水位开关下限开泵触头、上限停泵触头分别并联，一并接入水位控制回路中，当任意一个屋顶高位水箱(如1#水箱)达到下限水位时，此水箱对应的水位开关合上，使水位继电器线圈带电，其常开触头闭合使水泵电动机控制回路中交流接触器线圈带电，接通电动机主回路，从而启动水泵供水；当全部高位水箱灌满后，均达到上限停泵水位时，水位开关均断开，线圈断电，其常开触头打开，使水泵电动机控制回路中的交流接触器线圈断电，使水泵停机。
4.3在每个高位水箱进水主管上加装电磁阀及旁通阀。平时旁通阀关闭，只有在电磁阀出故障检修时，才使用旁通阀。只有当某水箱需进水时，电磁阀才联锁打开。
4.4目前屋顶水箱内通常设浮球阀来阻止多余的水进入水箱，不致让水溢出。而本方案中在水箱进水主干管上加装了电磁阀，当水箱中水位达到设定的上限停泵水位后，电磁阀联锁水关闭，因此可以省去各屋顶水箱中的浮球网。
5、水箱常见问题分析
近年来，常出现高层住宅最高几层生活用水水压严重不足的现象。本文对此现象出现的原因以及解决的方法进行了初步探讨。
5.1问题的出现
在某地区有一栋12层单位集资楼，该楼采用生活高位水箱给水系统向8～12层提供生活给水。2014年部分集资户自行装修入住后不久，10～12层住户普遍反应供水压力严重不足，造成大便器自闭式冲洗阀无法冲洗，燃气热水器无法开启。随后，又发现有几栋类似的高层住宅楼。
进一步的调查发现:生活高位水箱供水压力不足的集体投诉事件主要发生在2014年后竣工的国有单位职工集资高层住宅楼。这与近年来给水管材的使用变化以及高层住宅楼性质的不同有关。
5.1.1管材和管径的使用变化
2014年前建成的高层住宅楼室内给水管道多采用镀锌钢管。由于钢管生产工艺的限制，工程中使用的最小管径为DN15。此时很少出现高位水箱供水压力不足的现象。
5.1.2住房的性质不同
房地产公司及其物业管理公司聘请了给排水专业人员，交房时向住户提供了书面正式使用说明，以及日后对住户装修方案进行了审查监督，因此商品房很少出现用水压力不足的投诉。对于国有单位职工集资高层住宅楼，由于管理人员多属于本单位基建处或后勤部门，非专业人员居多，在竣工交房时极少向集资户发放书面使用通知，日后对集资户装修方案的审查监督多流于形式。通常，集资户比商品房住户节约，加上新楼邻居为同事，在装修时容易相互跟风，普遍在入户水表后安装小口径管道，极易酿成集资户集体投诉用水水压严重不足的事件。
5.2补救的方法
对于“高位水箱供水压力不足”现象，事后的补救方法主要有以下四种:
5.2.1更换室内管道
通过入户水表后换装大口径给水管，减少管道水头损失，保证供水水压。此方案适用于室内给水管道明装的住户。由于室内管道多采用暗敷，更换管道势必破坏装修。很少有住户愿意接受这一方案。
5.2.2入户水表后安装微型增压水泵
若入户水表后有≥15cm的安装位置，可考虑安装微型增压水泵，提高水表后的供水压力，满足各用水点水压要求。这是家庭常见的自我补救措施。
5.2.3抬高高位水箱的安装高度
抬高生活水箱的安装高度3～4m，使最高层入户水表前静压达到11.5mH2O左右，同时大便器改用冲洗水箱，将改善用水压力不足的问题。此方案具有操作简单，费用省等优点，目前已该内两栋高层集资住宅楼采用。
5.2.4安装生活水屋顶增压设施
对于因故不能抬高生活水箱的高层住宅楼，可考虑在屋顶安装生活水增压设施，将生活水箱出水加压10～15mH2O。此方案供水压力可靠，但设备投入和运行费用较高，而且增压水泵的振动会影响顶层住户的生活。故建设方一般不愿采纳该方案。
6、结语
综上所述，由于小区供水系统水泵房中的水泵的流量、扬程通常是按最不利的情况进行设计的。在大部分的水箱灌满水后，水泵仍旧按原来的转速运转，使管网的压力增大，这样势必造成不必要的浪费.若此时采用变频调速系统来控制水泵电动机的运行，可以根据用户用水量的多少，自动调节水泵电动机的转速，改变水的流量及流速，自动调节管网的压力，从而可以降低损耗，达到节约能源的目的。
参考文献：
[1] 王曙华，李勇伟.专用变频器在恒压供水装置中的应用[J].世界仪表与自动化，2003，7(8)：48-50.
[2] 周志敏.FR-500变频器在恒压供水系统的应用.
论文作者:马胤
论文发表刊物:《基层建设》2016年24期8月下
论文发表时间:2016/12/7
标签：水箱论文; 水位论文; 高位论文; 水泵论文; 压力论文; 屋顶论文; 住宅楼论文; 《基层建设》2016年24期8月下论文;