現在、中国では都市化が加速するにつれ、土地資源の逼迫が深刻化し、建設プロジェクトは概して高層ビルへと発展しています。現在、高層ビル給水システムにおいて、いかにして信頼性と安全性に優れた給水を実現し、省エネと環境保護を実現するかが、給水システム設計における重要な研究課題となっています。
多くの建設会社は、非負圧給水技術を活用することで、高層ビルの給水問題を効果的に軽減しています。同時に、電圧安定化、周波数変換などの技術を駆使して給水管の連続運転を効果的に確保し、スマート給水を実現しています。本稿では、これを踏まえ、高層ビル給水システムにおける非負圧給水技術の応用を分析し、業界関係者の参考とします。
都市給水網の給水圧力は通常0.3MPa未満であり、高層ビル利用者の水需要を満たすことができません。同時に、二次汚染を引き起こす可能性が高く、多くの場合、大きな屋上スペースを占有するため、従来の高層貯水槽は人々の生活の質に対する要求を満たすことが困難です。そのため、従来の高層ビルの給水設計では、設計者は地下貯水槽と可変周波数ポンプ群を組み合わせた給水方法を採用し、ゾーン給水を実現しています。現在、省エネと環境保護の建築コンセプトに基づいて、給水方法を改善し、革新して、ユーザーに効率的で迅速な給水サービスを提供する必要があります。これに基づいて、建物の給水設計と建設における長年の経験に基づいて、主に高層ビル給水システムにおける非負圧給水技術の適用を分析します。
1. 非負圧給水技術とは？
非負圧給水技術は、都市給水システムで広く利用されている技術の一つです。この技術は主に周波数変換技術を用いて都市給水管の圧力を高め、高層ビルの利用者の給水ニーズを満たすことを目的としています。従来の貯水池建設による給水方法と比較して、非負圧給水システムは水道管に直接接続されるため、貯水池の貯水と給水の接続が不要になり、エネルギー消費を削減できます。非負圧給水技術の圧力安定化・補償技術は給水ネットワークの圧力を安定化させ、インテリジェント制御技術はネットワークをリアルタイムで監視することで、時間と労力を節約するだけでなく、水圧のインテリジェントな調整を実現し、継続的な給水を確保します。システムを使用する前に、施工担当者は実際の水使用状況に応じて圧力安定化値を設定し、適切な微調整技術を用いて水圧を制御する必要があります。これにより、水圧過度による給水トラブルを回避し、利用者の日常生活に支障をきたすことがなくなります。さらに、非負圧給水システムは真空補償技術を採用しており、完全に閉じた直列接続により給水ネットワークへの不純物の混入を防ぎ、水道管の詰まりや飲料水の品質低下などの問題を回避します。
2. 非負圧給水装置の種類
2.1. 密閉式非負圧給水装置
密閉式非負圧給水設備は、ステンレス製の容器を使用しています。技術者は通常、モーター、送水ポンプなどの機器を完全に密閉し、水質の二次汚染を防止します。同時に、このタイプの装置は階段や地下水プールなどの場所によく見られ、占有スペースが小さく、設置が簡単かつ迅速であるという利点があります。欠点は、市町村の公共配管網が遮断された場合、ステンレス製の容器の貯蔵容量が限られているため、一定期間運転した後に機器が停止する可能性があることです。
2.2. 流量調整タンク式非負圧給水装置
流量調整槽式非負圧給水設備は、給水ポンプの前に制御可能な流量調整弁を設置することで、水圧と水量を調整し、都市公共水道システムへの影響を軽減する目的を達成します。
2.3. 可変水槽式非負圧給水装置
調整水槽式非負圧給水設備は調整水槽を備えており、水槽と送水ポンプの並列接続と電子制御装置の調整により、水槽内の水源を1日に2回循環させ、水質を確保します。この装置の仕組みは、給水網の水量と水圧条件が要件を満たしている場合は、都市水道網から直接給水し、条件を満たしていない場合は調整水槽から直接取水します。そのため、都市給水管路が不安定な場合、高層ビルの設計者は調整水槽式非負圧給水システムを選択できます。
3. 非負圧給水技術の原理と利点
3.1. 非負圧給水技術の原理
非負圧給水装置は加圧給水装置の一種とみなすことができます。この装置を使用する場合、施工者は給水ネットワークに接続し、都市ネットワーク内の残留圧力を最大限に活用してカスケード直列給水システムを形成し、ネットワーク圧力が設定された保護値に達することを保証する必要があります。非負圧給水装置を使用する場合、施工者は二次加圧給水の動作条件を考慮して負圧の問題を回避し、安全で信頼性の高い給水を確保し、周囲のユーザーの通常の水使用への影響を軽減する必要があります。新しい非負圧給水システムは、高度な電気機械制御技術を統合したハイテク設備システムです。都市給水ネットワークの水が不足している場合、システムが使用する主な技術原理は次のとおりです。
- 負圧を防ぐ: このシステムは、負圧などの現象を防止するために、真空調整弁を自動的に開き、外気を安定電流補償システムに注入します。
- フロー制御と制限: システムの圧力センサーは、監視された信号に応じて水量を適切に制限し、水ポンプが水に過負荷をかけないようにします。
- 圧力を調整する: システムは自動的に定圧給水モードに切り替わり、圧力が正常に戻ると自動的に可変周波数モードに戻ります。同時に、システムは非負圧給水設備を使用することで、給水ネットワーク全体の調整と貯水を実現できます。
3.2. 非負圧給水技術の利点
- 二次汚染を防ぐ: 非負圧給水設備は一般的に密閉性が高く、微生物の侵入を受けにくいため、二次汚染を招かず、漏水トラブルの発生を大幅に低減します。
- 省エネに貢献します: 非負圧給水システムは都市給水ネットワークと直接直列に接続されており、給水および給水プロセス中に発生するエネルギー消費を効果的に削減します。可変周波数技術の支援と相まって、従来の給水システムと比較して、システムはエネルギー消費をほぼ半分に節約できます。
- 高い運用効率と低い管理コスト: 非負圧給水システムは高度な機械化を備えており、管理コストを増やすことなくスタッフの管理効率を大幅に向上させることができます。
- 投資コストを効果的に削減: 従来の給水方法では、新たなプールや高水位の貯水槽を建設する必要があり、費用がかさみ、通常は広い屋根裏スペースが必要になります。しかし、非負圧給水技術はこれらの問題を効果的に回避します。
- 高度な自動化: 非負圧給水技術は、非負圧配管網に圧力をかけることで給水を安定させ、シミュレーション知能化技術を用いて水量を自動的に制御し、過圧、過電流、過負荷、水不足などの特殊な状況を検知すると、自動的に音声警報を鳴らすことができます。また、非負圧給水システムは、お客様のカスタマイズによる遠隔監視サービスもサポートしており、お客様のニーズに合わせて中央監視センターを構築し、送水ポンプの電流、電圧、入出水管の圧力、送水ポンプの周波数などを24時間監視します。お客様は監視センターを利用して設備の起動・停止ができるだけでなく、一部のソフト障害も遠隔で処理できるため、管理・メンテナンス時間を大幅に短縮できます。
4. 非負圧給水技術を各段階に適用する際の注意事項
4.1. 設計段階
高層ビル給水設備と都市給水網の接続設計は、非負圧給水システム設計の鍵となります。そのため、設計者は給水設備、給水ポンプ、都市給水網の接続に重点を置くことで、省エネと効率的な負圧給水問題の抑制を実現し、利用者の水需要を確保する必要があります。
水道水が非負圧給水システムの調整槽に入ると、真空抑制装置が貯水槽内のガスを排出します。調整槽が満水になると、真空抑制装置は自動的に作動を停止します。さらに、ビルの水需要と配管圧力が使用要件を満たしている場合は、バイパスチェックバルブを使用して給水することができます。要件を満たさない場合は、非負圧給水システム内の圧力コントローラ、センサー、電力計などが給水ポンプに信号を送り、給水ポンプを起動して運転を開始します。
送水ポンプの運転中に、配管内の水量が送水ポンプの流量を下回る場合、設計者は実際の状況に応じて貯水槽内の水量を適切に調整する必要があります。この際、外気が真空ダンパーに入り込み、配管内の圧力が低下します。給水ピークが過ぎると、配管網内の水量も再分配されます。配管内の水量が送水ポンプの水量を超えると、給水システムは元の運転状態を維持します。一方、調整タンク内の水位がさらに低下すると、液面制御装置が警報を鳴らし、送水ポンプの運転を停止させます。
高層ビルで水使用量が少ない場合、設計者は小型のディフューザーを用いて給水することができます。つまり、一定の運転頻度を維持することで送水ポンプの運転揚程を確保し、給水を確保することができます。
4.2. 準備段階
非負圧給水技術は、高層ビル内の給水構造を改善し、給水システムが各階の水需要に対応できるようにします。非負圧給水技術を使用する前に、技術者は各地域の給水管路を詳細に分析し、給水範囲を確定し、管路が継続的に給水できることを確認する必要があります。また、ポンプ場の位置、居住者数、給水ポイントなどの情報を明確にすることで、圧力安定化値を合理的に設定し、利用者にとって優れた給水環境を構築する必要があります。同時に、技術者は住宅の間取りや居住空間を詳細に調査した上で、実際の状況と理論値を比較検討し、関連機器の寿命、エネルギー消費量、周辺地域の水質などを重点的に分析することで、環境に配慮し、科学的かつ費用対効果の高い建設計画を策定する必要があります。さらに、技術者は関連機器が現場に入る前に、機器の品質を厳格に審査し、機器の品質問題による給水システムの故障などの問題を回避する必要があります。
4.3. 建設段階
非負圧給水設備の正常かつ安定した運転を確保するために、設備の設置前に、施工担当者は送水ポンプ内部の硬質異物を丁寧に点検・清掃し、運転中にインペラやポンプ本体などが損傷するのを防ぐ必要があります。同時に、配管工事中は、送水ポンプが変形して正常な運転に影響が出ないように、誰も送水ポンプに加重圧力をかけてはいけません。設備の設置後、施工担当者はアンカーボルトを適時に締め付け、送水ポンプの起動時に振動が発生して送水ポンプの安定性に影響を与えないようにする必要があります。さらに、施工担当者は送水ポンプの入口と出口の配管に調整弁を設置し、送水ポンプの出口配管に圧力計を設置して、関係管理者がいつでも送水ポンプの運転状態を確認・調整できるようにし、送水ポンプの正常な運転を確保する必要があります。なお、初回使用前には、施工担当者が非負圧給水システム全体に対し、徹底的な清掃、パージ等の処理を実施し、ポンプ本体への汚れの混入による機器損傷を防止する必要があります。
非負圧給水設備の正式運用開始後は、管理者が給水ポンプとモーターの軸受部の温度を頻繁に点検し、定期的に給油を行う必要があります。点検中に軸受部に異常音が見つかった場合は、管理者は直ちに原因（例えば、設備のアンカーボルトが緩んでいないか、給水ポンプパッキンからの水滴滴下が適切かどうかなど）を特定し、速やかに対処する必要があります。同時に、管理者は非負圧給水設備の配管系統を定期的に補修・保守し、貯水タンクから高圧貯水タンクまでの配管、配管網の出口部などに漏れがないか確認し、漏れがあれば速やかに対処する必要があります。漏れがある場合は、速やかに対処する必要があります。
5. 高層ビル給水システムにおける非負圧給水技術の適用におけるポイント
5.1. 非負圧給水システムの科学的選択
- すべての高層ビルが非負圧給水設備の設置に適しているわけではありません。設計者は建物の実際の状況を考慮し、慎重に選定する必要があります。
- 非負圧給水設備は調整量が比較的小さいため、都市の給水システムに比較的依存しており、水圧条件が悪く流量と水圧が保証できない郊外などの地域には適していません。
- 非負圧給水システムの正常な動作は、安定した信頼性の高い電力供給と切り離せないため、電力供給状況が悪い地域では非負圧給水システムの使用が制限されます。
- 有毒物質や化学製品を生成し、都市の配管ネットワーク管理に悪影響を及ぼす可能性のある産業建物では、非負圧給水システムを使用しないでください。
5.2. 非負圧管網重畳移送装置の設計・選定及び管網設定
高層ビルの給水システム設計において、設計者は建物の高さと避難階の実際の配置に応じて、直列給水ポンプ室を柔軟に選択する必要があります。選択の原則は、上位給水区画の要求を満たし、かつ送水管網に過度の圧力をもたらさないことです。避難階の管網積層装置は、高層生活給水エリアとは分離する必要があります。設計者は各区画に管網積層装置を設置し、設計二次流量に基づいて各装置の送水回数を選択できます。建物が直列接続空間である場合、各区画の積層装置の対応圧力レベルは、設置されている空間の給水圧力に基づいて決定する必要があります。送水ポンプを選択する際には、設計者は各エリアの総流量を明確にし、周波数変換による制御を可能にする必要があります。同時に、送水ポンプには小型送水ポンプと空気圧ボックスを配置し、夜間の小流量の水需要を確保する必要があります。移送ネットワークについては、各部門のスタッキング装置にリングネットワークで均一に給水する環状給水システムの使用を推奨しています。この方法は制御リンクを簡素化し、各部門に個別の移送装置を設置する状況を回避し、建物内の配管総数を効果的に削減し、床面積を節約できます。また、移送ポンプ群には複数の予備給水ポンプが事前に装備されているため、移送ポンプが故障してもシステムの正常な給水には影響せず、メンテナンス担当者が故障対応に十分な時間を確保できます。
5.3. 技術的および経済的要因の総合的な考慮
建設会社は、非負圧給水技術を採用する際には、建設コスト、運用コストなどの技術の財務要素を十分に考慮し、技術と経済のバランスをとるよう努めるべきです。この点で、建設会社は経済的利益の観点から、単独高水位水槽、送水ポンプ、給水圧力水槽、地下水槽、定圧可変周波数ポンプ、重畳給水設備、非負圧給水設備などの費用と利益を総合的に比較検討し、非負圧給水技術の利点を最大限に活用しながら、投資を最小限に抑えることができます。
6. 結論
まとめると、建設業界の急速な発展を背景に、高層ビルの数がますます増加しており、給水設計の強化と給水圧力の制御は、現在の給水システム設計における重要な研究課題となっている。そのため、建設会社と関係者は、非負圧給水技術の応用分野を深化させ、給水設計と施工計画の合理性と科学性を確保し、最終的には高層ビルへの安全で持続可能な給水を確保する必要がある。
