當今世界，隨著科學技術的進步，給排水領域的新技術得到更廣泛的應用，使給水設備在技術上產生革命性的飛躍，特別是給水設備在控制方式上的多樣化。隨著電子控制技術在給水領域使用地不斷發(fā)展成熟，供水系統(tǒng)的“恒壓力”或“變流量恒壓力”最終得以實現。于是“水泵＋氣壓罐+控制柜”的設備結構形式得到廣泛的應用。本文是以意大利CIMM氣壓罐在消防給水系統(tǒng)和生活給水系統(tǒng)兩大領域的應用進行分析。
一：CIMM氣壓罐在消防給水系統(tǒng)中的應用
CIMM氣壓罐在消防給水系統(tǒng)中的作用比較單一，主要作為增壓穩(wěn)壓設備結合水泵使用，屬于“水泵＋氣壓罐+控制柜”的設備結構形式。通常在屋頂消防水箱不能滿足最不利消火栓或者噴頭的工作壓力時使用，有兩種組合形式。
（一）屋頂消防水箱結合CIMM氣壓罐的穩(wěn)壓方式
其中氣壓罐容量按最小要求設置，按照規(guī)范其有效容積對于消火栓系統(tǒng)來說為300L，對于自動噴水系統(tǒng)來說為150L，若兩種系統(tǒng)合用則為450L。這種“氣壓罐+屋頂水箱”的組合方式在穩(wěn)壓泵故障時，仍能在30s內維持系統(tǒng)壓力。因此穩(wěn)壓泵故障對系統(tǒng)供水安全影響是不大的，即使在極端的情況下，高位水箱仍能擔負向系統(tǒng)供水的任務，僅系統(tǒng)最不利位置的水壓無法滿足規(guī)范要求而已。這種設備結構形式的工作原理為：氣壓水罐的壓力由穩(wěn)壓泵提供，當氣壓水罐壓力達到設定要求后，穩(wěn)壓泵停止，平時管網壓力由氣壓水罐提供，滿足系統(tǒng)的最不利點水壓水量要求。當系統(tǒng)壓力下降到一定設定的程度后，穩(wěn)壓泵啟動，將系統(tǒng)壓力補足后再停止。如此反復使系統(tǒng)時刻處于“準工作”狀態(tài)。若系統(tǒng)壓力持續(xù)下降，則判斷為火災（此時噴頭爆破或消防水槍射水），穩(wěn)壓泵持續(xù)向消防管網供水，同時啟動消防泵房的消防主泵，向系統(tǒng)供水，實現對火災的撲救。這種方式穩(wěn)壓泵不需要一直工作，耗費的電能也比較小?！拔蓓斚浪?水泵＋氣壓罐+控制柜”的設備組合為設計中最常用的穩(wěn)壓方式。也是規(guī)范推薦的消防穩(wěn)壓方式。
（二） CIMM氣壓罐取代屋頂消防水箱的穩(wěn)壓方式
其中氣壓罐的容量按實際需要水量設置，容量較大。根據防火規(guī)范要求，消火栓給水系統(tǒng)的氣壓給水設備應儲存10min的消防用水量；自動噴水滅火系統(tǒng)的氣壓給水設備應儲存最不利處4只噴頭持續(xù)10min供水的水量。按規(guī)范要求最大10min的消防用水量為18m3，顯然這樣大容量的氣壓罐在實際使用中是很不方便的，也是不經濟的。同時，這類穩(wěn)壓方式的穩(wěn)壓泵應按主、備用泵設置，目的是防止在主穩(wěn)壓泵故障時，及時將備用泵投入使用。“水泵＋氣壓罐+控制柜”的設備組合在實際設計中極少使用，在有其他方法的情況下補推薦使用。
二：CIMM氣壓罐在生活給水系統(tǒng)中的應用
通常情況下，生活用水量變化較大，具有明顯的時間特性，這就要求生活給水設備的能耗要隨用水量的變化而變化，達到節(jié)能的目的。變頻給水設備在正常工作階段，水泵一般都運行在高效區(qū)，水泵的功耗也在正常范圍內。當用水量很小甚至零流量時，為保證管網的恒壓，水泵還是處于低速運行狀態(tài)，仍有相當的能源浪費。為了減少能耗，真正做到節(jié)能，這時就需在系統(tǒng)中增設氣壓罐，以保證管網的小流量供給及維持零流量時管網的壓力。下面，本文簡單介紹一下CIMM氣壓罐在變頻給水系統(tǒng)中的作用。
（一）CIMM氣壓罐在變頻給水系統(tǒng)中的作用
氣壓罐的理論基礎為波義耳氣體定律，即PV/T=n(P:壓力，V:氣壓罐氣體體積，T:溫度)；在一定溫度下氣體壓力(P)與容積(V)乘積等于常數。當氣壓罐連接到水系統(tǒng)上時，主要起一個蓄能器的作用，當系統(tǒng)水壓力大于罐內氣體壓力時，系統(tǒng)水會擠入氣壓罐氣囊內，這樣一是會壓縮罐體于氣囊之間的氣體，使其體積減小，壓力增大；二是會增加系統(tǒng)內水的容積，使系統(tǒng)壓力減小，直到壓力達到平衡才停止進水。當系統(tǒng)水壓力小于罐內氣體壓力時，氣囊內的水會在氣體的壓力作用下擠出，補回到系統(tǒng)，系統(tǒng)水容積減小壓力上升，罐內氣體體積增大壓力下降，直到兩者達到新的平衡，水停止從氣囊擠壓回系統(tǒng)。
生活給水系統(tǒng)管網普遍都大，節(jié)點較多，在不配置氣壓罐的系統(tǒng)中，管網的壓力由自身水壓來維持。由于水的壓縮比遠小于氣體，所以當管網有小流量或者泄漏時，水壓會大幅度下降，造成水泵頻繁啟動。這時系統(tǒng)就必須配置氣壓罐，緩解水泵的頻繁啟動，以減小能耗，同時延長水泵的使用壽命。綜上所述，氣壓罐是保證水泵正常休息并延長休眠時間的前提條件，同時氣壓罐也起到調節(jié)系統(tǒng)壓力波動的作用。
（二）CIMM氣壓罐調節(jié)容積的確定
在設計壓力范圍內，氣壓罐的調節(jié)容積可看作是管網的有效補充水量。在管網小流量不變的情況下，其調節(jié)容積越大，一定時間內水泵啟動的次數就越小。因此，氣壓罐調節(jié)容積的大小決定了水泵休眠時間的長短。計算氣壓罐的調節(jié)容積應采用合理的計算公式，既要充分利用水泵最大啟動次數，又不至于啟動過于頻繁。應充分考慮用水量變化的實際影響，減小氣壓罐調節(jié)容積，節(jié)省投資。
合理選擇氣壓罐的大小，不致過大或過小，這是氣壓罐選型設計的重點也是難點。例如：生活給水系統(tǒng)壓力為P1=0.5MPa，水泵啟動壓力P2=0.15MPa，假設管網流量為10L/h，在深夜水泵停止工作6h，總用水量為60L。那么，如果氣壓罐在△P=0.35MPa范圍內的調節(jié)水量大于60L，可保證水泵睡眠6小時。因此，選用調節(jié)水量在60~80L左右的氣壓罐是比較合適的。如果選用調節(jié)水量超出80L很多的氣壓罐，雖然水泵的間息工作時間更長，但是超過6小時管網已經開始進入用水時段，水泵開始正常運作，延長休眠時間已無意義。因此，氣壓罐的選擇并不是越大越好。在《建筑給水排水設計規(guī)范》（GB50015-2003）中，根據3.8.5.4條的計算式，氣壓罐的調節(jié)容積還跟水泵啟動頻率有關。因此，在用水量較小的低谷時段內，按照幾小時計算氣壓罐調節(jié)容積規(guī)范并沒有嚴格規(guī)定，設計時應按照各地實際用水情況，根據系統(tǒng)流量、水泵功率、供水面積等多方面考慮合理布置，也要防止為了追求過長睡眠時間而使氣壓罐體積過大，應充分考慮用水量變化的實際影響經計算確定。
三：CIMM進口氣壓罐的選擇
CIMM氣壓罐的結構形式多種多樣，設計選型時應根據管網水量變化情況、系統(tǒng)壓力等選擇經濟實用的。氣壓罐的壓力等級一般有0.4、0.6、1.0、1.6、2.0、2.5MPa。在選擇時應保證氣壓罐的壓力等級大于或等于系統(tǒng)的最高工作壓力。氣壓罐的結構形式有自動補氣式和囊式隔膜式。囊式隔膜式氣壓罐結構簡單，罐內氣水分離，水質不易污染，而且一次充氣可長時間使用，是生活變頻供水系統(tǒng)中首選的氣壓罐形式。自動補氣式氣壓罐省去了囊式隔膜，造價低，罐內空間大，但是結構復雜，氣水直接接觸，水質易污染，可用作消防穩(wěn)壓罐、膨脹罐等。因此，選擇的時候應根據不同情況優(yōu)化選擇。
本文由上海法鳴流體設備有限公司搜集整理，上海法鳴流體是意大利CIMM進口氣壓罐在中國的總代理。本文僅對CIMM氣壓罐在給水系統(tǒng)中常用的結構形式進行了介紹，總結了消防給水系統(tǒng)中CIMM氣壓罐的常用配置方案和生活給水系統(tǒng)中氣壓罐的作用。當然隨著技術的更新和新型設備的不斷涌現，今后我們在設計時可以有不同的方案進行比較和選擇。同時結合工程實際需求，通過認真的分析和比較，一定能做出更好的設計，更好的服務于千家萬戶。
