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高層住宅(Residential)建筑給水系統(tǒng)中，最常用的給水方式為市政直接供水與水泵加壓供水相結(jié)合，即低區(qū)（一般是地下室與裙房）由市政管網(wǎng)直接供水，中、高區(qū)由變頻（frequency conversion)加壓給水設(shè)備(shèbèi)供水。如何豎向分區(qū)，《建筑給水排水設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》3.3.5條有如下規(guī)定： 1 各分區(qū)最低衛(wèi)生(hygienism)器具配水點處的靜水壓不宜大于0.45MPa，特殊情況下不宜大于0.55MPa； 2 水壓大于0.35MPa的入戶管或配水橫管，宜設(shè)減壓或調(diào)壓設(shè)施(shè shī)。 給水系統(tǒng)豎向分區(qū)的規(guī)定，一是為了保證用戶正常用水，二是為了節(jié)能。正常用水主要是防止配水點水壓過高引起濺水，同時避免衛(wèi)生器具因超壓容易損壞。節(jié)能主要是降低系統(tǒng)運行耗用的電能。本文主要針對節(jié)能問題作詳細(xiáng xì)論述。 一、分區(qū)供水節(jié)能原理 給水系統(tǒng)中，首先考慮充分利用市政水壓（特指：壓強）供水。當(dāng)市政水壓確定的情況下，由市政管網(wǎng)直接供水的用戶數(shù)量是確定的，因此需要加壓供水的區(qū)域也是確定的。 水泵揚程與建筑高度關(guān)系圖 加壓水泵（water pump）所需揚程：Hp = Ho+Hf+h Ho--靜揚程，Ho = Z2 = Z1+Z2-Z1 = Z1+△Z； Z1--加壓供水(Water supply)區(qū)域最低樓層與生活(生活)水（flowing water）池最低水位的高差，m； Z2--加壓供水區(qū)域最高樓層與生活(生活)水池最低水位的高差，m； Hf--包括最不利配水點要求工作水頭、水泵（water pump）損失、Z1之前的管道水頭損失； h --加壓供水區(qū)域立管水頭損失。 消耗（consume)電能：E = ρ·g·Q·Hp/η ρ—水的密度，1.0×103Kg/m3； g—重力加速度9.8m/s2； Q—年用水量m3/a。 η—水泵（water pump）電機運行效率 1、若加壓供水區(qū)域不分區(qū)，相當(dāng)于所有用水加壓至最高層Z2處，年消耗電能：E1 = ρ·g·Q·Hp /η=ρ·g·Q·（Z1+△Z+Hf+h）/η （單位：J） 2、若加壓供水區(qū)域豎向平均分為n個區(qū)，近似認為每個區(qū)的流量為Q/n, 并降加壓供水區(qū)域立管水頭損失h平均分配到n個區(qū)中，則第m（1≤m≤n）個區(qū)所需的水泵揚程為： Hm = Z1+m/n·△Z +Hf+ m/n·h= m/n·（△Z+h）+（Z1+Hf） 該區(qū)年消耗電能 Em=ρ·g·Q/n·［m/n·（△Z+h）+（Z1+Hf）］/η 所有加壓供水區(qū)域年消耗電能： En = ∑Em = ρ·g·Q/n·｛［1/n·（△Z+h）+（Z1+Hf）］+［2/n·（△Z+h）+（Z1+Hf）］+……+［（n-1）/n·（△Z+h）+（Z1+Hf）］+［（△Z+h）+（Z1+Hf）］｝/η =ρ·g·Q/n·［（1+2+……+n）/n·（△Z+h）+n（Z1+Hf）］/η =ρ·g·Q·［（n+1）/2n·（△Z+h）+（Z1+Hf）］/η （單位：J） 上式中，n值越大，En值越小。也就是說，對于給定的建筑物，在市政水壓確定的情況下，加壓供水區(qū)域豎向分區(qū)數(shù)量越多，運行過程中消耗的電能越少。這便是分區(qū)供水節(jié)能(Energy saving)的原理所在。 二、豎向分區(qū)位置對節(jié)能效果的影響 在上面的分析中，豎向分區(qū)都是按高度或樓層數(shù)平均分區(qū)，如果采用任意位置分區(qū)，結(jié)果將會有什么變化？下面針對此點進行闡述。無塔供水設(shè)備它可以取代蓄水池，能充分利用自來水管網(wǎng)的壓力直接供水或間接供水，避免了能源的二次浪費和二次污染，大幅度節(jié)省了基建投資并縮短了施工工期。首先以加壓供水(Water supply)區(qū)域豎向分為兩個區(qū)的情況進行分析。 分區(qū)位置高度以Zx表示，且h值相對Zx及Hf很小，此處忽略不計，則兩個分區(qū)消耗（consume)電能分別為： E1=ρ·g·Q·（Zx-Z1）/△Z·（Zx+Hf）/η E2=ρ·g·Q·（Z2-Zx）/△Z·（Z2+Hf）/η 總消耗電能 Ex=E1+E2 =ρ·g·Q·/△Z·［Zx-Z1）·（Zx+Hf）+（Z2-Zx）·（Z2+Hf）］/η =ρ·g·Q·/△Z·(Zx2+Hf·Zx-Z1·Zx-Hf·Z1+Z22-Z2·Zx-Hf·Zx+Hf·Z2) /η =ρ·g·Q·/△Z·［Zx2-（Z1+Z2）·Zx+( Z2·Hf+ Z22-Z1·Hf) ］/η Ex’=ρ·g·Q·/△Z·［2·Zx-（Z1+Z2）］/η 當(dāng)Ex’=0時，Ex取得最小值，此時 2·Zx-（Z1+Z2）=0 得Zx=（Z1+Z2）/2 即當(dāng)豎向按高度平均分為兩個區(qū)時最為節(jié)能(Energy saving)。當(dāng)分為兩個以上區(qū)時亦有相同結(jié)論。因此，給水系統(tǒng)豎向分區(qū)應(yīng)盡量使各區(qū)高度相同，以達到節(jié)能目的。 三、實際工程(Engineering)中給水分區(qū)數(shù)量的確定 雖然給水系統(tǒng)豎向分區(qū)數(shù)量越多節(jié)能效果越好，但是節(jié)能只是設(shè)計中需考慮的諸多因素之一，單純追求節(jié)能而使得分區(qū)數(shù)量過多是不現(xiàn)實甚至是不合理的，因為每增加一個分區(qū)，相應(yīng)會增加一套加壓設(shè)備，直接增加了工程初期投資。下面通過工程實例分析如何同時考慮節(jié)能與造價兩方面問題而合理確定分區(qū)數(shù)量。 豎向不分區(qū)時年耗電量： E1=ρ·g·Q·［（n+1）/2n·（△Z+h）+（Z1+Hf）］/η =1.0×103×9.8×（5944×0.2×365）×［（1+1）/2×(61.8+3)+(26.2+23)］/η =692523552000 J = 192368度 由工程數(shù)據(jù)可以看出： 1、 對于所有工程，隨著分區(qū)數(shù)量的增多，年消耗電能逐漸減少，這與分區(qū)節(jié)能的理論推導(dǎo)是一致的； 2、 當(dāng)水泵機組使用(use)壽命(lifetime)為十年時，水泵造價在總費用中所占比例較大，對總費用的高低起決定作用。變頻供水設(shè)備由變頻控制柜、無負壓裝置，自動化控制系統(tǒng)及遠程監(jiān)控系統(tǒng)、水泵機組、穩(wěn)壓補償器、負壓消除器、壓力傳感器、閥門、儀表和管路系統(tǒng)等組成。隨著分區(qū)數(shù)量的增加，總費用呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢； 3、 當(dāng)水泵機組使用壽命為二十年時，運行電費與水泵造價同時決定總費用的高低。隨著分區(qū)數(shù)量的增加，總費用呈現(xiàn)上下波動的趨勢； 4、 當(dāng)豎向分區(qū)數(shù)量大于等于兩個的情況下，不管水泵使用壽命如何，水泵造價都決定了總費用的高低。無負壓供水設(shè)備一般指的是無負壓變頻供水設(shè)備，也叫變頻無負壓供水設(shè)備。傳統(tǒng)的供水方式離不開蓄水池，蓄水池中的水一般自來水管供給，這樣有壓力的水進入水池后變成零，造成大量的能原白白浪費。隨著分區(qū)數(shù)量的增加，總費用呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢； 因此，對于高度小于100米的住宅(Residential)，當(dāng)采用豎向分區(qū)給水時，為降低（reduce)總費用(expense)，應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定范圍(fàn wéi)內(nèi)盡量減少分區(qū)數(shù)量。恒壓供水設(shè)備能夠保持供水壓力的恒定，可使供水和用水之間保持平衡，即用水多時供水也多，用水少時供水也少，從而提高了供水的質(zhì)量。加壓供水部分盡量分為兩個區(qū)，只有當(dāng)小區(qū)總?cè)藬?shù)過多，分兩個區(qū)造成水泵流量過大不易選型時才分為三個區(qū)。再者，減少分區(qū)數(shù)量還可以減少水泵房面積以及系統(tǒng)立管數(shù)量，雖然可能增加(increase)一定數(shù)量的支管減壓閥，但總體而言其經(jīng)濟(jīng jì)性還是比較明顯的。尤其在整個經(jīng)濟背景不甚樂觀，行業(yè)(industry)各環(huán)節(jié)注重降低成本(cost)的今天，其經(jīng)濟性更能得到體現(xiàn)。 |
