再論建筑二次加壓供水的安全與節(jié)能

1、再論建筑二次加壓供水的安全與節(jié)能黃秉政1柳兵2(1北京凱帝克建筑設(shè)計(jì)公司,北京100037;2北京威派格科技發(fā)展有限公司,北京100052摘要疊壓(無負(fù)壓變頻直接供水對(duì)水源、電源及設(shè)備完好率的要求很高,一旦遇到上述某一方面的故障,便會(huì)給人們的正常生活帶來直接影響。對(duì)疊壓(無負(fù)壓變頻直接供水與疊壓(無負(fù)壓工頻泵+高位水箱+氣壓罐輔助供水兩種不同供水方式,在提高供水保證率、節(jié)能和降低設(shè)備投資等方面進(jìn)行比較,前者全部用水量都必須按最不利點(diǎn)的供水壓力進(jìn)行加壓,能耗較高;而后者在提高供水保證率和節(jié)能方面均比前者優(yōu)越。關(guān)鍵詞疊壓(無負(fù)壓變頻直接供水高位水箱供水氣壓罐輔助加壓供水供水安全節(jié)能1管網(wǎng)疊壓(無負(fù)

2、壓供水技術(shù)在應(yīng)用上的局限性隨著城鎮(zhèn)建設(shè)的高速發(fā)展,高層建筑日益增多,城市供水壓力普遍不能滿足高層建筑內(nèi)部的供水要求,因此建筑二次加壓供水已成為在高層建筑建設(shè)中不可缺少的一環(huán)。由于疊壓(無負(fù)壓變頻供水可不設(shè)水池,避免了二次污染的可能性,又能充分利用城市管網(wǎng)的余壓,系統(tǒng)供水壓力又不受建筑物自身高度的限制,所以深受房地產(chǎn)開發(fā)商的青睞。隨著疊壓(無負(fù)壓變頻供水的廣泛應(yīng)用,給城市正常供水帶來了一定的影響,為此一些城市率先制定了疊壓(無負(fù)壓變頻供水設(shè)備設(shè)計(jì)、安裝、使用的有關(guān)規(guī)定。如20042005年北京、天津、福州都相繼出臺(tái)了有關(guān)的管理辦法和規(guī)定。為規(guī)范疊壓(無負(fù)壓變頻供水的設(shè)計(jì)、施工安裝和使用,中國(guó)工程

3、建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)于2005年著手編制管網(wǎng)疊壓供水技術(shù)規(guī)程(CECS2212007,該規(guī)程現(xiàn)已出版發(fā)行。規(guī)程31016條第2款規(guī)定,“供水保證率要求高,不允許停水的用戶”不得采用管網(wǎng)疊壓供水技術(shù)。這就促使我們?nèi)ヌ剿鞅ＷC率和節(jié)能效率更高的供水方式以滿足工程建設(shè)的需要。目前為避免疊壓二次加壓供水對(duì)城市管網(wǎng)的影響和解決水源故障時(shí)建筑的正常供水問題,不少生產(chǎn)廠家推出了帶有低位調(diào)節(jié)水箱的疊壓(無負(fù)壓供水設(shè)備,也稱智能化無負(fù)壓增壓設(shè)備。這種設(shè)備可根據(jù)設(shè)定的城市余壓自動(dòng)更換水泵吸水側(cè)的水源,在正常情況下水泵由城市管網(wǎng)直接吸水,當(dāng)城市管網(wǎng)壓力低于設(shè)定壓力時(shí)轉(zhuǎn)換為水泵由低位調(diào)節(jié)水箱吸水。這樣既保護(hù)了城市管網(wǎng)的正常供

4、水,也保證了建筑物內(nèi)部的正常供水,但并不能解決短時(shí)的電源故障和設(shè)備的機(jī)械故障對(duì)正常供水的影響。所以要解決二次供水的保證率問題必須采取其他措施。2泵后增設(shè)調(diào)節(jié)容積是提高供水保證率的唯一方法7發(fā)展方向我國(guó)供水的發(fā)展方向一定是建立在潔凈、節(jié)能的基礎(chǔ)上。符合我國(guó)國(guó)情的儲(chǔ)水、供水技術(shù)的誕生,如環(huán)保智能給水箱、環(huán)保節(jié)能清水池等,一定會(huì)推動(dòng)我國(guó)水行業(yè)的革命性進(jìn)步。8結(jié)語(yǔ)就像一位加拿大水務(wù)工作者一針見血的指出:中國(guó)水行業(yè)的變革時(shí)代到來了,中國(guó)的水已經(jīng)付出了10年發(fā)展的代價(jià),中國(guó)人正在喝著世界上最昂貴的水。歐洲直飲水價(jià)格約10歐元/m3,中國(guó)飲用水的桶裝水平均價(jià)格約為500元人民幣/m3(2006中國(guó)上海環(huán)保產(chǎn)

5、品與設(shè)備博覽會(huì)的展出設(shè)備中,60%以上的是家庭水處理設(shè)備,尤其是國(guó)外設(shè)備制造商已經(jīng)大舉進(jìn)入我國(guó)。我國(guó)經(jīng)過了10年的發(fā)展,能更理性的分析現(xiàn)有的供水模式,期待新技術(shù)的應(yīng)用。通訊處:450011鄭州市鄭花路20號(hào)電話:(037165790528E2mail:sjdyr0011631com收稿日期:20072112 2182給水排水Vol134No142008疊壓(無負(fù)壓變頻直接供水雖有很多優(yōu)點(diǎn),但它最大的弱點(diǎn)是,一旦發(fā)生水源、電源、設(shè)備的機(jī)械故障,將立即影響建筑物內(nèi)部的正常供水。要提高供水的保證率就必須在發(fā)生上述情況時(shí)還能保持正常供水,這就應(yīng)在水泵之后設(shè)置一定的調(diào)節(jié)容積,如氣壓罐或高位水箱等。氣壓罐

6、是壓力容器,其調(diào)節(jié)容積與設(shè)計(jì)所取用的絕壓比有關(guān),相同容積的罐體設(shè)計(jì)絕壓比越高,其調(diào)節(jié)容積越小,當(dāng)所需的調(diào)節(jié)容積較大時(shí)投資過大,很不經(jīng)濟(jì),故在調(diào)節(jié)容積較大時(shí)都采用高位水箱。但高位水箱的設(shè)置高度受建筑物自身高度的限制,往往頂上幾層用水壓力不能滿足用水要求。為了解決高層建筑頂部幾層的用水壓力,宜在高位水箱旁另設(shè)一套小型的氣壓給水設(shè)施,專供頂部幾層的用水。為說明高位水箱+輔助氣壓供水方式的可行性,下面舉例對(duì)疊壓(無負(fù)壓變頻直接供水(方案一與疊壓(無負(fù)壓工頻泵+高位水箱+小型氣壓罐供水(方案二的兩種供水方式作一比較。3兩種供水方案比較現(xiàn)以某一18層普通住宅為例,如一棟一梯8戶、一廚兩衛(wèi)的高層住宅,每戶的

7、給水當(dāng)量N g=6,按每戶4人,用水定額取220L/d,下部4層由城市管網(wǎng)直接供給,上部14層由設(shè)有低位調(diào)節(jié)水箱的“智能化疊壓變頻自動(dòng)增壓裝置”(方案一直接供給。311水泵流量與揚(yáng)程31111方案一的水泵流量和揚(yáng)程水泵流量需滿足最大秒流量的要求,此泵的負(fù)荷當(dāng)量為:N g=N g N c N h(1式中N g每戶的衛(wèi)生設(shè)備當(dāng)量數(shù);N c建筑物的層數(shù);N h每層的戶數(shù)。N g=6148=672,其秒流量按簡(jiǎn)化計(jì)算方法1得設(shè)計(jì)秒流量q g=6147L/s,相當(dāng)于Q= 2313m3/h。如建筑物層高為為218m,城市管道的埋深為113m,取單元入口所需水壓為15m H2O,設(shè)系統(tǒng)阻力為3m H2O,城

8、市的剩余壓力都按20m計(jì),則所需的供水揚(yáng)程H為:H=h j+h z+h c-h s(2式中h j從城市接管點(diǎn)至分戶入口的幾何高度,本例中h j=(17218+110+113=4919(m;h z系統(tǒng)阻力,取3m H2O;h c入戶管的接管點(diǎn)工作壓力,取15mH2O;h s城市管網(wǎng)供水壓力,取20m H2O。則H=4919+3+15-20=4719(m H2O。選用CR23223型主泵2臺(tái)(1用1備,Q=2415 m3/h,H=5056m H2O,N=515kW。另設(shè)低負(fù)荷運(yùn)行的穩(wěn)壓水泵1臺(tái),型號(hào)CR5213 (Q=215715m3/h,H=8550m H2O,N=212 kW。 600mm17

9、50mm的氣壓罐1臺(tái),并設(shè)綜合變頻控制柜1套。31112方案二的水泵流量和揚(yáng)程水泵以最大小時(shí)流量向水箱補(bǔ)水,其最大小時(shí)流量為:Q hmax=m N c N h q0K h/24(3式中K h小時(shí)變化系數(shù),取215;q0用水定額,L/(人d;m戶均人數(shù),取m=4;Q hmax最大小時(shí)流量,m3/h。Q hmax=4148220215/24=10267(L/h =1013(m3/h,只相當(dāng)于變頻直接供水流量的44%。建筑物層高為218m,城市管道的埋深為113m,水箱底距最高層樓面015m,水箱高215m,設(shè)接入水箱的補(bǔ)水口自由水頭為2m,輸水管管徑取DN100,長(zhǎng)度按70m計(jì),阻力為215mH2

10、O。則水泵所需揚(yáng)程為:H=h j+h z+h c-h s(4式中h j從城市接管點(diǎn)至水箱補(bǔ)水口的幾何高度,本例取h j=57m;h z輸水管阻力,取215m H2O;h c水箱的補(bǔ)水口自由水頭,取2m H2O;h s城市管網(wǎng)供水壓力,取20m H2O。H=(18218+113+015+215+215+2-20=3912(m H2O。選用CR1026型主泵2臺(tái)(1用1備,Q=1117 m3/h,H=40m H2O,N=212kW、由液位繼電器控制的控制箱1個(gè)。為滿足頂部4層的供水壓力,另設(shè)氣壓給水裝置1套,其最大小時(shí)流量為Q hmax=mN c N h q0K h/24=4 給水排水Vol134

11、No1420088384給水排水Vol 134No 14200884220215/24=2193(m 3/h 。選用CR323型水泵2臺(tái)(1用1備,Q =112312m 3/h ,H =2015m H 2O ,N =0137kW 。 600mm 1800(1750mm 氣壓罐1臺(tái),電接點(diǎn)壓力表控制箱1個(gè)。312兩種供水方案的能耗比較由于方案一在水泵后沒有水量調(diào)節(jié)設(shè)施,故水泵的供水能力必需滿足最大秒流量的要求;而方案二中,其水箱和氣壓罐都起著調(diào)節(jié)瞬時(shí)高峰流量的作用,故水泵的出水量只需按最大小時(shí)用水量供給,這就相應(yīng)地減小了水泵流量。方案一中,為了滿足最不利用水點(diǎn)的水壓,必需將4層以上的用水全部按最

12、不利用水點(diǎn)的水壓進(jìn)行加壓;而方案二中,主泵的水量、揚(yáng)程只需滿足水箱的補(bǔ)水即可,故主泵的規(guī)格比變頻直接供水要小,控制設(shè)備也比較簡(jiǎn)單。雖然還必須設(shè)置氣壓給水裝置對(duì)頂層用水進(jìn)行輔助加壓,但由于其用水量較小,裝置也比較小,可采用壓力開關(guān)控制,控制設(shè)備十分簡(jiǎn)單。從能耗來說,我們假設(shè)不同供水方式所用的水泵效率相同(實(shí)際上變頻直接供水在小流量時(shí)效率較低,則不同供水方式的能耗比就等于水泵的流量與揚(yáng)程的乘積之比。若兩者的能耗比E 以%表示,則:E =100(Q 1H 1+Q 12H 12/(Q 2H 2(5式中Q 1水箱的日補(bǔ)水量,Q 1=4148220=98560(L/d ;Q 12氣壓罐日供水量,Q 12=

13、448220 =28160(L/d ;Q 2變頻直接供水量,Q 2=4148220=98560(L/d ;H 1水箱補(bǔ)水水泵揚(yáng)程,本例為3912mH 2O ;H 12氣壓給水水泵的平均工作揚(yáng)程,本例為1715m H 2O ;H 2變頻供水泵的工作揚(yáng)程,本例為4719m H 2O ;調(diào)速裝置的功率損失系數(shù)。與電機(jī)輸入功率和相對(duì)輸出軸功率有關(guān),如輸出軸功率按50%左右考慮,其功率總損失約為315%2,即=11035,則高位水箱供水與變頻直接供水的能耗比E =100(985603817+281601715/(98560471911035=8811%,則方案二可比方案一節(jié)省能耗約1119%。313兩種

14、供水方案主要設(shè)備投資費(fèi)用的比較兩種供水方案中,水箱、消毒裝置相同,方案一主泵的規(guī)格較大,氣壓罐的工作壓力較高,控制設(shè)備比較復(fù)雜,價(jià)格較高。方案二主泵的規(guī)格較小,液位開關(guān)控制箱比較簡(jiǎn)單,價(jià)格便宜,另氣壓供水的2臺(tái)小泵和電接點(diǎn)壓力表的控制箱也較便宜,氣壓罐的工作壓力較低。上述例子中兩種方案的主要設(shè)備價(jià)格見表1(相同部分的設(shè)備除外。表1兩種不同供水方式主要設(shè)備費(fèi)用設(shè)備名稱方案一方案二數(shù)量?jī)r(jià)格/元數(shù)量?jī)r(jià)格/元供水主泵2臺(tái)858002臺(tái)43700液位控制箱1個(gè)6200穩(wěn)壓泵1臺(tái)175002臺(tái)16800氣壓罐1臺(tái)157002個(gè)15100變頻控制柜1個(gè)37000電接點(diǎn)壓力表控制箱1個(gè)4700小:方案一采用成套供水機(jī)組。4小結(jié)疊壓(無負(fù)壓變頻直接供水具有自動(dòng)化程度高,無二次污染,運(yùn)行管理簡(jiǎn)單,組合式裝置機(jī)房面積小等優(yōu)點(diǎn),但存在供水保證率不高,與高位水箱供水相比能耗較大等缺點(diǎn)。通過上述例子的計(jì)算結(jié)果表明,采用疊壓(無負(fù)壓