再论建筑二次加压供水的安全与节能

1、再论建筑二次加压供水的安全与节能黄秉政1柳兵2(1北京凯帝克建筑设计公司,北京100037;2北京威派格科技发展有限公司,北京100052摘要叠压(无负压变频直接供水对水源、电源及设备完好率的要求很高,一旦遇到上述某一方面的故障,便会给人们的正常生活带来直接影响。对叠压(无负压变频直接供水与叠压(无负压工频泵+高位水箱+气压罐辅助供水两种不同供水方式,在提高供水保证率、节能和降低设备投资等方面进行比较,前者全部用水量都必须按最不利点的供水压力进行加压,能耗较高;而后者在提高供水保证率和节能方面均比前者优越。关键词叠压(无负压变频直接供水高位水箱供水气压罐辅助加压供水供水安全节能1管网叠压(无负

2、压供水技术在应用上的局限性随着城镇建设的高速发展,高层建筑日益增多,城市供水压力普遍不能满足高层建筑内部的供水要求,因此建筑二次加压供水已成为在高层建筑建设中不可缺少的一环。由于叠压(无负压变频供水可不设水池,避免了二次污染的可能性,又能充分利用城市管网的余压,系统供水压力又不受建筑物自身高度的限制,所以深受房地产开发商的青睐。随着叠压(无负压变频供水的广泛应用,给城市正常供水带来了一定的影响,为此一些城市率先制定了叠压(无负压变频供水设备设计、安装、使用的有关规定。如20042005年北京、天津、福州都相继出台了有关的管理办法和规定。为规范叠压(无负压变频供水的设计、施工安装和使用,中国工程

3、建设标准化协会于2005年着手编制管网叠压供水技术规程(CECS2212007,该规程现已出版发行。规程31016条第2款规定,“供水保证率要求高,不允许停水的用户”不得采用管网叠压供水技术。这就促使我们去探索保证率和节能效率更高的供水方式以满足工程建设的需要。目前为避免叠压二次加压供水对城市管网的影响和解决水源故障时建筑的正常供水问题,不少生产厂家推出了带有低位调节水箱的叠压(无负压供水设备,也称智能化无负压增压设备。这种设备可根据设定的城市余压自动更换水泵吸水侧的水源,在正常情况下水泵由城市管网直接吸水,当城市管网压力低于设定压力时转换为水泵由低位调节水箱吸水。这样既保护了城市管网的正常供

4、水,也保证了建筑物内部的正常供水,但并不能解决短时的电源故障和设备的机械故障对正常供水的影响。所以要解决二次供水的保证率问题必须采取其他措施。2泵后增设调节容积是提高供水保证率的唯一方法7发展方向我国供水的发展方向一定是建立在洁净、节能的基础上。符合我国国情的储水、供水技术的诞生,如环保智能给水箱、环保节能清水池等,一定会推动我国水行业的革命性进步。8结语就像一位加拿大水务工作者一针见血的指出:中国水行业的变革时代到来了,中国的水已经付出了10年发展的代价,中国人正在喝着世界上最昂贵的水。欧洲直饮水价格约10欧元/m3,中国饮用水的桶装水平均价格约为500元人民币/m3(2006中国上海环保产

5、品与设备博览会的展出设备中,60%以上的是家庭水处理设备,尤其是国外设备制造商已经大举进入我国。我国经过了10年的发展,能更理性的分析现有的供水模式,期待新技术的应用。通讯处:450011郑州市郑花路20号电话:(037165790528E2mail:sjdyr0011631com收稿日期:20072112 2182给水排水Vol134No142008叠压(无负压变频直接供水虽有很多优点,但它最大的弱点是,一旦发生水源、电源、设备的机械故障,将立即影响建筑物内部的正常供水。要提高供水的保证率就必须在发生上述情况时还能保持正常供水,这就应在水泵之后设置一定的调节容积,如气压罐或高位水箱等。气压罐

6、是压力容器,其调节容积与设计所取用的绝压比有关,相同容积的罐体设计绝压比越高,其调节容积越小,当所需的调节容积较大时投资过大,很不经济,故在调节容积较大时都采用高位水箱。但高位水箱的设置高度受建筑物自身高度的限制,往往顶上几层用水压力不能满足用水要求。为了解决高层建筑顶部几层的用水压力,宜在高位水箱旁另设一套小型的气压给水设施,专供顶部几层的用水。为说明高位水箱+辅助气压供水方式的可行性,下面举例对叠压(无负压变频直接供水(方案一与叠压(无负压工频泵+高位水箱+小型气压罐供水(方案二的两种供水方式作一比较。3两种供水方案比较现以某一18层普通住宅为例,如一栋一梯8户、一厨两卫的高层住宅,每户的

7、给水当量N g=6,按每户4人,用水定额取220L/d,下部4层由城市管网直接供给,上部14层由设有低位调节水箱的“智能化叠压变频自动增压装置”(方案一直接供给。311水泵流量与扬程31111方案一的水泵流量和扬程水泵流量需满足最大秒流量的要求,此泵的负荷当量为:N g=N g N c N h(1式中N g每户的卫生设备当量数;N c建筑物的层数;N h每层的户数。N g=6148=672,其秒流量按简化计算方法1得设计秒流量q g=6147L/s,相当于Q= 2313m3/h。如建筑物层高为为218m,城市管道的埋深为113m,取单元入口所需水压为15m H2O,设系统阻力为3m H2O,城

8、市的剩余压力都按20m计,则所需的供水扬程H为:H=h j+h z+h c-h s(2式中h j从城市接管点至分户入口的几何高度,本例中h j=(17218+110+113=4919(m;h z系统阻力,取3m H2O;h c入户管的接管点工作压力,取15mH2O;h s城市管网供水压力,取20m H2O。则H=4919+3+15-20=4719(m H2O。选用CR23223型主泵2台(1用1备,Q=2415 m3/h,H=5056m H2O,N=515kW。另设低负荷运行的稳压水泵1台,型号CR5213 (Q=215715m3/h,H=8550m H2O,N=212 kW。 600mm17

9、50mm的气压罐1台,并设综合变频控制柜1套。31112方案二的水泵流量和扬程水泵以最大小时流量向水箱补水,其最大小时流量为:Q hmax=m N c N h q0K h/24(3式中K h小时变化系数,取215;q0用水定额,L/(人d;m户均人数,取m=4;Q hmax最大小时流量,m3/h。Q hmax=4148220215/24=10267(L/h =1013(m3/h,只相当于变频直接供水流量的44%。建筑物层高为218m,城市管道的埋深为113m,水箱底距最高层楼面015m,水箱高215m,设接入水箱的补水口自由水头为2m,输水管管径取DN100,长度按70m计,阻力为215mH2

10、O。则水泵所需扬程为:H=h j+h z+h c-h s(4式中h j从城市接管点至水箱补水口的几何高度,本例取h j=57m;h z输水管阻力,取215m H2O;h c水箱的补水口自由水头,取2m H2O;h s城市管网供水压力,取20m H2O。H=(18218+113+015+215+215+2-20=3912(m H2O。选用CR1026型主泵2台(1用1备,Q=1117 m3/h,H=40m H2O,N=212kW、由液位继电器控制的控制箱1个。为满足顶部4层的供水压力,另设气压给水装置1套,其最大小时流量为Q hmax=mN c N h q0K h/24=4 给水排水Vol134

11、No1420088384给水排水Vol 134No 14200884220215/24=2193(m 3/h 。选用CR323型水泵2台(1用1备,Q =112312m 3/h ,H =2015m H 2O ,N =0137kW 。 600mm 1800(1750mm 气压罐1台,电接点压力表控制箱1个。312两种供水方案的能耗比较由于方案一在水泵后没有水量调节设施,故水泵的供水能力必需满足最大秒流量的要求;而方案二中,其水箱和气压罐都起着调节瞬时高峰流量的作用,故水泵的出水量只需按最大小时用水量供给,这就相应地减小了水泵流量。方案一中,为了满足最不利用水点的水压,必需将4层以上的用水全部按最

12、不利用水点的水压进行加压;而方案二中,主泵的水量、扬程只需满足水箱的补水即可,故主泵的规格比变频直接供水要小,控制设备也比较简单。虽然还必须设置气压给水装置对顶层用水进行辅助加压,但由于其用水量较小,装置也比较小,可采用压力开关控制,控制设备十分简单。从能耗来说,我们假设不同供水方式所用的水泵效率相同(实际上变频直接供水在小流量时效率较低,则不同供水方式的能耗比就等于水泵的流量与扬程的乘积之比。若两者的能耗比E 以%表示,则:E =100(Q 1H 1+Q 12H 12/(Q 2H 2(5式中Q 1水箱的日补水量,Q 1=4148220=98560(L/d ;Q 12气压罐日供水量,Q 12=

13、448220 =28160(L/d ;Q 2变频直接供水量,Q 2=4148220=98560(L/d ;H 1水箱补水水泵扬程,本例为3912mH 2O ;H 12气压给水水泵的平均工作扬程,本例为1715m H 2O ;H 2变频供水泵的工作扬程,本例为4719m H 2O ;调速装置的功率损失系数。与电机输入功率和相对输出轴功率有关,如输出轴功率按50%左右考虑,其功率总损失约为315%2,即=11035,则高位水箱供水与变频直接供水的能耗比E =100(985603817+281601715/(98560471911035=8811%,则方案二可比方案一节省能耗约1119%。313两种

14、供水方案主要设备投资费用的比较两种供水方案中,水箱、消毒装置相同,方案一主泵的规格较大,气压罐的工作压力较高,控制设备比较复杂,价格较高。方案二主泵的规格较小,液位开关控制箱比较简单,价格便宜,另气压供水的2台小泵和电接点压力表的控制箱也较便宜,气压罐的工作压力较低。上述例子中两种方案的主要设备价格见表1(相同部分的设备除外。表1两种不同供水方式主要设备费用设备名称方案一方案二数量价格/元数量价格/元供水主泵2台858002台43700液位控制箱1个6200稳压泵1台175002台16800气压罐1台157002个15100变频控制柜1个37000电接点压力表控制箱1个4700小:方案一采用成套供水机组。4小结叠压(无负压变频直接供水具有自动化程度高,无二次污染,运行管理简单,组合式装置机房面积小等优点,但存在供水保证率不高,与高位水箱供水相比能耗较大等缺点。通过上述例子的计算结果表明,采用叠压(无负压