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高層建筑生活給水系統(tǒng)豎向分區(qū)數(shù)量的技術(shù)經(jīng)濟性分析

2013/6/25 15:03:25??????點擊:

高層建筑生活給水系統(tǒng)豎向分區(qū)數(shù)量的技術(shù)經(jīng)濟性分析

 

      高層住宅建筑給水系統(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)由變頻加壓給水設(shè)備供水。如何豎向分區(qū),《建筑給水排水設(shè)計規(guī)范》3.3.5條有如下規(guī)定:

1  各分區(qū)最低衛(wèi)生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。

      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(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

加壓水泵所需揚程:Hp = Ho+Hf+h

Ho--靜揚程,Ho = Z2 = Z1+Z2-Z1 = Z1+△Z;

Z1--加壓供水區(qū)域最低樓層與生活水池最低水位的高差,m;

Z2--加壓供水區(qū)域最高樓層與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(rèn)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。首先以加壓供水區(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。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。

高層建筑生活給水系統(tǒng)豎向分區(qū)數(shù)量的技術(shù)經(jīng)濟性分析 

三、實際工程中給水分區(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)水泵機組使用壽命為十年時,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。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。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,當(dāng)采用豎向分區(qū)給水時,為降低總費用,應(yīng)在規(guī)范規(guī)定范圍內(nèi)盡量減少分區(qū)數(shù)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,雖然可能增加一定數(shù)量的支管減壓閥,但總體而言其經(jīng)濟性還是比較明顯的。尤其在整個經(jīng)濟背景不甚樂觀,行業(yè)各環(huán)節(jié)注重降低成本的今天,其經(jīng)濟性更能得到體現(xiàn)。

 

 

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