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摘要:伴随着人口的增多,环境的破坏,能源问题在全球范围内越来越受到社会各界人士的关注,节能技术已经在生产生活的各个领域得到了应用。在建筑给水排水技术中,节水节能技术的发展已经有了一段历史,无论是在技术开发,还是在技术运用方面都不断走向成熟。文章仅仅针对当前高层建筑给水系统中相关节能方案的选择应用进行研究探索,为能源问题的缓解贡献绵薄之力。
关键词:给水排水;节水节能;变频给水;水泵水箱联合
中图分类号:TU991文献标识码:A文章编号:1006-8937(2010)06-0158-02
1引言
目前为止,我国建筑给排水系统中所主要应用的给水方式分为三类八种。三种给水方式为:变频给水方式、主要有水泵——水箱联合给水方式、变频泵加水箱给水方式。而这三种给水方式又可根据串联、并联、上行及下行分成不同的种类。在实际的建筑给水系统设计中通常是应用其中的一种或者多种给水方式,一般情况下,给水系统设计要根据具体建筑物的类型、用途、要求、层高,并结合市政管网的压力等多方面因素,进行优化选择合适的节能给水方式,所以在具体给水系统方式选择中要根据实际情况,并综合比较各种给水方式,以选择经济、实用、环保的给水方案,文章结合相关实例通过变频给水方式和水泵——水箱联合给水方式的综合比较,并做出合理选择,为相关高层给水系统的选择设计提供方法借鉴。
变频给水方式和水泵——水箱联合两种给水方式在高层建筑给水系统中均有应用,高层住宅建筑给水系统相对较简单,给水方式一般在变频给水与水泵——水箱联合给水方式之间做出选择。但随着人们生活水平的提高,居民生活用水除水量在不断增加外,对水质、水压的要求也越来越高。以前,在高层居住建筑中大量采用的是通过屋顶水箱给水的传统给水方式,虽然安全可靠、能耗小,但管理、清洗难度较大,易造成二次污染及上层用户水压不够、热水器不能使用等诸多问题。由于变频调速技术的不断发展,变频给水设备已广泛应用于高层住宅建筑生活及消防给水系统中,有许多人都会认为变频给水方式要比水泵——水箱联合给水方式更节能。但在实际工程建设中变频给水方式也出现许多令人头痛问题,相关给水工作人员也对这一技术产生了怀疑,主要问题表现于加压电费过高和容易产生噪音这两个方面。对于新技术的应用,我们应该以积极态度去对待。但是变频给水技术的应用效果却令人疑惑,在高层建筑给水系统应用中变频给水技术究竟是否比水泵——水箱联合给水方式更节能。其实在特定工程条件下,即使选型及控制得当,变频调速给水装置也不比高位水箱给水方式节能,文章通过具体实例进行分析。
2变频给水方式与水泵——水箱联合给水方式能 耗实例比较
2.1工程概况
一栋8层住宅楼,共128户。1～4层由市政自来水直接供水,5～8层采用二次加压供水。住宅层高为3m,底层室内外高差为0.6 m,每户居住5人,用水量标准按qd=150 L/人。取时变化系数Kh=2.5,每户卫生器具当量数Ng=10(为便于计算,暂不考虑消防用水)。根据上述条件可知,该栋住宅5～8层需加压供水的最大日用水量为:
Qd=m·qd/1000=48 m3/d
最高日最大时用水量为:
Qh=KbQd/T=2.5×48/24=5.0 m3/h
给水设计秒流量qg=5.5L/s(由总当量数查表可知)
2.2方案比较
①定速泵——高位水箱联合供水方式。水箱容积按最高日最大时用水量的50%计算,V=2.5 m3,选用3m3标准水箱,尺寸长×宽×高=2000 mm×1400 mm×1400 mm,水箱最低水位标高Hmin=25.6 m,最高水位高Hmax=26.6 m,选用40LG6-15×2水泵二台,其性能参数为:Q=6 m3/h,H=30 m,N=2.65 kW。
由公式计算水泵最大日耗电量:
Wt=NT=2.65×48/12×2=21.2 kWh
上式中T为水泵最大日工作时间(h),T=Qd/Q=48/12=4h
②变频调速恒压装置供水。由于生活用水的不均匀性,在采用变频调速供水设备时,若系统没有流量调节装置,水泵装置应按满足系统设计秒流量的需要来选择,本工程系统设计秒流量为qg=5.5 L/s,选择40LG6-15×2水泵三台,三台泵并联工作时,满足秒流量qg=5.50 L/s的要求。分析全日用水曲线,用水一般都集中在早晨6～8时,中午11～13时,下午17～19时,晚上22～24时这4个时间段,为用水高峰,而0点至6点这6个小时用水量很少,为用水低峰,其它10个小时为供水中峰,状态如表1所示。
为简化计算我们假定变频泵(由变频器驱动的水泵)在供水高峰和供水中峰期间均运转在额定负荷的60%,而在供水低峰期间则运转在额定负荷的80%,工频运转的水泵可近似看作额定负荷下工作。平均每天耗电计算:
供水高峰耗电:W1=(2.65 kW×0.6+2.65×2 kW) ×8=55.12 kWh
供水中峰耗电:W2=(2.65 kW×0.6+2.65)×10=42.4 kWh
供水低峰耗电:W3=2.65 kW×0.8×6=12.72 kWh,一天的总耗电为:W1+W2+W3=55.12+42.4+12.72=110.24 kwh
由上面的例子可以看出,对于单一的水泵水箱联合供水比单一变频恒压供水要节能许多。水泵运行状态如表1所示。
3变频给水方式的其它缺点
与水泵——水箱联合给水相比,除了运行费用高和不节能之外,变频给水还有以下几个缺点。
①占用更多的有效建筑面积。水泵——水箱联合给水方式中高位水箱占用的是楼顶的空地方,这些地方即使不设置高位水箱也不能作为它用,没有占用有效的建筑面积。而变频给水方式中水泵、控制柜本来就要占用一定的建筑面积,而且在中小城市一般不允许生活水泵直接从市政给水管网上吸水,需设置生活水池供生活水泵吸水,生活水池占用的建筑面积有时是相当大的。
②给水的可靠性差。水泵——水箱联合给水方式中水箱中储存有一定的水量,有一定的调节容积,当市政管网停水时,高位水箱还能供给一段时间的用水,可减少停水对住户造成的影响,给水的可靠性较高。即使生活水箱进行清洗时,受影响的也是高区的住户。而如果采用变频给水方式,一旦停电或者生活储水箱清洗,则依靠变频给水的高区用户将全部停水。而且相对于水泵水箱联合给水来说,变频给水系统的组成比较复杂,不仅有储水箱、水泵,还有变频控制柜,组件多,损坏的几率也大,尤其目前国产变频器的质量稳定性并不高,当变频器失灵时可能使水泵不工作,大大降低了给水的可靠性。
③给水系统的技术要求高。水泵——水箱给水系统较为简单,安装、维护较方便,一般的维修工人即可解决问题,用水点的压力与高位水箱至用水点的高差和管道的水头损失相关。而变频给水系统较为复杂,水泵、变频器的安装、维护较麻烦,尤其是国内的变频技术还不是很成熟,给水压力的设定也很复杂,若压力设定太低,用水点的压力不足,若压力设定太高,使给水管网处于超压状态,易造成管道和设备的损坏,也使用水点的流量增加,压力设定太高也浪费电能。
④同样存在二次污染的风险。虽然变频给水系统取消了高位水箱,但是由于设有地下储水池,同样存在二次污染的问题。
⑤减少给水配件的使用寿命。水泵——水箱联合给水系统中用水点的压力只与高位水箱与用水点的高差和管道的水头损失有关,由于连接高位水箱与用水点之间的管道长度最多只有十几米,管道的水头损失变化很小,用水点的压力相对很稳定。而变频给水系统普遍采用的是恒压变量给水,即根据水泵出水管上的压力波动来调节水泵的流量,水泵出水口的压力是恒定的,此压力为用水高峰时流量达到设计秒流量时给水系统所需的压力。但住宅的用水时间相对较分散,且达到设计秒流量的时间很短,水流通过管道的水头损失随着流量的变化而变化,连接水泵与用水点之问的管道又很长,而水泵的出水压力恒定,用水点的压力是不断变化的,影响给水配件的使用寿命。
⑥设备和管道的投资费用高。水泵——水箱联合给水系统中水泵的流量是根据给水系统的最大小时流量确定的,当高位水箱的容积相对较大时也可按给水系统的平均小时流量确定,水泵的配置一般为l用1备。而变频给水中水泵的流量是根据给水系统的设计秒流量确定的,其设计秒流量远远大于最大小时流量或平均小时流量,水泵的规格和管道的直径也比水泵——水箱联合给水方式选用的大,水泵和管道投资一般大于水泵.水箱联合给水系统中水泵和水箱的投资,又变频泵给水水泵的台数一般多于2台,且要配置价格昂贵的变频器,其总投资远远大于水泵——水箱联合给水系统。
⑦对环境的影响。水泵——水箱联合给水方式中高位水箱给水对环境没有任何不良影响。而变频给水中水泵运行时振动,并容易产生噪音干扰,水泵的振动不仅对工作环境和人身健康有影响,而且对建筑结构、设备仪表的正常工作造成危害。机械噪音可以通过各种减振措施解决,但水泵小流量运行时产生的低频噪音却难以解决。
4高层建筑给水方式的节能选择:水泵——水箱联 合方式
由以上分析可以得出以下结论:在现有技术和条件下,高层建筑中采用变频给水取代水泵——水箱联合给水技术上是不合理,也是不节能的。高层建筑中最节能的给水方式还是传统的水泵——水箱联合给水。当然该给水方式也存在一些问题,但现在已经有比较成熟的技术来解决。下面就现存的主要问题提出相关的解决措施。
①水箱重量大。城市现用的水箱多是铸铁或钢筋混凝土水箱,重量较大,现在厂家已经生产出不锈钢、玻璃钢水箱、搪瓷钢板水箱等等,这些水箱重量轻,质量好,组装方便,极大的减轻了屋顶负荷。
②给水系统存在二次污染的问题。第一,加强屋顶水箱的管理。为了保证屋顶水箱出水水质,需要加强屋顶水箱的管理,应对屋顶水箱建立专门的检修机构,对屋顶水箱进行定期清洗、消毒、维护管理,阀门坏了需及时更换,以最大限度地保证用户安全、健康地用水。第二,采用新型水箱。铸铁或钢筋混凝土水箱由于表面粗糙、密封性能差、不易清洗等,所以容易滋生细菌。而现在出现的不锈钢、玻璃钢等水箱,有排污装置,不滋生细菌、青苔,不易生锈,密封性能良好,可确保用水质量,且不易产生二次污染。第三,对屋顶水箱中的水进行消毒。屋顶水箱出水前可设置过滤消毒水处理装置以保证系统给水满足生活饮用水标准。目前有加氯消毒系统和紫外C消毒设备两种可以选择。
③项层压力不足。项层压力不足可以将水箱的位置适当抬高,如设在电梯机房顶上;并且要正确选择合适的加压装置。
5结语
在目前各方面的综合考虑之下,水泵——水箱联合给水方式是高层建筑的最适选择,但其还是存在一些不易彻底解决的弊端,比如增加土建投资,能耗浪费和有水质二次污染的风险。这无论从工程建设、运行管理、给水的可靠性,技术含量等方面来考虑,都不是经济合理的。随着技术的提高,又一种给水方式——叠压给水方式的出现,解决了不少问题,其具有水质安全、卫生、设备管理方便、成本低、占地面积小等众多优点。具很大的发展潜力,但其也有缺点,如适应性差,可调节流量偏小,不适宜流量变大的建筑。所以在具体给水系统节能供水方案选择中,应该根据实际情况,将三种方式有效的结合使用。
参考文献:
[1] 李亚峰,蒋白懿,等.高层建筑给水排水工程[M].北京:化学 工业出版社,2004.
[2] 刘振印.建筑给排水节能节水技术探讨[J].给水排水,2007, (1).
[3] 张英,吕槛.新编建筑给水排水工程[M].北京:中国建筑工业 出版社,2004.
关键词:给水排水;节水节能;变频给水;水泵水箱联合
中图分类号:TU991文献标识码:A文章编号:1006-8937(2010)06-0158-02
1引言
目前为止,我国建筑给排水系统中所主要应用的给水方式分为三类八种。三种给水方式为:变频给水方式、主要有水泵——水箱联合给水方式、变频泵加水箱给水方式。而这三种给水方式又可根据串联、并联、上行及下行分成不同的种类。在实际的建筑给水系统设计中通常是应用其中的一种或者多种给水方式,一般情况下,给水系统设计要根据具体建筑物的类型、用途、要求、层高,并结合市政管网的压力等多方面因素,进行优化选择合适的节能给水方式,所以在具体给水系统方式选择中要根据实际情况,并综合比较各种给水方式,以选择经济、实用、环保的给水方案,文章结合相关实例通过变频给水方式和水泵——水箱联合给水方式的综合比较,并做出合理选择,为相关高层给水系统的选择设计提供方法借鉴。
变频给水方式和水泵——水箱联合两种给水方式在高层建筑给水系统中均有应用,高层住宅建筑给水系统相对较简单,给水方式一般在变频给水与水泵——水箱联合给水方式之间做出选择。但随着人们生活水平的提高,居民生活用水除水量在不断增加外,对水质、水压的要求也越来越高。以前,在高层居住建筑中大量采用的是通过屋顶水箱给水的传统给水方式,虽然安全可靠、能耗小,但管理、清洗难度较大,易造成二次污染及上层用户水压不够、热水器不能使用等诸多问题。由于变频调速技术的不断发展,变频给水设备已广泛应用于高层住宅建筑生活及消防给水系统中,有许多人都会认为变频给水方式要比水泵——水箱联合给水方式更节能。但在实际工程建设中变频给水方式也出现许多令人头痛问题,相关给水工作人员也对这一技术产生了怀疑,主要问题表现于加压电费过高和容易产生噪音这两个方面。对于新技术的应用,我们应该以积极态度去对待。但是变频给水技术的应用效果却令人疑惑,在高层建筑给水系统应用中变频给水技术究竟是否比水泵——水箱联合给水方式更节能。其实在特定工程条件下,即使选型及控制得当,变频调速给水装置也不比高位水箱给水方式节能,文章通过具体实例进行分析。
2变频给水方式与水泵——水箱联合给水方式能 耗实例比较
2.1工程概况
一栋8层住宅楼,共128户。1～4层由市政自来水直接供水,5～8层采用二次加压供水。住宅层高为3m,底层室内外高差为0.6 m,每户居住5人,用水量标准按qd=150 L/人。取时变化系数Kh=2.5,每户卫生器具当量数Ng=10(为便于计算,暂不考虑消防用水)。根据上述条件可知,该栋住宅5～8层需加压供水的最大日用水量为:
Qd=m·qd/1000=48 m3/d
最高日最大时用水量为:
Qh=KbQd/T=2.5×48/24=5.0 m3/h
给水设计秒流量qg=5.5L/s(由总当量数查表可知)
2.2方案比较
①定速泵——高位水箱联合供水方式。水箱容积按最高日最大时用水量的50%计算,V=2.5 m3,选用3m3标准水箱,尺寸长×宽×高=2000 mm×1400 mm×1400 mm,水箱最低水位标高Hmin=25.6 m,最高水位高Hmax=26.6 m,选用40LG6-15×2水泵二台,其性能参数为:Q=6 m3/h,H=30 m,N=2.65 kW。
由公式计算水泵最大日耗电量:
Wt=NT=2.65×48/12×2=21.2 kWh
上式中T为水泵最大日工作时间(h),T=Qd/Q=48/12=4h
②变频调速恒压装置供水。由于生活用水的不均匀性,在采用变频调速供水设备时,若系统没有流量调节装置,水泵装置应按满足系统设计秒流量的需要来选择,本工程系统设计秒流量为qg=5.5 L/s,选择40LG6-15×2水泵三台,三台泵并联工作时,满足秒流量qg=5.50 L/s的要求。分析全日用水曲线,用水一般都集中在早晨6～8时,中午11～13时,下午17～19时,晚上22～24时这4个时间段,为用水高峰,而0点至6点这6个小时用水量很少,为用水低峰,其它10个小时为供水中峰,状态如表1所示。
为简化计算我们假定变频泵(由变频器驱动的水泵)在供水高峰和供水中峰期间均运转在额定负荷的60%,而在供水低峰期间则运转在额定负荷的80%,工频运转的水泵可近似看作额定负荷下工作。平均每天耗电计算:
供水高峰耗电:W1=(2.65 kW×0.6+2.65×2 kW) ×8=55.12 kWh
供水中峰耗电:W2=(2.65 kW×0.6+2.65)×10=42.4 kWh
供水低峰耗电:W3=2.65 kW×0.8×6=12.72 kWh,一天的总耗电为:W1+W2+W3=55.12+42.4+12.72=110.24 kwh
由上面的例子可以看出,对于单一的水泵水箱联合供水比单一变频恒压供水要节能许多。水泵运行状态如表1所示。
3变频给水方式的其它缺点
与水泵——水箱联合给水相比,除了运行费用高和不节能之外,变频给水还有以下几个缺点。
①占用更多的有效建筑面积。水泵——水箱联合给水方式中高位水箱占用的是楼顶的空地方,这些地方即使不设置高位水箱也不能作为它用,没有占用有效的建筑面积。而变频给水方式中水泵、控制柜本来就要占用一定的建筑面积,而且在中小城市一般不允许生活水泵直接从市政给水管网上吸水,需设置生活水池供生活水泵吸水,生活水池占用的建筑面积有时是相当大的。
②给水的可靠性差。水泵——水箱联合给水方式中水箱中储存有一定的水量,有一定的调节容积,当市政管网停水时,高位水箱还能供给一段时间的用水,可减少停水对住户造成的影响,给水的可靠性较高。即使生活水箱进行清洗时,受影响的也是高区的住户。而如果采用变频给水方式,一旦停电或者生活储水箱清洗,则依靠变频给水的高区用户将全部停水。而且相对于水泵水箱联合给水来说,变频给水系统的组成比较复杂,不仅有储水箱、水泵,还有变频控制柜,组件多,损坏的几率也大,尤其目前国产变频器的质量稳定性并不高,当变频器失灵时可能使水泵不工作,大大降低了给水的可靠性。
③给水系统的技术要求高。水泵——水箱给水系统较为简单,安装、维护较方便,一般的维修工人即可解决问题,用水点的压力与高位水箱至用水点的高差和管道的水头损失相关。而变频给水系统较为复杂,水泵、变频器的安装、维护较麻烦,尤其是国内的变频技术还不是很成熟,给水压力的设定也很复杂,若压力设定太低,用水点的压力不足,若压力设定太高,使给水管网处于超压状态,易造成管道和设备的损坏,也使用水点的流量增加,压力设定太高也浪费电能。
④同样存在二次污染的风险。虽然变频给水系统取消了高位水箱,但是由于设有地下储水池,同样存在二次污染的问题。
⑤减少给水配件的使用寿命。水泵——水箱联合给水系统中用水点的压力只与高位水箱与用水点的高差和管道的水头损失有关,由于连接高位水箱与用水点之间的管道长度最多只有十几米,管道的水头损失变化很小,用水点的压力相对很稳定。而变频给水系统普遍采用的是恒压变量给水,即根据水泵出水管上的压力波动来调节水泵的流量,水泵出水口的压力是恒定的,此压力为用水高峰时流量达到设计秒流量时给水系统所需的压力。但住宅的用水时间相对较分散,且达到设计秒流量的时间很短,水流通过管道的水头损失随着流量的变化而变化,连接水泵与用水点之问的管道又很长,而水泵的出水压力恒定,用水点的压力是不断变化的,影响给水配件的使用寿命。
⑥设备和管道的投资费用高。水泵——水箱联合给水系统中水泵的流量是根据给水系统的最大小时流量确定的,当高位水箱的容积相对较大时也可按给水系统的平均小时流量确定,水泵的配置一般为l用1备。而变频给水中水泵的流量是根据给水系统的设计秒流量确定的,其设计秒流量远远大于最大小时流量或平均小时流量,水泵的规格和管道的直径也比水泵——水箱联合给水方式选用的大,水泵和管道投资一般大于水泵.水箱联合给水系统中水泵和水箱的投资,又变频泵给水水泵的台数一般多于2台,且要配置价格昂贵的变频器,其总投资远远大于水泵——水箱联合给水系统。
⑦对环境的影响。水泵——水箱联合给水方式中高位水箱给水对环境没有任何不良影响。而变频给水中水泵运行时振动,并容易产生噪音干扰,水泵的振动不仅对工作环境和人身健康有影响,而且对建筑结构、设备仪表的正常工作造成危害。机械噪音可以通过各种减振措施解决,但水泵小流量运行时产生的低频噪音却难以解决。
4高层建筑给水方式的节能选择:水泵——水箱联 合方式
由以上分析可以得出以下结论:在现有技术和条件下,高层建筑中采用变频给水取代水泵——水箱联合给水技术上是不合理,也是不节能的。高层建筑中最节能的给水方式还是传统的水泵——水箱联合给水。当然该给水方式也存在一些问题,但现在已经有比较成熟的技术来解决。下面就现存的主要问题提出相关的解决措施。
①水箱重量大。城市现用的水箱多是铸铁或钢筋混凝土水箱,重量较大,现在厂家已经生产出不锈钢、玻璃钢水箱、搪瓷钢板水箱等等,这些水箱重量轻,质量好,组装方便,极大的减轻了屋顶负荷。
②给水系统存在二次污染的问题。第一,加强屋顶水箱的管理。为了保证屋顶水箱出水水质,需要加强屋顶水箱的管理,应对屋顶水箱建立专门的检修机构,对屋顶水箱进行定期清洗、消毒、维护管理,阀门坏了需及时更换,以最大限度地保证用户安全、健康地用水。第二,采用新型水箱。铸铁或钢筋混凝土水箱由于表面粗糙、密封性能差、不易清洗等,所以容易滋生细菌。而现在出现的不锈钢、玻璃钢等水箱,有排污装置,不滋生细菌、青苔,不易生锈,密封性能良好,可确保用水质量,且不易产生二次污染。第三,对屋顶水箱中的水进行消毒。屋顶水箱出水前可设置过滤消毒水处理装置以保证系统给水满足生活饮用水标准。目前有加氯消毒系统和紫外C消毒设备两种可以选择。
③项层压力不足。项层压力不足可以将水箱的位置适当抬高,如设在电梯机房顶上;并且要正确选择合适的加压装置。
5结语
在目前各方面的综合考虑之下,水泵——水箱联合给水方式是高层建筑的最适选择,但其还是存在一些不易彻底解决的弊端,比如增加土建投资,能耗浪费和有水质二次污染的风险。这无论从工程建设、运行管理、给水的可靠性,技术含量等方面来考虑,都不是经济合理的。随着技术的提高,又一种给水方式——叠压给水方式的出现,解决了不少问题,其具有水质安全、卫生、设备管理方便、成本低、占地面积小等众多优点。具很大的发展潜力,但其也有缺点,如适应性差,可调节流量偏小,不适宜流量变大的建筑。所以在具体给水系统节能供水方案选择中,应该根据实际情况,将三种方式有效的结合使用。
参考文献:
[1] 李亚峰,蒋白懿,等.高层建筑给水排水工程[M].北京:化学 工业出版社,2004.
[2] 刘振印.建筑给排水节能节水技术探讨[J].给水排水,2007, (1).
[3] 张英,吕槛.新编建筑给水排水工程[M].北京:中国建筑工业 出版社,2004.