摘要:随着经济发展和城市建设的深入,面对可持续性发展的要求,需要考虑建筑给水系统的节能问题。建筑给水系统的供水方式直接影响到给水系统的节能。文章阐述了建筑给水系统中常用的几种供水方式的特点,并结合工程实际的应用情况,论述了建筑给水系统方式的选择应充分考虑的事项。
关键词:给水系统;管网水压线;变频泵;节能
随着经济发展和城市建设,面对可持续性发展的要求,需要考虑建筑给水系统的节能。一套合理的建筑给水系统应该既满足用户对水质、水量、水压的要求,确保供水安全,又能达到节能要求。选择何种给水方式,直接影响到给水系统的节能。因此,有必要清楚认识各供水系统的特点,适用范围及能耗。本文主要就各种供水方式进行探讨,阐述各供水系统的特点及节能。
一、充分利用市政管网水压能量
在给水系统中的能耗主要是加压过程中水泵电机消耗的电能。由于建筑住宅水源来自市政管网,其具有一定的水压,因此建筑给水系统的节能首要考虑的就是充分地利用市政管网的水压余量,尽量减少水泵的使用。下面结合实例分析如何充分利用市政管网水压。
对于普通多层住宅,一般7层以下建筑市政管网水压可以满足生活给水的需要,因此,在这些建筑中普通的生活给水采用直接给水方式,这种方式的优点是不需要消耗额外的能量。只有在设置火灾用水时,市政水压满足不了消防需要时,才设置加压水泵。这种供水方式比较单一,在目前的设计及施工项目中,多层建筑生活给水管网一般均采用这种方式。如:温州市看守所迁建工程是一个标准的多层建筑区,其最高层为7层楼,8幢监房均为2层楼,其生活给水管网均接自室外市政管网,消火栓管网采用集中设置水泵加压送水。由于消火栓一般情况下未开启,加压泵处于停泵状态,这样可以省去给水泵运转的能耗,节约能量。
对于高层建筑小区,往往需要建造蓄水池和高位水箱,达到蓄水和加压调节作用,蓄水池是从市政管网进水,高位水箱则是蓄水池进水。由于市政管网水源具有一定的水压,所以在设置蓄水池时应将蓄水池设在高地处,利用市政管网的水压,减少水泵扬程,达到节能目的。对于小区和校园,可利用地形特点,将蓄水池设在较高地段。对于高层建筑可将建筑内给水管网进行分区供水,可分为高区、中区和低区。低区给水系统直接从市政管网供水,中区和高区尽量考虑将调节水箱设在较高处。
二、建筑内部常用的几种给水方式
(一)直接给水方式
直接给水方式是由室外市政给水管网系统直接供水,这种方式适用于室外给水管网水量、水压在一天内任何时间均能满足建筑物内部用水需要的情况下,这种方式是最简单、最经济的给水方式,无需任何加压设备。从目前市政给水管网的水压来看,这种方式最适用于多层建筑,一般为7层以下。
(二)只设置水箱的给水方式
这种方式适用于室外给水管网供水压力周期性不足的建筑,这种建筑一般是多层建筑及小区。这种方式是直接给水方式的改进。当用水低蜂时期,可利用室外给水管网中的水压直接供水,同时向屋顶水箱供水并储水。当用户处于用水高峰时期,室外管网水压不足,由水箱向建筑内给水管网供水。此种方式同第一种方式一样,不需要加压供水设备,节能效果好。此方式同第一种方式相比还具有储水调节能力,避免了因市网停水的缺点。其系统如图1所示:
(三)只设水泵的给水方式
此种方式适用于一天内室外给水管网压力大部分时间满足不了室内的需要,且建筑物用水量大的情况。当建筑物内部用水量大且较均匀时可单独设置水泵增压,即恒速水泵供水。此方式适用生产车间给水,实际中很少用;当用水量大但用水不均匀的建筑,如住宅小区、高层建筑等,如果是仅仅设置水泵恒速供水的运行方式,很不经济,造成能量的浪费。为了降低电耗,提高水泵的工作效率,一般采用一台或多台泵的变速运行的供水方式,使水泵的供水曲线与用水曲线相接近,从而达到节能的目的。
这种采用变频泵供水的方式近年来在高层建筑中应用较为广泛,其主要是通过水泵出口的恒压变速运行。通过控制水泵出水口的压力,使变频泵根据出水口用水量压力的变化来调节水泵电机的转速,使水泵出水口恒压供水。这种采用变频泵的供水方式在工程实际已被运用。目前在建工程乐清欣业大楼项目的室内给水系统就是采用变频泵供水方式。
(四)设水泵和水箱的联合供水方式
此种方式适用于室外给水管网压力低于或周期性低于建筑内部给水管网所需的压力,且建筑用水量又很不均匀。这种供水方式由于水泵能够及时向水箱充水,使水箱体积大大减少。同时由于水箱的调节作用,水泵的出水量稳定,可以保持在高效率下工作,再加上目前实际中水箱均采用浮球继电器等装置控制水箱水位,使水泵起闭自动化。这种方式技术上合理,供水方面可靠。这种给水方式在鸿基花园工程中得到应用,其4幢高层采用2只水箱向下供水,但其市网水压线以下楼层未采用市网直接供水,而是采用立管减压方式,从其运行效果看还比较节能。因此对于小高层建筑住宅区,可考虑水泵、水箱联合的供水方式。其系统如图2所示:
(五)气压给水方式
这种方式是在给水系统中设置气压罐,利用气压罐内的气体压缩性,升压供水,其作用相当于水塔或高位水箱,适用于不宜设置水塔和高位水箱的场所。这种方式因其调节能力小,压力变化幅度较大。如果单独使用因其水压变化较大,要求气压罐体积大,浪费钢材且不宜放置,故很少在建筑给水中单独使用,一般与水箱、水泵等辅助使用。
(六)分区给水方式
此种方式在高层建筑中较常用,当室外给水管网水压只能供到建筑物下面几层时,可采用分区供水的方式,分区可分为高区、中区、低区。为了充分利用市政管网的水压能量,一般将管网水压线以下几层分为低区,高区、中区给水管网采用加压泵送水。对管网的分区应根据工程实际,合理分设,一般可以按照以下三种方式分区:
1.串联式分区给水方式。这种方式在每一个分区层均设置水泵和水箱,每一个分区层的水泵从下一个分区的水箱吸水。此种方式的优点是各区水泵的扬程和流量按照本区所需而设计,不需要设置高扬程、高压水泵,水泵的工作效率高,能耗较少。但这种方式的缺点是下数区的水箱容积过大,增加了结构负荷;水泵、水箱分散布置,不便于管理且工作不可靠。当下面任何一区发生故障时,上面数区的供水便受到影响。如果采用增加备用泵方式,则增加了设备费用。同时水泵房对防振、防噪和防漏水的技术要求较高,这必将增加投资。鉴于此钟供水方式的缺点较明显,在实际工程中较少用。
2.并联式分区给水方式。这种方式各区水泵集中底层或地下室,分别独立向各自给水管网供水。此种方式的优点是各区水泵集中设置在泵房,便于管理和维修;各区均为独立的给水系统,互不影响,供水安全可靠。缺点是上面几个分区的水泵扬程较大,压水管线较长。
3.减压给水方式。这种方式是指整个高层建筑用水由设置于底层的水泵抽升到最高层水箱,而后再由此总水箱依次向下供水,并通过各区水箱减压或减压阀减压。此种方式的优点是水泵数量少,占地少;水泵集中设置,便于管理和维修;管路简单,投资少。其缺点是各区用水均需水泵一次性提高到最高位水箱,水泵能耗大;同时这种方式供水安全性不可靠,上面任何一区的下水总管及水箱等设备出问题便影响下面各区的供水。
三、结语
综上所述,以上各种给水方式均有其各自的优点,在实际设计及施工中,对建筑内部给水系统方式的采用应从以下几点考虑:
1.尽量利用市政管网水压,对于市政管网水压线以下的多层建筑应采用市网直接供水方式,对于水压不稳定,如高峰期水压不够,可考虑设置高位水箱。
2.高层建筑应尽可能采用并联分区的给水方式,分区时考虑将市网水压线以下的楼层设置为低区,由市网直接供水,节省一部分能量。
3.在水泵的选型与组合上尽可能采用与气压罐、变频泵的组合式供水。当采用高位水箱、水泵供水时,可选择气压罐辅助设备;当不设水箱只设水泵时可采用气压罐、变频泵的组合式供水。
参考文献
[1]王增长.建筑给水排水工程(第3版)[M].中国建筑工业出版社,1998.
[2]刘希孟,郭玉茹.高层建筑给水排水工程[M].哈尔滨工业大学出版社,1999.