一種用于高層建筑的新型中水供水系統(tǒng)的研究與設(shè)計

1、<p>　　一種用于高層建筑的新型中水供水系統(tǒng)的研究與設(shè)計</p><p>　　（華北電力大學(xué)（保定）能源動力與機械工程學(xué)院 河北保定 071000） </p><p>　　摘要：高層樓房排放的廢水仍具有很大的勢能，直接排掉造成了很大的能源浪費，筆者針對這種現(xiàn)象，設(shè)計一種用于高層建筑的新型節(jié)能中水供水系統(tǒng)，本設(shè)計的原理是將高層建筑排水的勢能通過一種新型壓力罐傳壓來作為中低層中水供

2、水的動力，從而回收利用高層排水的勢能，達到節(jié)能的目的。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：高層建筑中水給水 節(jié)能 廢水收集水箱 壓力罐 </p><p><b>　　1、前言： </b></p><p>　　隨著能源危機的日益加重，節(jié)能減排如今已成為全世界共同關(guān)注的熱點話題。我國建筑耗能約占社會總能耗的三分之一，建筑耗能已與工業(yè)耗能、交通耗能并列，

3、成為我國能源消耗的三大“耗能大戶”，因此建筑節(jié)能越來越受到人們的重視，建筑給排水涉及生活、生產(chǎn)的各個領(lǐng)域，其所消耗的能源在建筑能耗中占相當(dāng)大的比例，建筑給排水節(jié)能在整個建筑節(jié)能工程中具有極其重要的地位。 </p><p><b>　　2、設(shè)計方案 </b></p><p><b>　　2.1、方案綜述 </b></p><p&

4、gt;　　筆者通過現(xiàn)有給排水中存在的問題，設(shè)計出一種用于高層樓房的新型節(jié)能中水供水系統(tǒng)，充分利用排水勢能，達到節(jié)能的目的。下面以某30層普通住宅中水供水系統(tǒng)為例，來介紹本系統(tǒng)的工作原理和過程。 </p><p>　?。▍⒖紙D1）由于樓房較高，該建筑采用的為串聯(lián)水泵、水箱給水方式，建筑所用中水來自于建筑小區(qū)中水系統(tǒng)。新設(shè)計在原有的中水給水系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增添廢水收集水箱和壓力罐等設(shè)備，構(gòu)成一套新型中水供水系統(tǒng)。 &l

5、t;/p><p>　　首先本裝置利用廢用水收集水箱將高區(qū)用戶排優(yōu)質(zhì)雜排水進行收集、儲存，然后通過承壓管道與壓力罐相連，利用高區(qū)廢水收集水箱中廢水的高度水頭產(chǎn)生的壓強將預(yù)先充入壓力罐的中水壓入中區(qū)的中水供水水箱，這樣，原來安裝于地下中水儲水箱處的水泵就可以省去（后文有詳細論證），一來省去了原有的水泵的成本費，二來也省去了水泵工作時所消耗的電能，從而達 圖1 </p><p>　　到節(jié)錢節(jié)能的目的

6、。 </p><p>　　2.2、壓力罐設(shè)計及運行 </p><p>　　2.2.1、壓力罐的設(shè)計 </p><p>　　筆者所設(shè)計的壓力罐的工作原理與隔膜式氣壓罐相似，所不同的是本裝置是通過液體壓液體來實現(xiàn)壓力的傳遞。目前隔膜式氣壓罐技術(shù)已經(jīng)非常成熟，工作時的最大承壓能力可達1.6mpa，即160米高度水柱產(chǎn)生的壓強，采用氣壓罐的氣囊材料和密封方法完全可以保證50

7、米水柱在液壓過程中工作的可靠性和安全性，但考慮到橡膠氣囊老化或其他意外情況發(fā)生，同時考慮到廢水與中水水之間必須嚴格隔開，筆者設(shè)計的壓力罐通過采用雙層隔膜的方法，來大大減小漏水的可能性；并且在里外兩層隔膜之間充入氣體夾層，同時在兩層隔膜之間安裝濕度感應(yīng)器，外接報警裝置。這樣一來系統(tǒng)發(fā)生漏水的幾率就很小了，并且做到當(dāng)壓力罐發(fā)生漏水故障時能第一時間發(fā)現(xiàn)，及時停止該系統(tǒng)的工作進行檢修。 </p><p>　　2.2.2、

8、壓力罐工作原理和運行過程 </p><p>　　壓力罐的工作過程可分為兩個階段。 </p><p>　　第一階段：中水充入、廢水排出。由于壓力罐設(shè)置在中水儲水箱的高度之下，在水位產(chǎn)生的壓差作用下，中水通過止回閥進入壓力罐內(nèi)中水充水區(qū)。此時電動三通閥的通道a開啟，通道b關(guān)閉，這樣實現(xiàn)了壓力罐中水水充入、廢水排出過程。 </p><p>　　第二階段：廢水充水，中水上供

9、。該過程的實施方案如下：當(dāng)生活廢水收集水箱中液位達到設(shè)定的水位時，電接點壓力表會將測得的壓力信號傳遞給控制器，控制器控制電動三通閥動作，此時通道a關(guān)閉，通道b開啟，生活廢水進入廢水充水區(qū)，在壓差作用下將中水經(jīng)過止回閥壓入中區(qū)中區(qū)水箱，這樣實現(xiàn)了壓力供水罐廢水充水、中水上供的過程。 </p><p><b>　　圖2 圖3 </b></p><p>　　2.3、廢水收集

10、水箱安裝高度的確定 </p><p>　　本系統(tǒng)只有在廢水收集水箱與中區(qū)中水水箱之間的高度差適當(dāng)時才能正常高效的運作，下面仍以上文案例為例，通過一定的水利計算來說明兩者之間高度差的確定方法。 </p><p>　　參考圖2，該建筑內(nèi)地面下中水儲水箱與中區(qū)中水水箱之間的高差約為50米（約15層樓的高度），橫向管路長度取10米。用假定流速法進行水利計算：假定壓水工程中管內(nèi)的流速為v=1m/s，

11、設(shè)計工作流量為25 m3/h，則由體積流量 ，可得管道管徑d=0.103m= 103mm通過查《建筑給排水設(shè)計手冊》可選取D108x3.5的鋼管，其流速v=0.9 m/s，比摩阻R=17 mm，實際工作流量為Q=28.08 m3/h。 </p><p>　　取管道總長為L=110m（廢水管、供水管各約50m，水平管道長10m）， </p><p>　　壓力罐內(nèi)的外褶皺型隔膜、內(nèi)褶皺型隔膜為

12、環(huán)形褶皺，它們展開后所具有的表面積內(nèi)表面積與壓力罐的內(nèi)表面積近似相等，這樣在壓水過程中隔膜自身便不會產(chǎn)生張力，大大減少其產(chǎn)生的阻力。因此本系統(tǒng)所需要克服的局部阻力便與生活供水所需克服的局部阻力近似相同，生活供水局部阻力損失的計算可按占沿程阻力損失的25%-35%進行，這里取所占比例的最大值k=35%。 </p><p>　　則總阻力損失△P為： </p><p>　　△P =L×

13、R（k+1）=110×17×1.35=2524.5mmH2O=2.5mH2O </p><p>　　即只需要廢水收集水箱與中區(qū)中水水箱的高度差為2.5 m，就能克服管道內(nèi)的總阻力損失，實現(xiàn)節(jié)能供水。 </p><p>　　3、 經(jīng)濟效益分析 </p><p>　　仍以上文所述案例為例進行分析。通過查閱建筑給排水設(shè)計手冊，可得在室內(nèi)有給排水衛(wèi)生設(shè)備

14、，并有沐浴設(shè)備及集中熱水供應(yīng)的普通居民住宅建筑內(nèi)，用水定額取q=250L/（人?d） ，小時變化系數(shù)取Kh=2.6，用水時間t=24h，該小區(qū)居民戶數(shù)為180戶，每戶平均人數(shù)選取3.5人，由此可得出最高日用水量為： </p><p>　　Q=q*3.5*180=157.5 m3， </p><p>　　沖廁用水量取q1=60L/（人?d），這部分水由糞便污水排水系統(tǒng)排出，不進行收集，水量為

15、： </p><p>　　Q1=q1*3.5*180=37.8 m3 　　這樣可以收集的生活雜排水水量為： </p><p>　　Q2= Q - Q1=119.7 m3 </p><p>　　這樣由于廢水收集處理水箱設(shè)置在15層高處，此時水箱內(nèi)收集的日廢水量為總供水量的1/2，即：Q3=1/2Q=59.85 m3 </p><p>　　水量

16、損失取10%，則最終用來壓中水的水量為：Q4=0.9*Q3=53.86 m3 </p><p>　　中水用水定額取q2=70 L/（人?d），則日中水需求量為： </p><p>　　Q5=q2*3.5*180=44.1 m3 </p><p>　　由于可供中水量Q大于中水需求量，且富裕系數(shù)k= Q4 / Q5 =1.22 </p><p>

17、　　由此可得，原來設(shè)置于地下的加壓水泵省去。 </p><p>　　本系統(tǒng)的節(jié)能在于用收集來的廢水壓中水，每日可節(jié)約能量： </p><p>　　E=Q*1000*g*h=53.86*1000*9.8*50=26391400 J= 7.3309kw.h </p><p>　　取水泵效率為0.6，則每日可節(jié)約的電能為 </p><p>　　E=

18、E/0.6=12.218Kw.h </p><p>　　系統(tǒng)初投資為一個廢水收集水箱、一段長約50m的承壓管道以及一個壓力罐及部分管件，同時省去了原有系統(tǒng)的加壓水泵，由于廢水收集水箱只是用來暫時收集廢水，工藝要求相對較低，工程造價初步取2500元左右， 新增大約50米的承壓管段，價格約為40元/米，需投入大概2000元，壓力罐成本可取2000元，另外新增電動三通及控制裝置造價取500元，原系統(tǒng)中高揚程水泵成本為5

19、000元每臺，這樣一來，用于本文所探討的案例的本系統(tǒng)的一次性投資相比原系統(tǒng)增量約為：V=2500+2000+2000+500-5000 = 2000元。 </p><p>　　在本文所探討的案例中本系統(tǒng)每日可節(jié)約電能12.218度，若每度電價取0.5元，則每年可節(jié)能E=12.218kw.h*360=4398 kw.h， </p><p>　　折算成電費為每年可節(jié)錢2199元。 </p

20、><p>　　由上文分析可見本系統(tǒng)只需一年的時間便可將初投資多出的部分收回，而我國民用建筑使用周期一般約為70年，這樣一來本系統(tǒng)便有極大的節(jié)能節(jié)錢空間。 </p><p><b>　　4、總結(jié) </b></p><p>　　本文介紹了一種用于高層樓房的新型節(jié)能中水供水系統(tǒng)的設(shè)計方案，通過上文的論證分析，本套系統(tǒng)具有很高的科學(xué)性和可行性，可以大大減少

21、高層建筑的中水供水耗能，推動中水利用的發(fā)展，同時具有很好的經(jīng)濟效益，為高層建筑給排水節(jié)能提供了新的思路和方向，在當(dāng)今世界能源危機日益加重，水資源日益減少，建筑節(jié)能節(jié)水作為重點節(jié)能工程之一，得到各國家的高度重視的情況下，本系統(tǒng)具有廣闊的應(yīng)用前景。 </p><p><b>　　參考文獻： </b></p><p>　　[1] 于強，原鵬，王吉剛.高層建筑給排水節(jié)能方案實