高層住宅供水系統(tǒng)設(shè)計優(yōu)化

1、<p>　　高層住宅供水系統(tǒng)設(shè)計優(yōu)化</p><p>　　【摘要】高層住宅的給水方式直接影響著給水系統(tǒng)的使用和工程造價，住宅樓高區(qū)部分常用的供水方式是變頻供水，既可以滿足住戶需求又能節(jié)約能源。本文重點介紹了節(jié)能的變頻供水方式，以優(yōu)化高層住宅的供水系統(tǒng)設(shè)計。 </p><p>　　【關(guān)鍵詞】高層供水 節(jié)能 變頻 </p><p>　　[Abstract] w

2、ater supply in high-rise residential directly affects the water supply system in the engineering, building high part of water used is the frequency of water supply, which can meet the needs of tenants and energy. This pa

3、per focuses on the frequency of water supply energy saving, in order to optimize the design of water supply system of high-rise residential. </p><p>　　[keyword] high-level water supply; energy saving; freque

4、ncy </p><p>　　中圖分類號: TV674 文獻標識碼：A文章編號： </p><p><b>　　1 引言 </b></p><p>　　給水方式關(guān)系到生活給水系統(tǒng)的使用和工程造價，是高層建筑生活給水系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵。對于絕大多數(shù)高層建筑，都是采用分區(qū)給水的方式供水，因為城市給水管網(wǎng)的水壓不能滿足高區(qū)部分的生活用水需求。分區(qū)給水即低

5、區(qū)部分直接由城市給水管網(wǎng)供水，高區(qū)部分由水泵加壓供水。目前，高區(qū)部分使用最多的供水方式就是變頻供水。而變頻供水分成兩種：變頻恒壓供水和變頻變壓供水。 </p><p><b>　　2變頻恒壓供水 </b></p><p>　　變頻恒壓供水系統(tǒng)是指水泵出口壓力保持穩(wěn)定，水泵流量是根據(jù)用戶用水量變化而變化。同時將壓力傳感器設(shè)在水泵機組出水口,目的在于讓水泵出水口的壓力保持

6、恒定，一般情況下設(shè)定為最不利工況時水泵出水口所需壓力值。根據(jù)水泵特性曲線，水泵流量下降，水泵的揚程就會升高。若要保持水泵揚程恒定，就得降低水泵流速，這就是變頻恒壓供水的基本原理。 </p><p><b>　　3 變頻變壓供水 </b></p><p>　　變頻恒壓供水系統(tǒng)區(qū)別于變頻恒壓供水系統(tǒng)是將壓力傳感器設(shè)置在供水管網(wǎng)末端，PID 調(diào)節(jié)器設(shè)定值為管網(wǎng)末端用戶所需的

7、服務(wù)水頭值。系統(tǒng)通過自動調(diào)節(jié)使管網(wǎng)末端水壓保持恒定，使管路特性曲線和系統(tǒng)靜揚程不變，而水泵出水口壓力則隨著供水量變化依管路特性曲線而改變，故理論上實現(xiàn)了“系統(tǒng)需要多少，機組提供多少”，不會由于供水量的減小而產(chǎn)生多余的靜揚程，節(jié)能效果滿意。 </p><p>　　變頻變壓供水優(yōu)于變頻恒壓供水，不僅體現(xiàn)在節(jié)能上，而且更有利于管網(wǎng)的穩(wěn)定運行。根據(jù)資料顯示，采用變頻變壓供水要比高出變頻恒壓供水節(jié)約能耗15% 左右。 &l

8、t;/p><p><b>　　4 變頻節(jié)能原理 </b></p><p><b>　　1）降低功率節(jié)能 </b></p><p>　　根據(jù)水泵的相似定律，水泵在相似工況的時候，功率隨著轉(zhuǎn)速的三次方變化。當同時使用變頻供水跟工頻泵供水的時候。水泵的能耗一般就是用功率乘以運行時間，所以功率降低，水泵的能耗也隨之降低。節(jié)能的那部分能

9、耗從直觀上來說就是由于工頻泵因流量降低而導(dǎo)致?lián)P程升高所消耗的這部分能耗。 </p><p><b>　　2）功率因素節(jié)能 </b></p><p>　　功率因素越大，有功功率越大，一般電動機的功率因素為0.6~0.7，使用了變頻以后，功率因素的值約等于 1。也就是將無功功率的值降到最低，使得水泵的能耗都消耗在電機運轉(zhuǎn)上，全部用來對外做工，使得水泵的效率達到最高，節(jié)能效

10、果更好。 </p><p><b>　　3）啟動方式節(jié)能 </b></p><p>　　變頻一般都是采用自動控制系統(tǒng)，方便調(diào)試跟運行，都是自動化控制。水泵啟動采用軟啟動，軟停止的方式。電機直接啟動電流常規(guī)是 6~7 倍的額定電流，軟啟動限制電流通常為 3~4.5 倍額定電流，可以修改。通過軟啟動，一方面降低了啟動能耗，另一方面電機啟動時對電網(wǎng)無沖擊, 減少了水泵及閥門

11、等的損耗, 保證了工藝技術(shù)要求, 經(jīng)濟效益明顯。 </p><p>　　5 學(xué)府小區(qū)供水優(yōu)化設(shè)計 </p><p>　　5. 1 供水現(xiàn)狀 </p><p>　　本文通過分析天津市學(xué)府小區(qū)的實例來分析優(yōu)化設(shè)計方案。學(xué)府小區(qū)供水方式為變頻恒壓供水中區(qū)用戶一共 432 戶，學(xué)府小區(qū)中區(qū)供水設(shè)計采用四臺水泵供水，三用一備，其中每臺水泵功率為 11kw。流量 Q=30 m&

12、amp;sup3;/h；揚程 H=90.2m。四臺水泵聯(lián)合供水，總出水管選用外徑 219mm 的鋼管。中區(qū)的供水區(qū)域為：18 號樓 5~9 層，一層 8 戶 ；19~22 號樓 5-18 層，一層 4 戶；23、24 號樓 5~18 層，一層 6 戶。共計 432 戶。水泵供水壓力為 0.8MPa。 </p><p>　　5. 2 供水系統(tǒng)設(shè)計 </p><p>　　學(xué)府小區(qū)中區(qū)加壓供水戶

13、數(shù)一共 432 戶，根據(jù)規(guī)范，設(shè)定戶均 3.5 人，用水定額為：，小時變化系數(shù)為：，每戶衛(wèi)生器具當量數(shù)：。 </p><p>　　則中區(qū)最高日用水量為： </p><p>　　中區(qū)最高日最高時用水量為： </p><p>　　中區(qū)給水設(shè)計秒流量計算結(jié)果為分兩種情況： </p><p>　　若采用《建筑給水排水設(shè)計規(guī)范》（GB J15—88）

14、</p><p>　　若采用《建筑給水排水設(shè)計規(guī)范》（GB 50015—2003） </p><p>　　中區(qū)供水范圍為： 18 號樓 5~9 層，一層 8 戶；19~22 號樓 5~18 層，一層 4戶；23、24 號樓 5~18 層，一層 6 戶。那最不利供水點則為 18 層。根據(jù)估算，供水所需揚程為：。 </p><p>　　目前采用水泵型號：XBD系列。三用

15、一備，其中每臺水泵功率為 11kw。流量；揚程。 滿足上述計算流量跟揚程。由于實際設(shè)計采用的是《建筑給水排水設(shè)計規(guī)范》（GB J15—88），說明原本的設(shè)計沒有原則性問題。 </p><p>　　5. 3 設(shè)計值與實測值對比 </p><p>　　將學(xué)府小區(qū)的實測值與設(shè)計值進行對比，如表1所示。 </p><p>　　表 1 設(shè)計值實測值對照表 </p>

16、<p>　　但是根據(jù)實際監(jiān)測，學(xué)府小區(qū)實測值與檢測值差距頗大。 </p><p><b>　　兩者矛盾在于： </b></p><p>　　1）用水定額選擇偏大，對于南方地區(qū)一般選用 200~300 L/人·d，而對于天津這個北方城市，用水定額選為 120 L/人·d 更加合適。 </p><p>　　2）小時

17、變化系數(shù)取值偏大。根據(jù)實測計算出得小時變化系數(shù)只有：1.43。對于小區(qū)的小時變化系數(shù)的取值，應(yīng)該根據(jù)用戶的多少來選擇，而不是一味的選定目前通用的 2.5。明顯不切合實際情況，造成選泵很大的流量浪費，水泵造價的提高，運行電耗的增加。 </p><p>　　3）用戶平均人數(shù)的取值?，F(xiàn)在一般選用的 3.5 人，從根本上來說是正確的。但是由于小區(qū)住房的入住率不是百分之百的，加上三口以上的家庭占全市的比例越來越多，也就是一

18、戶的人數(shù)平均值在降低。這些因素都導(dǎo)致每一戶用水量的降低。 </p><p>　　4）用水時間。目前規(guī)范規(guī)定值為 24h。但是根據(jù)實測曲線，得知在用水流量在早上 0 點到 6 點之間幾乎是很小的。對小流量跟最高流量變化較大的地方，應(yīng)該不是把用水時間直接認為 24 小時，應(yīng)該根據(jù)用水規(guī)律，按照時間順序，分階段計算流量，分階段選泵。 </p><p>　　5. 4 優(yōu)化設(shè)計 </p>

19、<p>　　學(xué)府小區(qū)用水高峰一般持續(xù)時間為 10 小時在早上 7 點到 10 點，中午 11 點到 13 點，晚上 18 點到 23 點，用水低峰為 6 個小時從早上 0 點到 6 點，剩下的8 個小時為用水中峰。而學(xué)府小區(qū)的實際能耗根據(jù)每日的監(jiān)測結(jié)果可以得出，每天的平均能耗為 107.65kWh。根據(jù)表1 和表2 中小區(qū)用水的實際情況對長壽公寓次供水系統(tǒng)進行改造。 </p><p>　　表2 最高

20、日用水量表 </p><p>　　學(xué)府小區(qū)：選用三臺水泵，兩用一備。根據(jù)小區(qū) 24 小時用水量表可以根據(jù)不同的時刻使用不同的水泵。在凌晨零點到六點之間，水泵用水量比較小，基本上低于5.0m&sup3;/h。早上六點之后開始出現(xiàn)高峰和中峰，并且一直持續(xù)到晚上 24 點。所以按照用水量曲線，選擇兩臺水泵，一臺大泵，一臺小泵。兩者交替使用。故根據(jù)上述情況，對水泵選型。 </p><p>

21、　　故輔泵型號為：SJ5-23。水泵流量為 5.0m3/h；揚程為 86.5m；額定功率為2.2kW；轉(zhuǎn)速為：2850r/min。主泵型號為：SJ12-17。水泵流量為 12.0 m&sup3;/h；揚程為 86.0m；額定功率為 5.5kW；轉(zhuǎn)速為：2850r/min。 </p><p>　　表 2 中，0 點到 1 點的流量為 3.71 m&sup3;/h。水泵轉(zhuǎn)速為 2850r/min，揚程

22、為86.5。根據(jù)水泵相似定律： </p><p>　　將得到的水泵相似曲線和水泵特性曲線 Q-H 曲線相交與一點，計算得出交點的流量為 4.02 m&sup3;/h，功率為 1.88 kW。而根據(jù)相似定律： </p><p>　　故當流量為 3.71 m&sup3;/h 時，水泵的功率為 1.48 kW。根據(jù)上述原理，依次類推，得出所有時刻的水泵功率表。將各個時間段的功率疊

23、加得到的就是水泵一天的能耗值。如表3 所示。 </p><p>　　表 3 能耗計算表 </p><p>　　表 3 能耗計算表是根據(jù)水泵相似定律計算出的理論能耗，在實際水泵運行過程中，隨著流量的減少，水泵轉(zhuǎn)速的降低，揚程的減少，功率也不斷的降低。但是當揚程達到管路最低工作壓力時，水泵轉(zhuǎn)速不再降低，功率維持在一定的狀態(tài)。本設(shè)計中采用的是變頻恒壓供水。 </p><p&g

24、t;　　對比改造前后的水泵能耗：改造前學(xué)府小區(qū)一天的實際耗電量平均值為107.65kWh。假設(shè)電機的效率為 90%，那么改造后學(xué)府小區(qū)一天的耗電量為 63.98kWh。學(xué)府小區(qū)改造后比改造后能平均節(jié)省電量 43.67 kWh，天津市一度電的價格為 0.59 元，那么一年學(xué)府小區(qū)能節(jié)省 9405 元。平攤到每個用戶上就能得出每戶每年節(jié)約 22 元。 </p><p>　　本方案的優(yōu)勢一方面由于當初設(shè)計時候流量選擇過

25、大，水泵選擇不適當，導(dǎo)致水泵型號功率較大，水泵的購置費也偏高。更改之后的方案能很好的按照時間曲線選泵，水泵的不同的時間都能在水泵高效區(qū)運行，水泵的本身額定功率也叫前者低，總而言之，最終能耗能降低 40%的用電量，這些節(jié)省的用電量對每一個住宅用戶來講，就能降低一筆很客觀的物業(yè)費。 </p><p><b>　　結(jié)束語 </b></p><p>　　本文著手研究水泵能耗。

26、首先分析了我國高層建筑當前使用最廣泛的供水方式是變頻供水。從三個方面描述了變頻供水的節(jié)能原理。然后將小區(qū)的實測值與設(shè)計值進行對比，找出兩者之間差異的原因，從而指導(dǎo)今后的建筑給排水設(shè)計，尤其是二次給水系統(tǒng)的設(shè)計。最后對小區(qū)進行供水改造。根據(jù)水泵的特性和相似定律計算供水能耗，并將改造后的方案能耗和改造前的進行對比，節(jié)省較多電耗。 </p><p><b>　　參考文獻 </b></p>

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