高層建筑(zhu)生活給水系統(tong)豎向分區數量的技術經濟(ji)性(xing)分析

      高(gao)層(ceng)住宅建(jian)筑(zhu)給(gei)水(shui)系統中(zhong)，較常用的給(gei)水(shui)方式為(wei)市政直接供(gong)水(shui)與(yu)水(shui)泵加壓(ya)供(gong)水(shui)相(xiang)結合，即(ji)低(di)區（一般是地下(xia)室與(yu)裙(qun)房）由(you)市政管(guan)網直接供(gong)水(shui)，中(zhong)、高(gao)區由(you)變頻(pin)加壓(ya)給(gei)水(shui)設(she)備供(gong)水(shui)。如何豎(shu)向分(fen)區，《建(jian)筑(zhu)給(gei)水(shui)排水(shui)設(she)計規范》3.3.5條有如下(xia)規定：

1  各分區較低衛生器(qi)具配水點處(chu)的靜水壓不宜大(da)于(yu)0.45MPa，特殊(shu)情況(kuang)下不宜大(da)于(yu)0.55MPa；

2  水壓(ya)大(da)于0.35MPa的入戶管或配水橫(heng)管，宜設(she)減(jian)壓(ya)或調(diao)壓(ya)設(she)施。

      給水(shui)系統豎(shu)向分區的(de)規定，一是(shi)為了保證(zheng)用(yong)戶正常(chang)用(yong)水(shui)，二是(shi)為了節能。正常(chang)用(yong)水(shui)主要是(shi)防止(zhi)配水(shui)點水(shui)壓過高引起濺(jian)水(shui)，同時(shi)避免衛(wei)生器具(ju)因(yin)超(chao)壓容易損壞。節能主要是(shi)降低系統運行耗用(yong)的(de)電(dian)能。本文主要針對(dui)節能問題(ti)作詳細(xi)論述。

一(yi)、分(fen)區供水節(jie)能(neng)原理

      給(gei)水系統(tong)中，首先考慮(lv)充分利(li)用市(shi)政水壓供水。當(dang)市(shi)政水壓確(que)定的情(qing)況下，由市(shi)政管(guan)網直(zhi)接(jie)供水的用戶數量是確(que)定的，因此需(xu)要加壓供水的區域(yu)也是確(que)定的。

水泵揚程與建筑高(gao)度關系圖

加壓(ya)水泵所(suo)需(xu)揚程(cheng)：Hp = Ho+Hf+h

Ho--靜揚程，Ho = Z2 = Z1+Z2-Z1 = Z1+△Z；

Z1--加壓供水(shui)區域較低樓層與生活水(shui)池較低水(shui)位(wei)的高差，m；

Z2--加壓供水(shui)區域較高樓(lou)層與生活水(shui)池(chi)較低(di)水(shui)位的高差，m；

Hf--包括(kuo)較(jiao)不利配水(shui)(shui)點要求工作(zuo)水(shui)(shui)頭、水(shui)(shui)泵損失、Z1之前的管道水(shui)(shui)頭損失；

h --加壓(ya)供水(shui)(shui)區域立管水(shui)(shui)頭損失(shi)。

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(shui)泵電機運行(xing)效率

1、若加(jia)壓供水區域不分區，相當于所有用水加(jia)壓至較高層Z2處，年消(xiao)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(qu)(qu)域豎(shu)向平均分為(wei)n個區(qu)(qu)，近(jin)似認為(wei)每個區(qu)(qu)的流量為(wei)Q/n, 并降加壓供水區(qu)(qu)域立管水頭(tou)損失h平均分配到(dao)n個區(qu)(qu)中，則(ze)第(di)m（1≤m≤n）個區(qu)(qu)所(suo)需的水泵揚程為(wei)：

Hm = Z1+m/n·△Z +Hf+ m/n·h= m/n·（△Z+h）+（Z1+Hf）

該區年消耗電(dian)能

Em=ρ·g·Q/n·［m/n·（△Z+h）+（Z1+Hf）］/η

所有加壓供水(shui)區域年(nian)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(yue)(yue)大，En值越(yue)(yue)小。也就是(shi)說，對于(yu)給定(ding)的(de)(de)建筑(zhu)物，在(zai)市政水(shui)壓確定(ding)的(de)(de)情況(kuang)下，加壓供水(shui)區(qu)域(yu)豎向分區(qu)數(shu)量越(yue)(yue)多，運行過(guo)程(cheng)中消(xiao)耗的(de)(de)電能越(yue)(yue)少。這便是(shi)分區(qu)供水(shui)節(jie)能的(de)(de)原理所(suo)在(zai)。

二、豎向分區位置對節能效(xiao)果的影響

      在上面(mian)的分(fen)析中(zhong)，豎向(xiang)分(fen)區(qu)都是(shi)按(an)高度或樓(lou)層數平均分(fen)區(qu)，如果采用任意位(wei)置分(fen)區(qu)，結果將會有什么變化？下面(mian)針對此點進(jin)行(xing)闡述(shu)。首(shou)先以加壓供水區(qu)域豎向(xiang)分(fen)為兩個區(qu)的情況進(jin)行(xing)分(fen)析。

分(fen)區位(wei)置高度以Zx表(biao)示，且h值相對Zx及Hf很小，此處忽略不計，則(ze)兩個分(fen)區消耗電能分(fen)別為(wei)：

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(dang)Ex’=0時(shi)，Ex取得較小值(zhi)，此時(shi)

2·Zx-（Z1+Z2）=0

得Zx=（Z1+Z2）/2

即當豎向(xiang)按高度平均分為兩個區(qu)時(shi)較為節能。當分為兩個以(yi)(yi)上(shang)區(qu)時(shi)亦有(you)相同(tong)結論。因此，給水(shui)系統豎向(xiang)分區(qu)應盡量使各(ge)區(qu)高度相同(tong)，以(yi)(yi)達(da)到節能目的。

三、實際工程中給水分(fen)區數量的(de)確定

      雖然給水系統豎(shu)向分區(qu)數(shu)量(liang)越(yue)多(duo)節(jie)(jie)能(neng)效果越(yue)好(hao)，但是(shi)(shi)節(jie)(jie)能(neng)只是(shi)(shi)設計(ji)中需(xu)考慮的諸多(duo)因素之一(yi)，單純追(zhui)求(qiu)節(jie)(jie)能(neng)而使得分區(qu)數(shu)量(liang)過(guo)多(duo)是(shi)(shi)不(bu)現實甚至是(shi)(shi)不(bu)合理(li)的，因為(wei)每增(zeng)加(jia)(jia)一(yi)個(ge)分區(qu)，相應會增(zeng)加(jia)(jia)一(yi)套加(jia)(jia)壓設備(bei)，直接增(zeng)加(jia)(jia)了工(gong)程(cheng)(cheng)初期投資。下面通過(guo)工(gong)程(cheng)(cheng)實例分析(xi)如何(he)同時考慮節(jie)(jie)能(neng)與造(zao)價兩方面問題(ti)而合理(li)確(que)定(ding)分區(qu)數(shu)量(liang)。

豎向不(bu)分(fen)區時年耗電(dian)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(gong)程數據(ju)可以看出：

1、     對(dui)于所有(you)工程，隨著(zhu)分區數量的增多，年消耗電能(neng)逐漸減(jian)少(shao)，這(zhe)與分區節能(neng)的理(li)論推導是(shi)一致(zhi)的；

2、     當水泵(beng)機組使用(yong)壽命為十年(nian)時，水泵(beng)造(zao)價在總費(fei)用(yong)中所占比例較大，對總費(fei)用(yong)的(de)高低起決定作用(yong)。隨(sui)著分區數量(liang)的(de)增加，總費(fei)用(yong)呈現逐漸(jian)增加的(de)趨勢；

3、     當水泵(beng)機組(zu)使用(yong)壽命為二十年時，運行電費(fei)(fei)與水泵(beng)造價同(tong)時決(jue)定總費(fei)(fei)用(yong)的高低。隨著分區數量的增加，總費(fei)(fei)用(yong)呈(cheng)現上下波(bo)動的趨勢(shi)；

4、     當豎向分(fen)(fen)區數(shu)(shu)量大(da)于等于兩個的(de)情(qing)況下，不(bu)管水泵使用(yong)壽命如何(he)，水泵造價都(dou)決定了(le)總費用(yong)的(de)高低。隨著分(fen)(fen)區數(shu)(shu)量的(de)增加，總費用(yong)呈現(xian)逐漸(jian)增加的(de)趨勢；

      因此，對(dui)于高度(du)小(xiao)于100米(mi)的住宅，當采用(yong)豎向分(fen)區(qu)(qu)(qu)給水時，為降低總費(fei)用(yong)，應(ying)在規范規定(ding)范圍(wei)內盡量(liang)(liang)減少分(fen)區(qu)(qu)(qu)數量(liang)(liang)。加壓供水部分(fen)盡量(liang)(liang)分(fen)為兩個(ge)區(qu)(qu)(qu)，只有當小(xiao)區(qu)(qu)(qu)總人數過多，分(fen)兩個(ge)區(qu)(qu)(qu)造成水泵流量(liang)(liang)過大不易選型時才分(fen)為三個(ge)區(qu)(qu)(qu)。再者(zhe)，減少分(fen)區(qu)(qu)(qu)數量(liang)(liang)還可以減少水泵房面積以及(ji)系統立管(guan)數量(liang)(liang)，雖然可能增加一些數量(liang)(liang)的支(zhi)管(guan)減壓閥，但總體而言(yan)其經(jing)濟(ji)性還是(shi)比較明顯的。尤(you)其在整個(ge)經(jing)濟(ji)背景不甚(shen)樂觀，行業各環節注重降低成本的現(xian)(xian)在，其經(jing)濟(ji)性更能得到體現(xian)(xian)。