【摘要】比較兩種不同的供水方式能耗的情況，通過試算分析高層建筑供水系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)合理的供水方式，討論可知目前的供水方式都各有利弊，提出建議選擇水泵水箱聯(lián)合供水方式，還有目前正處于研究階段的無負(fù)壓供水等供水方式的優(yōu)化組合。所得結(jié)論給既有建筑的改造和新建建筑的給水設(shè)計工作提供了一些參考依據(jù)。
　　關(guān)鍵詞：高層建筑，供水系統(tǒng)，節(jié)水，節(jié)能
　　1引言
　　目前國內(nèi)主要應(yīng)用的供水方式共有三類八種。主要有水泵-水箱聯(lián)合供水方式，變頻供水方式，變頻泵加水箱供水方式等。其中每類供水方式又根據(jù)并聯(lián)，串聯(lián)，上行及下行分成不同的種類。在實(shí)際應(yīng)用中通常是這幾種供水方式聯(lián)合使用，設(shè)計中還要根據(jù)具體建筑的類型，用途，具體要求以及層高，同時考慮市政管網(wǎng)的壓力狀況等多方面因素，優(yōu)化選擇供水方式，不能憑空的說那個建筑就改用那種供水方式，實(shí)際的設(shè)計工作是需要大量的調(diào)研與比較而得出選擇方式，這是個復(fù)雜的過程。在本文中，主要討論水泵水箱聯(lián)合供水方式與變頻恒壓供水方式，是種極端假設(shè)的討論方法。
　　2水泵-水箱聯(lián)合供水方式與變頻恒壓供水方式
　　2.1水泵-水箱聯(lián)合供水系統(tǒng)
　　上世紀(jì)90年代中前期的建筑給水設(shè)計普遍采用水泵-水箱聯(lián)合供水方式，見圖1。水泵水箱聯(lián)合供水，必須要有解決水質(zhì)二次污染的方法，保證供水水質(zhì)。常采取的措施有：（1）生活水箱和生活水池都宜采用先進(jìn)的防污染水箱；（2）屋頂水箱出水前可設(shè)置過濾消毒水處理裝置使系統(tǒng)供水滿足生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)；（3）生活用水與消防用水的地下儲水箱及高位水箱宜分開設(shè)置。
　　
　　圖1建筑物二次供水示意圖
　　2.2水泵變頻調(diào)速供水
　　該供水方式僅需設(shè)地下水池1座、變頻調(diào)速設(shè)備1套，不需再設(shè)屋頂水箱。設(shè)備由變頻控制柜和1個水泵機(jī)組組成。水泵機(jī)組在通常狀況下只有1臺水泵變頻運(yùn)行，其余在工頻狀態(tài)或停機(jī)狀態(tài)。處在變頻狀態(tài)下的水泵根據(jù)流量大小調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，從而保證供水系統(tǒng)壓力恒定。變頻調(diào)速供水系統(tǒng)占地面積小、自動化程度高，節(jié)省管理費(fèi)用。該供水方式最大的優(yōu)點(diǎn)是取消了屋頂水箱，在一定程度上減輕了水質(zhì)的二次污染[28]。
　　3變頻供水與水泵-水箱聯(lián)合供水的方案比較
　　最近變頻調(diào)速恒壓供水裝置在新建高層建筑中的應(yīng)用越來越廣泛，但是也出現(xiàn)很多令開發(fā)商和物業(yè)管理公司頭疼的問題，逐漸對這一技術(shù)產(chǎn)生了懷疑，主要原因是加壓電費(fèi)過高和容易產(chǎn)生噪音。
　　3.1計算模型
　　設(shè)工程條件為：一棟8層住宅樓，共128戶。1-4層由市政自來水直接供水，5-8層采用二次加壓供水。住宅層高為3米，底層室內(nèi)外高差為0.6米，每戶居住5人，用水量標(biāo)準(zhǔn)按qd=150L/人。取時變化系數(shù)Kh=2.5，每戶衛(wèi)生器具當(dāng)量數(shù)Ng=10(為便于計算，暫不考慮消防用水）。根據(jù)上述條件可知，該棟住宅4-8層需加壓供水的最大日用水量為：
　　
　　最高日最大時用水量為：
　　
　　給水設(shè)計秒流量（由總當(dāng)量數(shù)查表可得）。
　　3.2方案比較
　　（1）定速泵-高位水箱聯(lián)合供水方式
　　水箱容積按最高日最大時用水量的50%計算，V=2.5m3，選用3m3標(biāo)準(zhǔn)水箱，其尺寸長×寬×高=2000×1400×1400mm，水箱最低水位標(biāo)高Hmin=25.6m，最高水位高Hmax=26.6m，選用40LG6-15×2水泵二臺，其性能參數(shù)為：Q=6m3/h，H=30m，N=2.65kW。
　　由公式（1）計算水泵最大日耗電量：
　　
　　W1=NT=2.65×4812×2=21.2kWh
　　上式中T為水泵最大日工作時間（h），T=Qd/Q=48/12=4h
　　（2）變頻調(diào)速恒壓裝置供水
　　由于生活用水的不均勻性，在采用變頻調(diào)速供水設(shè)備時，若系統(tǒng)沒有流量調(diào)節(jié)裝置，水泵裝置應(yīng)按滿足系統(tǒng)設(shè)計秒流量的需要來選擇，本工程系統(tǒng)設(shè)計秒流量為qg=5.5L/s，選擇40LG6-15×2水泵三臺，三臺泵并聯(lián)工作時，滿足秒流量qg=5.50L/s的要求。分析全日用水曲線，用水一般都集中在早晨6-8時，中午11-13時，下午17-19時，晚上22-24時這8個小時，為用水高峰，而0點(diǎn)至6點(diǎn)這6個小時用水量很少，為用水低峰，其它10個小時為供水中峰。
　　為簡化計算假定變頻泵（由變頻器驅(qū)動的水泵）在供水高峰和供水中峰期間均運(yùn)轉(zhuǎn)在額定負(fù)荷的60%，而在供水低峰期間則運(yùn)轉(zhuǎn)在額定負(fù)荷的80%，工頻運(yùn)轉(zhuǎn)的水泵可近似看作額定負(fù)荷下工作。平均每天耗電計算：
　　供水高峰耗電W1＝（2.65kW×0.6＋2.65×2kW）×8＝55.12kWh。
　　由上面的例子可以看出，對于單一的水泵水箱聯(lián)合供水比單一變頻恒壓供水要節(jié)能許多。因此，變頻調(diào)速恒壓供水方式比定速泵-高位水箱聯(lián)合供水方式節(jié)能的說法是不合理的。
　　3.3變頻供水方式的缺點(diǎn)
　　與水泵-水箱聯(lián)合供水相比，除了運(yùn)行費(fèi)用高和不節(jié)能之外，變頻供水還有以下幾個缺點(diǎn)：
　　（1）占用更多的有效建筑面積
　　變頻供水方式中水泵、控制柜本來就要占用一定的建筑面積，而且在中小城市一般不允許生活水泵直接從市政給水管網(wǎng)上吸水，需設(shè)置生活水池供生活水泵吸水，生活水池占用的建筑面積有時是相當(dāng)大的。
　　（2）供水的可靠性差
　　采用變頻供水方式，一旦停電或者生活儲水箱清洗，則依靠變頻供水的高區(qū)用戶將全部停水。而且相對于水泵水箱聯(lián)合供水來說，變頻供水系統(tǒng)的組成比較復(fù)雜，不僅有儲水箱、水泵，還有變頻控制柜，組件多，損壞的幾率也大，尤其目前國產(chǎn)變頻器的質(zhì)量穩(wěn)定性并不高，當(dāng)變頻器失靈時可能使水泵不工作，大大降低了供水的可靠性。
　　（3）給水系統(tǒng)的技術(shù)要求高
　　變頻供水系統(tǒng)較為復(fù)雜，水泵、變頻器的安裝、維護(hù)較麻煩，尤其是國內(nèi)的變頻技術(shù)還不是很成熟，供水壓力的設(shè)定也很復(fù)雜，若壓力設(shè)定太低，用水點(diǎn)的壓力不足，若壓力設(shè)定太高，使給水管網(wǎng)處于超壓狀態(tài)，易造成管道和設(shè)備的損壞，也使用水點(diǎn)的流量增加，壓力設(shè)定太高也浪費(fèi)電能。
　　（4）同樣存在二次污染的風(fēng)險
　　雖然變頻供水系統(tǒng)取消了高位水箱，但是由于設(shè)有地下儲水池，同樣存在二次污染的問題。
　　（5）減少給水配件的使用壽命
　　變頻供水系統(tǒng)普遍采用的是恒壓變量供水，即根據(jù)水泵出水管上的壓力波動來調(diào)節(jié)水泵的流量，水泵出水口的壓力是恒定的，此壓力為用水高峰時流量達(dá)到設(shè)計秒流量時給水系統(tǒng)所需的壓力[25]。
　　（6）設(shè)備和管道的投資費(fèi)用高
　　變頻供水中水泵和管道投資一般大于水泵-水箱聯(lián)合供水系統(tǒng)中水泵和水箱的投資，又變頻泵供水水泵的臺數(shù)一般多于2臺，且要配置價格昂貴的變頻器，其總投資遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于水泵-水箱聯(lián)合供水系統(tǒng)。
　　（7）對環(huán)境的影響
　　變頻供水中水泵運(yùn)行時振動，并容易產(chǎn)生噪音干擾，水泵的振動不僅對工作環(huán)境和人身健康有影響，而且對建筑結(jié)構(gòu)、設(shè)備儀表的正常工作造成危害。
　　3.4水泵-水箱聯(lián)合供水存在問題的對策
　　由以上所討論的內(nèi)容可以得出以下結(jié)論：在現(xiàn)有技術(shù)和條件下，高層建筑中采用變頻供水取代水泵-水箱聯(lián)合供水技術(shù)上是不合理，也是不節(jié)能的。高層建筑中最節(jié)能的給水方式還是傳統(tǒng)的水泵-水箱聯(lián)合供水。當(dāng)然該供水方式也存在一些問題，但現(xiàn)在已經(jīng)有比較成熟的技術(shù)來解決。下面即是存在的問題及可以采取的措施：
　　（1）水箱重量大
　　城市現(xiàn)用的水箱多是鑄鐵或鋼筋混凝土水箱，重量較大，現(xiàn)在廠家已經(jīng)生產(chǎn)出不銹鋼、玻璃鋼水箱、搪瓷鋼板水箱等等，這些水箱重量輕，質(zhì)量好，組裝方便，極大的減輕了屋頂負(fù)荷。
　　（2）供水系統(tǒng)存在二次污染的問題
　　①加強(qiáng)屋頂水箱的管理
　　為了保證屋頂水箱出水水質(zhì)，需要加強(qiáng)屋頂水箱的管理，應(yīng)對屋頂水箱建立專門的檢修機(jī)構(gòu)，對屋頂水箱進(jìn)行定期清洗、消毒、維護(hù)管理，閥門壞了需及時更換，以最大限度地保證用戶安全、健康地用水。
　　②采用新型水箱
　　鑄鐵或鋼筋混凝土水箱由于表面粗糙、密封性能差、不易清洗等，所以容易滋生細(xì)菌.而現(xiàn)在出現(xiàn)的不銹鋼、玻璃鋼等水箱，有排污裝置，不滋生細(xì)菌、青苔，不易生銹，密封性能良好，可確保用水質(zhì)量，且不易產(chǎn)生二次污染。
　　③對屋頂水箱中的水進(jìn)行消毒
　　屋頂水箱出水前可設(shè)置過濾消毒水處理裝置以保證系統(tǒng)供水滿足生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)。目前有加氯消毒系統(tǒng)和紫外C消毒設(shè)備兩種可以選擇[37]。
　　（3）頂層壓力不足
　　頂層壓力不足可以將水箱的位置適當(dāng)抬高，如設(shè)在電梯機(jī)房頂上；并且要正確選擇合適的加壓裝置。
　　（4）高位水箱影響美觀
　　高位水箱放置在頂層有時會影響立面效果，可以與建筑專業(yè)配合選好水箱的位置，必要時可采用裝飾進(jìn)行遮擋；還可以選用球形等新款式的水箱，這樣不僅解決了影響美觀的難題，還為建筑物增添一道風(fēng)景線。
　　4結(jié)論
　　在目前各方面的綜合考慮之下，水泵-水箱聯(lián)合供水方式是高層建筑的最適選擇，但其還是存在一些不易徹底解決的弊端，比如增加土建投資，能耗浪費(fèi)和有水質(zhì)二次污染的風(fēng)險。這無論從工程建設(shè)、運(yùn)行管理、供水的可靠性，技術(shù)含量等方面來考慮，都不是經(jīng)濟(jì)合理的。近年來又一新型的供水設(shè)備出現(xiàn)——無負(fù)壓變頻恒壓供水，該系統(tǒng)與傳統(tǒng)給水設(shè)備的最大區(qū)別是引水方式的不同。無負(fù)壓變頻恒壓供水系統(tǒng)的水泵是直接連接在市政管網(wǎng)上，充分利用市政管網(wǎng)余壓，節(jié)能效果好，不需要建造蓄水池，直接與市政管網(wǎng)連接，沒有水質(zhì)的二次污染。無負(fù)壓變頻恒壓供水有著水泵-水箱聯(lián)合供水和普通變頻恒壓供水不可比擬的優(yōu)勢，有很大的節(jié)能潛力，在人們對水質(zhì)要求越來越高，并且更加注重節(jié)能的社會，是未來高層建筑供水方式的發(fā)展方向。
　　無負(fù)壓變頻恒壓供水是在變頻恒壓供水設(shè)備上發(fā)展起來的，它主要由無負(fù)壓調(diào)節(jié)罐、水泵、氣壓罐、智能控制系統(tǒng)等組成，系統(tǒng)如圖2所示。作為一種新型的供水方式，疊壓供水較傳統(tǒng)的供水方式有它獨(dú)到的特點(diǎn)和優(yōu)勢：水質(zhì)安全、衛(wèi)生；充分利用原有管網(wǎng)的壓力節(jié)能；設(shè)備管理方便、簡單；投資少、運(yùn)行成本低；施工周期短，安裝簡單；占地面積小，檢修方便。
　　
　　圖2無負(fù)壓變頻恒壓供水系統(tǒng)圖
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