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建筑給水設計中的節(jié)水節(jié)能論文
1 控制倒流防止器的不合理應用
1.1規(guī)范要求采用倒流防止器的部位。 “規(guī)范”第3.2.5條規(guī)定,在給水管上單獨接出消防用水管道、城市給水管直接向熱水機組等密閉容器注水的注水管上、居住小區(qū)從城市給水管引兩路進水構成環(huán)網的進水管上等7個部位需設管道倒流防止器或其他有效的防止倒流污染的裝置。用于管道交叉連接的防
回流污染裝置有減壓型倒流防止器、非減壓型倒流防止器、雙止回閥、真空破壞器等。目前用于干管上連續(xù)壓力水流,既可防虹吸回流又可防背壓回流,有效的防止倒流污染裝置只有減壓型倒流防止器,這也是新的國家《給水系統(tǒng)防回流污染技術規(guī)程》(審批中)中強制規(guī)定的倒流防止器形成。
1.2 倒流防止器的結構及性能分析
減壓型倒流防止器是由兩個相互獨立的彈簧助閉彈性密封止回閥和中間減壓腔內一個獨立的水力差動式泄水閥構成兩個止回閥組合而成。在正常水流狀態(tài)下,兩個止回閥被正向水壓力開啟,上游壓力為P1,第一個止回閥產生的水頭損失使中間泄水腔的壓力Pi恒小于P1,其壓差?Pi使泄水閥關閉,水流正常流通。泄水閥的關閥壓力Pi,一般歐美國家規(guī)定不小于2psi(14kPa),此時閥組水頭損失約60-90 kPa。在靜壓狀態(tài)下,兩個止回閥都被彈簧關閉,中間泄水閥被壓差?Pi關閉。如果上游壓力P1降低,泄水閥將可能開啟泄水除一部分水以維持壓差Pi>14kPa;一旦上游壓力P1降低至14kPa時,泄水閥將開始開啟;當P1低于14kPa時,泄水閥將完全開啟,將中間腔泄空,形成空氣隔斷或維持其最大泄流能力,從而防止虹吸倒流。當下游壓力P2升高至接近或超過上游壓力p1,兩個止回筏都被彈簧快速關閉,防止背壓倒流,萬一下游止回閥密封不嚴,則倒流水向中間減壓腔滲漏使減壓腔壓力升高,導致?Pi≤14kPa時,泄水閥開啟并維持足夠的泄流能力,以維持減壓區(qū)的存在,嚴格防止倒流發(fā)生。
非減壓型倒流防止器是由雙止回閥及與大氣相通的泄水閥組成,沒有減壓腔,水頭損失較小,一般30-50kPa。雙止回閥僅有兩個止回閥組成,中間無泄水閥,結構簡單壓損小,一般只有30-40kPa。真空破壞器一般只用于末端的非連續(xù)水流。
減壓型倒流防止器是目前世界上最高等級的防回流控制設備,能有效防止虹吸回流和背壓回流。它的最大確點是其水頭損失相當大,達到60-90kPa,即使目前最新研制的一些低壓損系列,其水頭損失也有40-60kPa,在工程使用中還是偏大的。這是產品安全技術要求的結果,目前還不能克服,在實際應用中由此產生的水頭損失會更大。首先,產品樣本上注明的水頭損失一般是額定流量下的出廠測試值,盡管其水頭損失與流量不成比例關系,但從筆者了解的幾種產品的水頭損失曲線看,其水頭損失隨流量的增加而有所上升,尤其是超過一定流量后其上升幅度較大。而在工程設計中,小區(qū)進水管的管徑是按最高日小時流量選用,再疊加一次火災的消防流量校核管徑。故在實際工況中,應該按高空時的設計秒流量以及消防時的流量校核倒流防止器的水頭損失值。另外,倒流防止器是一套機械產品,有嚴格的安裝,檢測和維護要求,閥體前后均須設隔離閥檢修閥,閥前一般還需設管道過濾器,故整套閥組的水頭損失會達到100kPa以上。因此減壓型倒流防止器是不經濟的,只有在必須時使用,不可盲目濫用。
2 對給水系統(tǒng)做合理選擇
2.1給水系統(tǒng)的方式
加壓給水系統(tǒng)有水汞-水箱聯(lián)合供水,變頻調速供水;系統(tǒng)的豎向分區(qū)可采用給水設備分區(qū),也可共用給水設備豎向采用減壓閥分區(qū),或結合支管減壓閥分區(qū)等,供水系統(tǒng)的方法需結合建筑豎向標高、建筑功能、用水量大小等綜合考慮。在具體工程設計中,則需要對幾種可行的系統(tǒng)分區(qū)方案,進行設備管網投資、運行費用、管網復雜程度等作分析比較,得出最優(yōu)方案。
2.2 供水能耗的理論比較
建筑供水能耗與供水系統(tǒng)方式有很大關系,但運行費用的量化測算比較復雜。一方面,減壓閥消耗的水頭損失為無效壓損,引起水泵機組所作的有用功增加:另一方面,水泵機組的效率也是運行能耗的關鍵因素。筆者認為在設計階段,水泵的功率可以用公式N=qH/(3.6x102η)來估算,為進一步簡化單位換算(注:僅用于相對比較),水泵的全年運行能耗W可以用全年水泵對用水量所作的有用功與水泵機組平均效率η的比值作粗略的比較,而水泵所作的有用功即為年用水量Q水貢揚程H,故供水機組的年運行能耗公式可簡化為W=QH;而減壓閥引起的無效能耗,理論上即為全年通過減壓閥的流量與所減壓力值的乘積。
水汞運行效率可從水貢性能的效率曲線圖上查得。一般地建筑給水系統(tǒng)中的水汞都是小流量汞,高校區(qū)效率約為50- 78指進口或合資汞。從各系列水汞的效率曲線圖可以看出,較大流量汞其效率也較高,水汞工頻運行時的高效區(qū)域較寬,變頻運行時效率有所下降,而且高效區(qū)變窄。設計選貢時是依據(jù)最高可能流量來確定的,這就意味著它將通常運行在最大流量以下區(qū)域,所以一般選變頻汞應選擇工頻時效率曲線的右邊,以保證在流量下降時保持較高效。但即便如此,
變頻汞在某些時段也會滑出高效區(qū)運行,尤其是對某些用水量不大但用水變化系數(shù)比較大的建筑。
2.3給水設備分區(qū)與減壓閥分區(qū)的比較
供水豎向分區(qū)是采用水汞分區(qū)還是減壓閥分區(qū),在有些工程中是明顯容易選擇的,而有些工程卻要需要作一番分析比較。
例如,一個住宅小區(qū),有20棟一梯二戶的14-16層住宅,底部2層市政直供,2層以上供水設備可以不分區(qū)設一組,也可以分區(qū)設兩組低區(qū)3-9層,高區(qū)10-16層。對兩種方式作以下比較
前者能耗W1=QH/η,后者能耗W2=Q1H1/η1+Q2H2/η2,其中Q,H,η為水泵不分區(qū)時的全年供水量(即用水量)、水泵揚程、水泵機組的平均效率,Q1,H1,η1和Q2,H2,η2分別為水泵分區(qū)時的高低區(qū)全年供水量(即用水量)、水泵揚程、水泵機組的平均效率,Q,H,Q1,H1,Q2,H2均可經計算而得,且H≈H1,Q=Q1+Q2,水泵機組的平均效率可根據(jù)水泵效率曲線測算(注:供水機組的流量是按設計秒流量選用)。因小區(qū)比較大,供水流量比較大,每組供水設備均由3臺水泵并聯(lián),運行時水泵多在工頻高效區(qū),只有一臺水泵是變頻運行,根據(jù)水泵效率曲線分析,兩種分區(qū)方式其供水機組的平均效率相差不大,均可維持在50-50%;能耗測算結果,分區(qū)比不分區(qū)可節(jié)約能耗15%,分析其原因,這部分能耗主要是消耗在減壓閥上。所以在水泵機組平均效率相差不大的情況下,不可為簡化系統(tǒng)而盲目采用減壓乏分區(qū)。
如果能耗測算結果是不分區(qū)供水與分區(qū)供水的能耗相差不大,則從簡化管網、降低初次投資考慮應優(yōu)先采用不分區(qū)供水。但如果能耗測算結果是不分區(qū)供水有所下降,但下降幅度不大,則要針對具體工程的管網布置、管道井、機房設置情況、投資成本和使用成本比較等作具體優(yōu)化分析,才能得出最佳方案。
3.結束語
綜上所述,在建筑節(jié)能設計中,給排水專業(yè)必須充分考慮無效水頭損失所引起的供水系統(tǒng)能量浪費,慎重使用倒流防止器,優(yōu)化供水系統(tǒng)的分區(qū)方式,同時迫切需要研制出低壓損的管道防倒流裝置,有關規(guī)范規(guī)程需對不同安全等級的場合使用不同類型的防倒流裝置,有關規(guī)范規(guī)程需對不同安全等級的場合使用不同類型的防倒流裝置作出規(guī)定,對高層給水系統(tǒng)的豎向分區(qū)統(tǒng)計出經驗公式,以及在有條件的區(qū)域推廣使用無負壓變頻供水技術。
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