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建筑給水設(shè)計(jì)中的節(jié)水節(jié)能論文
1 控制倒流防止器的不合理應(yīng)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(dú)接出消防用水管道、城市給水管直接向熱水機(jī)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(jìn)水構(gòu)成環(huán)網(wǎng)的進(jìn)水管上等7個(gè)部位需設(shè)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(shù)規(guī)程》(審批中)中強(qiáng)制規(guī)定的倒流防止器形成。
1.2 倒流防止器的結(jié)構(gòu)及性能分析
減壓型倒流防止器是由兩個(gè)相互獨(dú)立的彈簧助閉彈性密封止回閥和中間減壓腔內(nèi)一個(gè)獨(dú)立的水力差動(dòng)式泄水閥構(gòu)成兩個(gè)止回閥組合而成。在正常水流狀態(tài)下,兩個(gè)止回閥被正向水壓力開啟,上游壓力為P1,第一個(gè)止回閥產(chǎn)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(guān)閉,水流正常流通。泄水閥的關(guān)閥壓力Pi,一般歐美國家規(guī)定不小于2psi(14kPa),此時(shí)閥組水頭損失約60-90 kPa。在靜壓狀態(tài)下,兩個(gè)止回閥都被彈簧關(guān)閉,中間泄水閥被壓差?Pi關(guān)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(shí),泄水閥將開始開啟;當(dāng)P1低于14kPa時(shí),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(dāng)下游壓力P2升高至接近或超過上游壓力p1,兩個(gè)止回筏都被彈簧快速關(guān)閉,防止背壓倒流,萬一下游止回閥密封不嚴(yán),則倒流水向中間減壓腔滲漏使減壓腔壓力升高,導(dǎo)致?Pi≤14kPa時(shí),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(yán)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(gè)止回閥組成,中間無泄水閥,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(jí)的防回流控制設(shè)備,能有效防止虹吸回流和背壓回流。它的最大確點(diǎn)是其水頭損失相當(dāng)大,達(dá)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(chǎn)品安全技術(shù)要求的結(jié)果,目前還不能克服,在實(shí)際應(yīng)用中由此產(chǎn)生的水頭損失會(huì)更大。首先,產(chǎn)品樣本上注明的水頭損失一般是額定流量下的出廠測(cè)試值,盡管其水頭損失與流量不成比例關(guān)系,但從筆者了解的幾種產(chǎn)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(shè)計(jì)中,小區(qū)進(jìn)水管的管徑是按最高日小時(shí)流量選用,再疊加一次火災(zāi)的消防流量校核管徑。故在實(shí)際工況中,應(yīng)該按高空時(shí)的設(shè)計(jì)秒流量以及消防時(shí)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(jī)械產(chǎn)品,有嚴(yán)格的安裝,檢測(cè)和維護(hù)要求,閥體前后均須設(shè)隔離閥檢修閥,閥前一般還需設(shè)管道過濾器,故整套閥組的水頭損失會(huì)達(dá)到100kPa以上。因此減壓型倒流防止器是不經(jīng)濟(jì)的,只有在必須時(shí)使用,不可盲目濫用。
2 對(duì)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(diào)速供水;系統(tǒng)的豎向分區(qū)可采用給水設(shè)備分區(qū),也可共用給水設(shè)備豎向采用減壓閥分區(qū),或結(jié)合支管減壓閥分區(qū)等,供水系統(tǒng)的方法需結(jié)合建筑豎向標(biāo)高、建筑功能、用水量大小等綜合考慮。在具體工程設(shè)計(jì)中,則需要對(duì)幾種可行的系統(tǒng)分區(qū)方案,進(jìn)行設(shè)備管網(wǎng)投資、運(yùn)行費(fèi)用、管網(wǎng)復(fù)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(guān)系,但運(yùn)行費(fèi)用的量化測(cè)算比較復(fù)雜。一方面,減壓閥消耗的水頭損失為無效壓損,引起水泵機(jī)組所作的有用功增加:另一方面,水泵機(jī)組的效率也是運(yùn)行能耗的關(guān)鍵因素。筆者認(rèn)為在設(shè)計(jì)階段,水泵的功率可以用公式N=qH/(3.6x102η)來估算,為進(jìn)一步簡(jiǎn)化單位換算(注:僅用于相對(duì)比較),水泵的全年運(yùn)行能耗W可以用全年水泵對(duì)用水量所作的有用功與水泵機(jī)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(yáng)程H,故供水機(jī)組的年運(yùn)行能耗公式可簡(jiǎn)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(yùn)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(jìn)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(yùn)行時(shí)的高效區(qū)域較寬,變頻運(yùn)行時(shí)效率有所下降,而且高效區(qū)變窄。設(shè)計(jì)選貢時(shí)是依據(jù)最高可能流量來確定的,這就意味著它將通常運(yùn)行在最大流量以下區(qū)域,所以一般選變頻汞應(yīng)選擇工頻時(shí)效率曲線的右邊,以保證在流量下降時(shí)保持較高效。但即便如此,
變頻汞在某些時(shí)段也會(huì)滑出高效區(qū)運(yùn)行,尤其是對(duì)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(shè)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(gè)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(shè)備可以不分區(qū)設(shè)一組,也可以分區(qū)設(shè)兩組低區(qū)3-9層,高區(qū)10-16層。對(duì)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(shí)的全年供水量(即用水量)、水泵揚(yáng)程、水泵機(jī)組的平均效率,Q1,H1,η1和Q2,H2,η2分別為水泵分區(qū)時(shí)的高低區(qū)全年供水量(即用水量)、水泵揚(yáng)程、水泵機(jī)組的平均效率,Q,H,Q1,H1,Q2,H2均可經(jīng)計(jì)算而得,且H≈H1,Q=Q1+Q2,水泵機(jī)組的平均效率可根據(jù)水泵效率曲線測(cè)算(注:供水機(jī)組的流量是按設(shè)計(jì)秒流量選用)。因小區(qū)比較大,供水流量比較大,每組供水設(shè)備均由3臺(tái)水泵并聯(lián),運(yùn)行時(shí)水泵多在工頻高效區(qū),只有一臺(tái)水泵是變頻運(yùn)行,根據(jù)水泵效率曲線分析,兩種分區(qū)方式其供水機(jī)組的平均效率相差不大,均可維持在50-50%;能耗測(cè)算結(jié)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(jī)組平均效率相差不大的情況下,不可為簡(jiǎn)化系統(tǒng)而盲目采用減壓乏分區(qū)。
如果能耗測(cè)算結(jié)果是不分區(qū)供水與分區(qū)供水的能耗相差不大,則從簡(jiǎn)化管網(wǎng)、降低初次投資考慮應(yīng)優(yōu)先采用不分區(qū)供水。但如果能耗測(cè)算結(jié)果是不分區(qū)供水有所下降,但下降幅度不大,則要針對(duì)具體工程的管網(wǎng)布置、管道井、機(jī)房設(shè)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(jié)束語
綜上所述,在建筑節(jié)能設(shè)計(jì)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(fèi),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(shí)迫切需要研制出低壓損的管道防倒流裝置,有關(guān)規(guī)范規(guī)程需對(duì)不同安全等級(jí)的場(chǎng)合使用不同類型的防倒流裝置,有關(guān)規(guī)范規(guī)程需對(duì)不同安全等級(jí)的場(chǎng)合使用不同類型的防倒流裝置作出規(guī)定,對(duì)高層給水系統(tǒng)的豎向分區(qū)統(tǒng)計(jì)出經(jīng)驗(yàn)公式,以及在有條件的區(qū)域推廣使用無負(fù)壓變頻供水技術(shù)。
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