住宅小区生活给水系统节能方案优选.pdf

第 3 O卷 第 1 期 2 0 0 8年 2月 重 庆 建 筑 大 学 学 报 J o u r n a l o f Ch o n g q i n g J i a n z h u Un i v e r s i t y Vo 1 ． 3 O NO ． 1 Fe b ． 2 0 0 8 住宅小区生活给水 系统节能方案优选 张 ( 1 ． 重庆大学 城市建设与环境工程学 院， 重庆 勤 ， 宁海燕 4 0 0 0 3 0 ； 2 ． 西华 大学 能源 与环境工程学 院， 四川成都6 1 0 0 3 9 ) 摘 要 ： 介 绍 了某高层住宅 小区生活给水 系统 的节能 方案 ， 通 过分析 比较 各备 选 方案 的能耗 情 况， 得 出 了屋 顶 水 箱给 水 和 变频 泵给 水 的 节 能 效 果 ， 论 证 了屋 顶 水 箱 给 水 和 变 频 泵 给 水 相 结 合 的 给 水 方 式 是 较 好 的 节 能方式 ， 同时进 一步 比较 了各 方案 寿命 期 内的投 资和运行 总费用 ， 得 出了最优 的给水方式 。 关 键词 ： 高层住 宅 ； 给 水 方式 ； 能耗 ； 变频调速 中图分类号： TU一 8 2 1 文献标志码： A 文章编号 ： 1 0 0 6 — 7 3 2 9 ( 2 0 0 8 ) 0 1 — 0 0 8 8 — 0 4 Th e En e r g y S a v i n g a Re s i d e nt i a l De s i g n o f Do m e s t i c W a t e r S u p pl y f o r Qu a r t e r o f Hi g h — r i s e B u i l d i n g s ZHANG Qi n ．NI NG Ha l — y a n 。 ( 1 ． Co l l e g e o f Ur b a n C o n s t r u c t i o n a n d En v i r o n me n t a l En g i n e e r i n g，Ch o n g q i n g U n i v e r s i t y， C h o n g q i n g 4 0 0 0 3 0， Ch i n a ； 2 ． Co l l e g e o f Ene r gy a n d En vi r on me nt ， Xi hua Un i v e r s i t y， Ch en g du 6 1 00 39， Chi n a ) Ab s t r a c t ： The s c h e me s of do me s t i c wa t e r s u pp l y f o r a r e s i d e n t i a l q u a r t e r o f hi g h — r i s e bu i l di n g a r e i nt r o d uc e d ． The e ne r gy c o ns ump t i o n s o f wa t e r s u ppl y s c h e me s s e l e c t e d a r e c omp a r e d a nd a n a l y z e d． Th e e n e r g y s a v i n g o f t h e wa t e r s u p pl y s c h e me s wi t h wa t e r t a nk a n d v a r i a b l e ve l oc i t y v a r i a bl e f r e qu e n c y p ump a r e o bt a i ne d． An d de mon s t r a t e d t he do me s t i c wa t e r s up pl y s y s t e m of c o m b i n a t i o n t he r o of wa t e r t a nk a n d v a r i a bl e v e l o c i t y v a r i a b l e f r e q ue n c y p ump i s go o d a t e ne r gy s a vi ng ．Fu r t h e r mo r e， by t he c omp a r i s on of t h e i n ve s t m e nt a nd c o s t o f t h e s e s c he m e s i n t h e i r l i v e s，t h e b e s t c ho i c e o f d ome s t i c wa t e r s u pp l y s y s t e m i s g a i ne d ． Ke y wo r d s：h i gh — r i s e bu i l d i n g； wa t e r s u p p l y s c h e me ； e n e r gy c o n s u mp t i o n； VVVF ( v a r i a b l e v e l o c i t y v a r i a bl e f r e q u e nc y ) 随着高层住宅小区的大量兴建， 由于城市供水压力 的限制， 住宅内用水量又很不均匀， 如何选择合理的供 水方式来保证建筑小区的水压和水量， 确保供水的安全 稳定， 同时又能达到节能的效果， 是一个值得探讨的问 题。高层建筑供水设计 中， 普遍采用两种供水方式 ： 水 泵+高位水箱和变频泵并联供水方式， 这两种方式有 各 自的优缺点， 而大多数人通常认 为变频泵并联供水 是最节能的方式， 这种观点在实际工程 中是不合理 的。 1 工 程概 况 某高层住宅小区， 小区内共有 9幢高层住宅， 其 中 1 ～4号楼 、 6号楼 为 2 8层 ， 8 、 9号楼 为 2 9层 ， 7 号 、 1 O 号 楼 口约 为标 幢 建 3 4 层 ， 层高均为 3 m。共有住户 2 0 0 0户， 居住人 7 0 0 0人 ， 地下 一 层 为大 型 停 车 场 ， 地上 一 层 以上 准层 。 筑高 9 住宅小区总建筑 面积 2 O ． 4万 m。 ， 最高一 8 ． 6 m( 小 于 1 0 0 m) 。 2 生活给水方案设计 该住宅小区的日用水量约 1 8 0 0 m。 ， 市政给水压 力 基本上 与 小 区地 面 相平 。为 保 证 室 内外 给水 用 量 、 水压， 生活水池储存小区全部 的用水量 ] 。同时该小 区不能在各分区上部或各栋建筑底层设设备用房， 因而 只能在小区内设一个水泵房集中给水 。以离水泵房最 远、 最高的一幢 9 8 ． 6 m的住宅为最不利给水控制点， 将 给水系统分为高、 中、 低三个区。分区方案如表 1 所示 。 * 收稿 E t 期： 2 0 0 7 0 7 2 0 作者简介； 张勤 ( 1 9 5 7 一 ) ， 男 ， 重庆长寿人 ， 教授 ， 主要从事建筑给水排水工 程、 水工程经济等研究， ( E - ma i l ) c q — z h a n g q i n @1 6 3 ． c o r r l 。 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 l 期 张 勤， 等： 住宅小区生活给水系统节能方案优选 8 9 表 1生 活 给 水分 区方 案 小区内设集 中加压水泵房 ， 比选时作 了以下 4种 方案 ： ①各楼屋顶设置 2 0 m。 水箱( 9个) ， 采用恒速水泵 将 全部生 活用水 供 至 室 外 高 压 给水 管 网 ， 再 分 别 供 至 各栋楼屋顶水箱 ， 中、 低区设减压阀供水 。 ②各楼屋顶设置 1 5 m 水箱( 9个) ， 采用恒速水泵 经室外高压给水管 网， 将生活用水 供至各栋楼屋顶水 箱 ， 高 区直 接供 水 ， 中 区设 减 压 阀供 水 ； 低 区 由变 频 泵 经室外低压管网直接供给 。 ③各楼屋顶设置 8 m。 水箱 ( 9个) ， 采用恒速水泵 经 室外高 压 给水 管 网 ， 将生 活 用 水 供 至各 栋 楼 屋顶 水 箱 ， 由屋顶水箱供高 区； 变频泵经室外中、 低压管网直 接供给中、 低区用户。 ④ 变频水 泵将 生 活用水 分别送 至室 外高 、 中 、 低压 给水管网， 再分别供给各栋楼各个分区用户。 各方案的设备选 择和价格按照 以下原则 ： ( 1 ) 水 泵 ： 高位 水箱供 水 时 ， 按 照 “ 最 大 小 时 流量 ” 选 配 ， 变频 泵供水时按“ 设计秒流量” 选配 ， 并采用相 同生产厂家 的同期报 价 ； ( 2 ) 减 压 阀组 为 2组 并联 ( 国 内产 品 ) ； ( 3 ) 屋 顶水 箱均 为玻璃 钢装 配式 水箱 ； 3 各方案的能耗和投资比较 各方案的设计参数 、 水泵 电耗量 比较如表 2 。各 给水方案的主要材料及设备费用 比较如表 3 。 表 2 各方案的设计参数 、 水泵选 型及耗电量比较 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 9 0 重 庆 建 筑 大 学 学 报 第 3 0卷 DL80— 20 6 3 0 2 28 0 00 42 0 00 DI 65— 1 6 7 1 8 ．5 1 1 2 0 00 ～ 禹 区 DL5 0 — 1 5 8 ( 两用一备配 5 m。的气压罐) 一 D L8O一 2O 5 3 O 2 25 0 00 42 0 00 DI 65一 ] 6 6 ] 5 】 1 1 5 00 ～ ④ 中区 DL 5 0 — 15 6 ( 两用一备配 5 m。的气压罐) 一 DL80— 20 3 1 5 2 2 0 0 00 2 4 0 00 DI 65一 】 6 3 7 ．5 1 8 5 00 ～ 低区 D L 5 0 — 1 5 4 ( 两用一备配 5 m。的气压罐) 一 48 45 1． 2 29 3 8 7 7 71 8 9 4 6 注 ： 表 中室 内管 材选 用 p p -- R管 ， 室 外 管材 选 用 P E管 。 4 各方案的能耗和投资分析 从表 2的比较可 以看出， 各方案 日耗电量大小依 次为： ①>②>④>③ 。方案①采用屋顶水箱+减压 阀分区给水方式， 由于水泵流量和扬程不变 ， 始终工作 在高效 区 ， 电耗较 小 ， 但 中 、 低 区采用 了减压 阀 ， 能量 浪 费 ， 因此能 耗较大 l 3 ； 方案②采用 了变频 泵“ 恒压 变量” l 4 分区给水方 式。“ 恒压变量” 给水系统是将压力传感器设在水泵机 组出水口上 ， 使水泵出水 口压力值( 一般设定为最不利 工况时水泵出水 口所需压力) 保持恒定。本例采用 了 变频泵( 大泵) 与恒速泵( 小泵) 并联运行 的方案 j 。当 管 网流 量减 小时 ， 变频 泵通过 减速运 行 ， 保 持扬 程 不变 而减 小 出 水 量 。 根 据 水 泵 比例 律 ： Q 1 一 ， 百 H 1 一 f n_ j _l 1 ， —N 1 一f nl 1 ， 在低 负 荷的 情况 下， 变频 泵变 速运 ＼ ， 』 ＼ ， 行 ， 水泵相应做低负荷运行， 水泵的轴功率减少 。由于 水泵出口压力不变 ， 恒速泵保持在高效区工作 ， 从而达 到节能的 目的。但是， 在较小流量工况时 ， 变频泵和恒 速泵运 行滑 出高效 区 ， 效 率较低 ， 不 仅达 不到节 能 的 目 的， 而且折损水泵寿命。 方案②③④都采用了变频方案 ， 但各方案中采用 变频给水的分 区不同， 分区高度越低， 节约能越 明显。 因此， 方案②虽然只在低区采用 了变频方案， 但相对方 案①节 电率达 到了 1 5 9 ／ 6 ， 节能较明显； 尤其方案③ 的 中、 低区均采用变频方案 ， 只在高 区采用屋顶水 箱给 水， 没有使用减压阀造成能量浪费， 因此能耗最小， 节 电率达到了 2 5 。 从投资角度看， 表 3中各方案的投 资从大到小的 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1 期 张 勤， 等： 住宅小区生活给水 系统节能方案优选 9 1 顺序是 ： ④>③>①>②。投资最高的是方案④， 变频 较小 。 泵供水方案 。原 因在于变频器 的投资较大， 且室外要 ， 敷设高、 中、 低压 三套管 网， 管材投资费用也较高。方 一 案③ ， 由于只在中、 低区采用变频泵给水， 费用相对低一 由于泵站正常运行的耗能较 大， 因此平均使用寿 些。但室外也要设置三套管网， 所以总费用较高。方案 命一般 比较短 。对于一般泵站 ， 如仅考虑其枢纽部分 ①中由于每栋楼顶均设 置屋顶水箱， 数量较多， 水箱投 的投资， 机电设备的平均使用 寿命约为 1 5年 ， 塑料管 资增加。同时不能忽视减压阀的费用。但此方案室外 材的平均使用寿命在 5 0年以上 ， 混凝土建筑物的平均 只需设置一套管网， 管材投资节省较大， 故总费用较低。 使用 寿命在 5 0年 以上。因此 ， 考虑管材使 用寿命 为 方案②中也采用 了屋顶水箱给水 ， 但屋顶水箱价 4 5年， 为保证正常情况运行 ， 需要更新 2次机 电设备 。 格 比变频器价格便宜， 且只在低区采用 了变频泵方案 ， 考虑物价不变 的条件下， 若 电费按照 0 ． 5元／ k wh计 低功率变频器相对便宜 。此外， 室外敷设 高、 低压两套 算 ， 各方案静 态投资 和静态 运行 费用 总 和的 比较 见 管网， 管材费用也较低。因此 ， 整个给水 系统投资 比 表 4 。 表 4 各方案投资和运行费用静态比较 方 案 总 投 资 ／ 元 运 行 费 ／ ( 元 年 ) 1 5年 后 的 总 费 用 ／ 元 3 O年 后 的 总 费 用 ／ 元 4 5年 后 的总 费 用／ 元 ① 7 3 8 0 3 0 ． O 0 ② 6 6 6 3 4 9 ． 6 0 ③ 7 1 5 1 6 8 ． 2 0 ④ 7 1 8 9 4 6 ． 2 0 20 0 7 50 ． OO 1 7 O O 69 ．8 2 1 5 O 2 87 ． 82 1 6 6 7 69 ．8 8 3 7 92 78 O． O O 3 3 2O 49 6 ．87 3 1 5 8 48 5． 45 3 4 8O 39 4 、41 6 8 47 53 O． O O 5 9 74 6 44． 1 5 5 6 O1 8 02． 69 6 2 41 8 42． 6 3 9 8 58 7 80 ．0 0 8 5 25 69 1 ．4 2 7 8 56 11 9 ．9 4 8 7 43 39 O ．8 4 由表 4可知 ， 泵站运行 4 5年 以后 ， 方案③的总费 用为 7 8 5 ． 6万 多元是 最经济的方 案。因此是最佳方 案 。综 上所 述 ， 可 以得 出 以下结 论 ： 1 ) 该住宅小区最优 的给水方案为高区采用屋顶水 箱给水， 中、 低区采用变频泵给水方式 。该方案是不仅 是最节能给水 方案 ， 而且是总费用最低 的给水方案 。 高位水箱给水方式虽然一次总投资相对降低 ， 但 是运 行费用较高， 多年以后的总费用最高， 因此在高层住宅 小区给水系统中不可取 。 2 ) ) 高层 住 宅小 区生 活 给水 设 计 应 根 据 小 区 的用 水特点， 合理选择分区给水方式 。将高位水箱供水 方 式和变频泵供水方式相结 合是较好 的节能供水方式 。 高区采用高位水箱供水 ， 较低分区采用变频泵给水 ， 可 以获得较好的节能效果 ； 同时需要在方案选择时 ， 综合 考虑各方案的运行费用和投资进行技术经济 比较 ， 选 择总费用最小的方案作为最优方案 。 参考文献 ： [ 1 ]王增长． 建筑给水排水 工程 ( 第五 版) [ M] ． 北京 ： 中国建筑 工业 出版社 ， 2 0 0 5 ． [ 2 ]戎左俊． 高层建 筑供水模 式 的选 择 与系统能耗 分析 [ J ] ． 节 能 ， 2 0 0 1 ， 8 ： 2 5 — 2 7 ． RONG Zu o — j u n ， Th e C h o i c e o f W a t e r S u p p l y S y s t e m a n d T h e An a l y s i s e o f E n e r g y C o n s u mp t i o n[ J ] ．J o u r n a l o f En e r g y Co n s e r v a t i o n，2 0 0 1 ( 8 ) ： 2 5 — 2 7 ． E 3 ]叶翠莲、 建 筑 给 水 系 统 的 节 能 问题 探 讨 [ J ] ． 给水 排 水 ， 2 0 0 5 ， 3 1 ( 1 2 ) ： 1 0 6 — 1 0 9 ． YE Ch u i — l i a n ， Th e d i s c u s s i o n o f En e r g y Co n s e r v a t i o n o f wa t e r s u p p l y f o r b u i l d i n g[ J ] ． J o u r n a l o f Wa t e r a n d W a s t e wa t e r e n g i n e e r i n g ， 2 0 0 5， 3 1 ( 1 2 )： 1 0 6 — 1 0 9 ． [ 4 ]黄海 峰． 变频调速给 水系统 的几点节 能措施[ J ] ． 中 国给水 排 水 ， 2 0 0 1， 1 7 ( 1 0 ) ： 3 9 — 4 0 ． HUANG Ha i— f e n g， S e v e r a l me t h o d s f o r En e r g y Co ms u mp t i o n o f W a t e r S u p p l y By Va r i a b l e Ve l o c i t y Va r i a b l e F r e q u e n c y P u mp E J ] ．J o u r n a l o f C h i n a Wa t e r a n d W a s t e wa t e r ，2 0 0 1 ， 1 7 ( 1 0 ) ： 3 9 — 4 0 ． [ 5 ]王圃， 江志贤 ， 石 长恩． 城市供 水系统 的节能与优 化[ J ] ． 重 庆建 筑大学学 报 ， 2 0 0 2 ， 2 4 ( 4 ) ： 5 3 ． W ANG P u， J I ANG Z h i — x i a n， SHI Ch a n g — e n ， En e r g y S a v i n g a n d Op t i m i z a t i o n o f t h e M u n i c i p a l W a t e r - s u p p l y S y s t e ms [ J ] ．J o u r n a l o f C h o n g q i n g J i a n z h u Un i v e r s i t y ， 2 0 0 2 ， 2 4 ( 4 ) ： 5 3 ． E 6 ]姜乃昌． 水泵及水 泵站 ( 第 四版) [ M] ． 北京 ： 中 国建筑 工业 出 版 社 ，1 9 9 8 ． ( 编辑王 秀玲 ) 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m