浅谈建筑给排水系统中的节能技术的应用

　　摘要：建筑给排水面广量大，与我们的生活、工作密不可分。随着城市建设和经济的快速发展，建筑给排水系统需要考虑采用节能措施以达到可持续发展的需求。本文笔者主要通过利用市政管网水压与给水方式等方面，阐述了建筑供水系统的节能技术。
　　关键词：建筑给排水；市政管网水压；给水方式；节能技术
　　1、充分利用市政管网水压
　　在给水系统中的耗能主要是加压过程中水泵消耗的电能，因此建筑给排水的节能首先要考虑的就是充分利用市政管网水压，尽量减少水泵的使用。下面就结合实例探讨如何充分利用市政管网水压：
　　对于普通底层及多层（7层以下），市政管网的压力可以满足生活给水的需求，因此在这些建筑中，普通的生活给水采用直接给水方式，是不需要额外消耗能量的，只需设置在火灾时市政水压满足不了消防需要时的加压泵即可，供水方式较单一。
　　对于小区及学校，特别是高校，市政管网水压不能满足整个区域的用水需求，需要设置加压设施，因此需要考虑采用何种方式，尽力做到节能。高校校园的供水和一般城市供水相比较为特殊，主要是由于校园内生活区一般都较为集中，造成了学生宿舍、食堂的用水十分集中，且用水量较大，而其它建筑物如教室、实验室、教师宿舍等区域的用水量则相对较少。同时，用水的时间性强，一般在早上6∶00～8∶00，中午11∶00～2∶00，下午5∶00～7∶00，晚上9∶00～10∶00四个时间段用水量最大，而其它时间则用水量一般。如果高校给水系统设计不合理，必将造成电能和水资源的浪费。因此校园供水应考虑充分利用市政管网供水，结合水泵供水。以某高校校园供水方式的改造实践为例：该校原供水方式为把市政管网的水源取到蓄水池后，用水泵抽到校园内高位水池，再由高位水池向校园管网供水。随着高校的扩招，学生人数显著增多，造成了经常性的供水不足，特别是学生宿舍和食堂最为明显，影响了学生和教师的正常生活秩序，而且还存在供水成本高、水资源浪费的问题。由于市政供水采用多厂联合供水的方式，并设有多级调节水池和加压泵站，对水压和水量的调节能力较强，且市政供水对供电事故的应急能力较强，机电设备的备用率较高，供水可靠性较高，因此，校园供水应充分利用市政管网所提供的水压，满足校园供水中的大部分需要。针对用水量较大、用水集中、时间性强的学生宿舍和食堂，在用水高峰期会出现供水不足的情况做出改造，改造后的主要供水原理图如下：
　　某高校校园主要供水原理图
　　在改造时设置一条管路直接把城市供水管网和校园供水管网连接起来，并在管路上安装止回阀，只允许水流从城市管网流向校园管网，利用城市管网自身的水压向校园管网供水，这样除用水量较大的时段外完全可以满足校园供水的大部分需要。而且当市政管网压力较高时（如深夜），还可实现高位水池的蓄水任务，减少水泵的供水量，节约能耗。在完成以上管路及水泵操作方式改造后，经过一年多的运行实践效果明显，在满足供水要求的同时，供水可靠性得到了很大提高，水泵电耗降低了56%，供水量减少了23%，获得了良好的经济效益。
　　高层建筑、小区及校园往往需要建蓄水池和高位水箱，达到蓄水、加压调节的作用。蓄水池是从市政管网进水，高位水箱则从蓄水池进水。由于市政管网具有一定的水压，所以在设置蓄水池时应将蓄水池建在高处，利用市政管网的水压，减小水泵的扬程和工作时间，达到节能的目的。对于小区和校园，可利用地形特点，将蓄水池设在高地。对于高层建筑，在低区应从市政管网直接接入，并且将高层建筑中用水量大的部门设在低区，如洗衣房、浴室、餐厅等；在中区或高区应尽量考虑将调节水箱设在较高处，例如设在五层左右的设备层，或安置在旁边的裙房屋面上。另外，某些地区基于用水习惯，市政管网的压力变化受气候和季节的影响很大，可在蓄水池进水管前设置旁通管，在非用水高峰季节直接将水送入高位水箱。例如某大学图书馆大楼的生活给水系统，当用水高峰季节外网水压小于生活水泵扬程时，起用生活水泵，在非用水高峰季节，外网水压足够大时，水泵停止工作，室外市政供水通过设于水表井后的旁通管直接向高位水箱供水。
　　
　　2、合理的给水方式
　　通常的给水方式主要有以下几种：
　　2.1直接给水方式。
　　直接给水方式由室外给水管网直接供水，为最简单、经济的给水方式。适用于室外给水管网的水量、水压在一天内均能满足用水要求的建筑。
　　2.2设水箱的给水方式。
　　设水箱的给水方式适用室外给水管网供水压力周期性不足的建筑。低峰用水时，可利用室外给水管网水压直接供水并向水箱进水，水箱贮备水量。高峰用水时，室外管网水压不足，则由水箱向建筑内给水系统供水。当室外给水管网水压偏高或不稳定时，为保证建筑内给水系统的良好工况或满足稳压供水的要求，也可采用设水箱的给水方式。
　　以上两种供水方式都无需其他能耗，所以在设计中应充分利用。
　　2.3设水泵的给水方式。
　　设水泵的给水方式适用室外给水管网的水压经常不足的建筑。当建筑内用水量大且较均匀时，可用恒速水泵供水；当建筑内用水不均匀时，宜采用—台或多台水泵变速运行供水，以提高水泵的工作效率。为充分利用室外管网压力，节省电能，当水泵与室外管网直接连接时，应设旁通管，当室外管网压力足够大时，可自动开启旁通管的逆止阀直接向建筑内供水。
　　在设水泵的供水方式中目前较为常用的是使用变频泵。变频泵是根据用水量的变化来调节电机的转速，使水泵变量变压或恒压供水，有效达到节能的目的。这种方式通过大量应用证明了其较好的节能效果。经过对设高位水箱、水塔、气压罐等几种供水方式分析比较，决定在该区给水系统设计中采用变频泵。投入运行近三年，用户反映很好，达到了预期的节能目的。
　　2.4设水泵和水箱的给水方式。
　　设水泵和水箱的给水方式宜在室外给水管网压力低于或经常不能满足建筑内给水管网所需的水压，且室内用水不均匀时采用。该方式的优点是水泵能及时向水箱供水，可缩小水箱的容积，又因有水箱的调节作用，水泵出水量稳定，能保持在高效区运行，水箱可贮备一定水量，供水比较安全可靠，设备费及运营费较低。比如对于建筑小区，以居住功能为主，用水以生活用水为主，根据人们的生活习惯，一天内生活用水为白天三个生活用水高峰和夜间的一个洗刷淋浴及生活用水高峰。通过对单纯使用变频水泵的给水方式、单纯使用水泵的给水方式与设置水泵和水箱的联合给水方式进行节能分析，可得：水泵和水箱的联合给水方式的能耗是单纯使用水泵给水方式的1/4，是单纯使用变频水泵的给水方式的能耗的1/2。因此，针对建筑小区的用水特性，最适合的给水方式是水泵和水箱的联合给水方式，变频泵不是最节能的给水方式，但在一定条件下仍是一种可行的节能方式。
　　2.5气压给水方式。
　　气压给水方式是在给水系统中设置气压罐，利用气压罐内气体的可压缩性，升压供水。气压罐的作用相当于高位水箱，但其位置可根据需要设置在高处或低处。该给水方式宜在室外给水管网压力低于或经常不能满足建筑内给水管网所需水压，室内用水不均匀，且不宜设置高位水箱时采用。但气压罐压力不稳，调节容积较小，水泵启动次数频繁，工作效率较低，供水可靠性较差，建议仅作为使用水泵供水时的辅助供水方式。
　　2.6分区给水方式。
　　在高层建筑中，当室外给水管网的压力只能满足建筑低层供水要求时，可采用分区给水方式，室外给水管网水压线以下楼层为低区，由外网直接供水，以上楼层为高区，由升压蓄水设备供水，同时考虑合理的分区，分区常有串联式、减压式、并列式这几种。
　　串联式各区分设水箱和水泵，低区的水箱兼作上区的水池。其优点是：无需设置高压水泵和高压管线；水泵可保持在高效区工作，能耗较少；管道布置简洁，较省管材。缺点是：供水不够安全，下区设备故障将直接影响上层供水；各区水箱、水泵分散设置，维修、管理不便，且要占用一定的建筑面积；水箱容积较大，将增加结构的负荷和造价。
　　减压式，建筑用水由设在底层的水泵一次提升至屋顶水箱，再通过各区减压装置如减压水箱、减压阀等依次向下供水。其优点是：水泵数量少，占地少，且集中设置便于维修、管理；管线布置简单，投资省。缺点是：各区用水均需提升至屋顶水箱，不但水箱容积大，也增加了电耗；供水不够安全，水泵或屋顶水箱进水管、出水管的局部故障都将影响各区供水。
　　并列式，各区升压设备集中设在底层或地下设备层，分别向各区供水。由水泵、水箱；变频调速水泵、气压给水设备升压供水，进行并列供水。其优点是：各区供水自成系统，互不影响，供水较安全可靠；各区升压设备集中设置，便于维修、管理。水泵、水箱并列供水系统中，各区水箱容积小，占地少。气压给水设备、变频调速泵并列供水系统中，无需水箱，节省了占地面积。并列式分区的缺点是：上区供水泵扬程较大，总压水线长；由气压给水设备升压供水时，调节容积小，耗电量较大，分区多时，高区气压罐承受压力大，使用钢材较多，费用高；由变频调速泵升压供水时，设备费用较高，维修较复杂。
　　通过水力计算可知，从节能角度考虑，应尽量采用分区并联给水方式或分区串联给水方式为好，但从供水可靠性的角度来讲，应该采用分区并联的给水方式。目前，较为广泛应用的是变频调速泵并列供水方式，这种供水方式在高层建筑的应用中达到了很好的节能效果。
　　以上几种供水方式各有优缺点，在实际应用中，应考虑建筑的实际情况选用，充分发挥各自优点，达到节能目的。
　　3、结束语
　　综上所述，对于建筑中的消防系统，出于安全的保障，规范要求消防供水与生活供水系统分开，独立设置，但某些情况下，生活用水与消防用水水压差别不大，比如小高层建筑、建筑楼群，随着现有技术的改进，也可以考虑生活消防合用变频供水设备。

《浅谈建筑给排水系统中的节能技术的应用》

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