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建筑给水设计中的节水节能论文
1 控制倒流防止器的不合理应用
1.1规范要求采用倒流防止器的部位。 “规范”第3.2.5条规定,在给水管上单独接出消防用水管道、城市给水管直接向热水机组等密闭容器注水的注水管上、居住小区从城市给水管引两路进水构成环网的进水管上等7个部位需设管道倒流防止器或其他有效的防止倒流污染的装置。用于管道交叉连接的防
回流污染装置有减压型倒流防止器、非减压型倒流防止器、双止回阀、真空破坏器等。目前用于干管上连续压力水流,既可防虹吸回流又可防背压回流,有效的防止倒流污染装置只有减压型倒流防止器,这也是新的国家《给水系统防回流污染技术规程》(审批中)中强制规定的倒流防止器形成。
1.2 倒流防止器的结构及性能分析
减压型倒流防止器是由两个相互独立的弹簧助闭弹性密封止回阀和中间减压腔内一个独立的水力差动式泄水阀构成两个止回阀组合而成。在正常水流状态下,两个止回阀被正向水压力开启,上游压力为P1,第一个止回阀产生的水头损失使中间泄水腔的压力Pi恒小于P1,其压差?Pi使泄水阀关闭,水流正常流通。泄水阀的关阀压力Pi,一般欧美国家规定不小于2psi(14kPa),此时阀组水头损失约60-90 kPa。在静压状态下,两个止回阀都被弹簧关闭,中间泄水阀被压差?Pi关闭。如果上游压力P1降低,泄水阀将可能开启泄水除一部分水以维持压差Pi>14kPa;一旦上游压力P1降低至14kPa时,泄水阀将开始开启;当P1低于14kPa时,泄水阀将完全开启,将中间腔泄空,形成空气隔断或维持其最大泄流能力,从而防止虹吸倒流。当下游压力P2升高至接近或超过上游压力p1,两个止回筏都被弹簧快速关闭,防止背压倒流,万一下游止回阀密封不严,则倒流水向中间减压腔渗漏使减压腔压力升高,导致?Pi≤14kPa时,泄水阀开启并维持足够的泄流能力,以维持减压区的存在,严格防止倒流发生。
非减压型倒流防止器是由双止回阀及与大气相通的泄水阀组成,没有减压腔,水头损失较小,一般30-50kPa。双止回阀仅有两个止回阀组成,中间无泄水阀,结构简单压损小,一般只有30-40kPa。真空破坏器一般只用于末端的非连续水流。
减压型倒流防止器是目前世界上最高等级的防回流控制设备,能有效防止虹吸回流和背压回流。它的最大确点是其水头损失相当大,达到60-90kPa,即使目前最新研制的一些低压损系列,其水头损失也有40-60kPa,在工程使用中还是偏大的。这是产品安全技术要求的结果,目前还不能克服,在实际应用中由此产生的水头损失会更大。首先,产品样本上注明的水头损失一般是额定流量下的出厂测试值,尽管其水头损失与流量不成比例关系,但从笔者了解的几种产品的水头损失曲线看,其水头损失随流量的增加而有所上升,尤其是超过一定流量后其上升幅度较大。而在工程设计中,小区进水管的管径是按最高日小时流量选用,再叠加一次火灾的消防流量校核管径。故在实际工况中,应该按高空时的设计秒流量以及消防时的流量校核倒流防止器的水头损失值。另外,倒流防止器是一套机械产品,有严格的安装,检测和维护要求,阀体前后均须设隔离阀检修阀,阀前一般还需设管道过滤器,故整套阀组的水头损失会达到100kPa以上。因此减压型倒流防止器是不经济的,只有在必须时使用,不可盲目滥用。
2 对给水系统做合理选择
2.1给水系统的方式
加压给水系统有水汞-水箱联合供水,变频调速供水;系统的竖向分区可采用给水设备分区,也可共用给水设备竖向采用减压阀分区,或结合支管减压阀分区等,供水系统的方法需结合建筑竖向标高、建筑功能、用水量大小等综合考虑。在具体工程设计中,则需要对几种可行的系统分区方案,进行设备管网投资、运行费用、管网复杂程度等作分析比较,得出最优方案。
2.2 供水能耗的理论比较
建筑供水能耗与供水系统方式有很大关系,但运行费用的量化测算比较复杂。一方面,减压阀消耗的水头损失为无效压损,引起水泵机组所作的有用功增加:另一方面,水泵机组的效率也是运行能耗的关键因素。笔者认为在设计阶段,水泵的功率可以用公式N=qH/(3.6x102η)来估算,为进一步简化单位换算(注:仅用于相对比较),水泵的全年运行能耗W可以用全年水泵对用水量所作的有用功与水泵机组平均效率η的比值作粗略的比较,而水泵所作的有用功即为年用水量Q水贡扬程H,故供水机组的年运行能耗公式可简化为W=QH;而减压阀引起的无效能耗,理论上即为全年通过减压阀的流量与所减压力值的乘积。
水汞运行效率可从水贡性能的效率曲线图上查得。一般地建筑给水系统中的水汞都是小流量汞,高校区效率约为50- 78指进口或合资汞。从各系列水汞的效率曲线图可以看出,较大流量汞其效率也较高,水汞工频运行时的高效区域较宽,变频运行时效率有所下降,而且高效区变窄。设计选贡时是依据最高可能流量来确定的,这就意味着它将通常运行在最大流量以下区域,所以一般选变频汞应选择工频时效率曲线的右边,以保证在流量下降时保持较高效。但即便如此,
变频汞在某些时段也会滑出高效区运行,尤其是对某些用水量不大但用水变化系数比较大的建筑。
2.3给水设备分区与减压阀分区的比较
供水竖向分区是采用水汞分区还是减压阀分区,在有些工程中是明显容易选择的,而有些工程却要需要作一番分析比较。
例如,一个住宅小区,有20栋一梯二户的14-16层住宅,底部2层市政直供,2层以上供水设备可以不分区设一组,也可以分区设两组低区3-9层,高区10-16层。对两种方式作以下比较
前者能耗W1=QH/η,后者能耗W2=Q1H1/η1+Q2H2/η2,其中Q,H,η为水泵不分区时的全年供水量(即用水量)、水泵扬程、水泵机组的平均效率,Q1,H1,η1和Q2,H2,η2分别为水泵分区时的高低区全年供水量(即用水量)、水泵扬程、水泵机组的平均效率,Q,H,Q1,H1,Q2,H2均可经计算而得,且H≈H1,Q=Q1+Q2,水泵机组的平均效率可根据水泵效率曲线测算(注:供水机组的流量是按设计秒流量选用)。因小区比较大,供水流量比较大,每组供水设备均由3台水泵并联,运行时水泵多在工频高效区,只有一台水泵是变频运行,根据水泵效率曲线分析,两种分区方式其供水机组的平均效率相差不大,均可维持在50-50%;能耗测算结果,分区比不分区可节约能耗15%,分析其原因,这部分能耗主要是消耗在减压阀上。所以在水泵机组平均效率相差不大的情况下,不可为简化系统而盲目采用减压乏分区。
如果能耗测算结果是不分区供水与分区供水的能耗相差不大,则从简化管网、降低初次投资考虑应优先采用不分区供水。但如果能耗测算结果是不分区供水有所下降,但下降幅度不大,则要针对具体工程的管网布置、管道井、机房设置情况、投资成本和使用成本比较等作具体优化分析,才能得出最佳方案。
3.结束语
综上所述,在建筑节能设计中,给排水专业必须充分考虑无效水头损失所引起的供水系统能量浪费,慎重使用倒流防止器,优化供水系统的分区方式,同时迫切需要研制出低压损的管道防倒流装置,有关规范规程需对不同安全等级的场合使用不同类型的防倒流装置,有关规范规程需对不同安全等级的场合使用不同类型的防倒流装置作出规定,对高层给水系统的竖向分区统计出经验公式,以及在有条件的区域推广使用无负压变频供水技术。
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