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摘要:結(jié)合高層建筑給水系統(tǒng)設計思路，圍繞建筑給水變頻節(jié)能原理，提出有效減少剩余水頭的各種舉措，合理化分析高層建筑中給水系統(tǒng)的能耗構(gòu)成，通過給水系統(tǒng)設計過程中相關(guān)參數(shù)的確認原則，最終得出使用并聯(lián)水泵變頻給水方式進行高層建筑供水系統(tǒng)的設計效果更好的結(jié)論。

關(guān)鍵詞:變頻給水，節(jié)能原理，高層建筑

引言

建筑給水系統(tǒng)的節(jié)能設計作為目前國家衡量高層建筑工程設計質(zhì)量的關(guān)鍵指標，其在設計的過程中，進行分區(qū)節(jié)能設計，能夠取得良好的設計節(jié)能效果，且能有效減少設計周期。此外，在實際的設計過程中，合理化的進行給水系統(tǒng)的能量利用率的設計，同時根據(jù)給水系統(tǒng)設計周期，通過合理設計來減少無效耗能，減緩高層建筑設計過程中資源緊缺現(xiàn)象，不斷提升人們的環(huán)保意識。

1高層建筑給水系統(tǒng)設計特點分析

從我國城市市政用水供水總量可看出，居民住宅的生活用水占據(jù)城市總用水量的很大比例，且居民用水差額主要與市政管網(wǎng)設計、建筑內(nèi)部的管網(wǎng)設計及用水設備的采購等方面因素有關(guān)，相比普通的建筑形式而言，高層建筑給水系統(tǒng)設計過程中存在如下特點。高層建筑的給水管線較長，且給水系統(tǒng)的壓力較大，為有效的將水輸送到更高的樓層，需要確保供水系統(tǒng)中水壓的穩(wěn)定性，同時應結(jié)合給水能力，確保給水系統(tǒng)管線中的水封不會遭到破壞。此外在供水管道上，應采用機械強度較高的管道材料，確保供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性。由于輸水管道較長，且水壓較大，因此如何有效的控制和減少供水管道系統(tǒng)中的輸水噪聲，成為當前研究的重要內(nèi)容;由于高層建筑中用水需求用戶多，在實際應用及操作過程中，如果排水系統(tǒng)發(fā)生堵塞，那么會使整個系統(tǒng)癱瘓，給用戶造成用水不便。此外在進行相應的供水系統(tǒng)設計過程中，應采用相應的豎向分區(qū)設計，以有效的減弱靜水壓力。

2高層建筑給水系統(tǒng)能耗分析

2．1能耗構(gòu)成

首先是各樓層在最不利狀態(tài)下配水點所能達到的正常出流必須的最低能耗(N1)，整個過程中主要的影響因素為:各個樓層配水支管的位置高差Zi及最不利配水點的流出水頭H0;還有各樓層流量克服沿線和局部的阻力損失所消耗的能量(N2)，其主要與沿線和局部的水頭損失之和∑hi有關(guān)，同時結(jié)合流體力學理論及能量平衡關(guān)系，計算出∑hi的值。此外，各樓層中的流量剩余水壓所消耗的能量值(N3)，主要與配水點的剩余水頭ΔHi有關(guān)。

2．2高層建筑給水系統(tǒng)能耗分析

有關(guān)高層建筑給水系統(tǒng)中的能耗值N1，N2，N3的含義及其影響因素等如表1所示。從表1可以看出，由于N3所反映的節(jié)能能耗的關(guān)聯(lián)性較大，因此其耗能的空間及應用程度較大，因此在超出的配水點正常的出流過程及剩余水壓的節(jié)能效果是多余的，在與流體力學的水壓和水量的分析中，可以看出剩余水壓能夠有效的結(jié)合供水流量的關(guān)系，使得剩余水量以噴濺的形式出流，這樣不僅造成了水量的浪費，同時給供水系統(tǒng)的檢修帶來了較大的困難，由于不能正常的進行出水分配，會造成配水點非正常性的出流或者不能出流。因此在整個的供水系統(tǒng)中有效的減小剩余水頭，是實現(xiàn)節(jié)約水量、節(jié)能降耗等的有效途徑。

3高層建筑給水系統(tǒng)節(jié)能措施分析

3．1分區(qū)給水

從圖1高層建筑分區(qū)給水系統(tǒng)的能耗構(gòu)成上進行分析，剩余水頭所占的能耗比例是最大的，而剩余水頭的大小主要是由對應的需求供水的高度及相應的水頭損失決定的，且在整個的應用過程中，應結(jié)合實際的最高樓層的層數(shù)和高度，進行高度差的計算，如果高度差減小，那么相應的分區(qū)給水的壓力也會逐漸的減小。因此在實現(xiàn)相應剩余水壓的過程中，能夠達到節(jié)省給水能耗的目的。如圖1所示，對于低于5層樓的剩余水頭均減少的情況下，應充分的結(jié)合現(xiàn)有的低于5層的分區(qū)給水總揚程進行相應分析，給水總揚程為H'。

3．2選取合適的分區(qū)方式

主要的分區(qū)方式可以分為并聯(lián)、串聯(lián)和減壓分區(qū)，不同的分區(qū)方式其供水效率及供水需求是不同的，使用不同的分區(qū)方式產(chǎn)生的能耗也是不同的，為了盡可能的減小給水分壓產(chǎn)生的剩余水頭，本文對并聯(lián)、串聯(lián)和減壓分區(qū)這三種給水方式進行分析如下。

3．2．1并聯(lián)分區(qū)給水方式并聯(lián)分區(qū)給水方式主要分為水泵并聯(lián)和高位水箱并聯(lián)給水，水泵并聯(lián)主要是對水泵的位置設置進行設計，需要設置在相應建筑的底部，在實際的工程應用中，常常用到的是變頻泵并聯(lián)給水系統(tǒng)，且在實際應用過程中，需要進行底部水泵位置的設計;此外，高位水箱的設計主要以各分區(qū)上部結(jié)構(gòu)應用為主，對使用面積和相應的建筑結(jié)構(gòu)負荷進行分析，其增加了相應的使用面積，因此也增加了建筑負荷和經(jīng)濟投入。例如，在某項目中各樓層高相同，且供水需求量也相同，給水系統(tǒng)在分區(qū)設置的過程中應不分區(qū)靜揚程，且對于不同分區(qū)的能耗也是不同的，節(jié)能量對應的分區(qū)數(shù)m的關(guān)系如圖2所示，其中節(jié)能量從整個的公式分析看，當m值逐步增大，節(jié)能量也會不斷的增大，在實際應用過程中，節(jié)能量的逐步增大會影響到總能耗的變化，因此可得出如下結(jié)論:分區(qū)越多對于節(jié)能的效果越加明顯。因此在實際的工程應用的過程中，應找出給水分區(qū)與經(jīng)濟之間的平衡點，進而找到最佳的分區(qū)區(qū)域。

3．2．2串聯(lián)分區(qū)給水方式在串聯(lián)式的分區(qū)給水方式應用過程中，以實際的分區(qū)中的水泵設置及水箱的位置設計為依據(jù)，上區(qū)的水泵在應用的過程中往往需要結(jié)合下區(qū)的水箱中的抽水進行分析。根據(jù)實際計算結(jié)果分析得出，在串聯(lián)給水和并聯(lián)給水的過程中，節(jié)能效果是相同的，針對串聯(lián)供水方式，其在應用過程中可保持在高區(qū)工作，且能耗較少，同時給水設備對于建筑面積的占用率相對較低，但由于整體性建筑負荷的作用，會使整體建筑增加結(jié)構(gòu)負荷，進而增加了成本。

3．2．3減壓分區(qū)給水方式減壓分區(qū)給水需要對水泵的位置進行設計，原則上是設計在建筑的底部，結(jié)合水泵將用水進行提升，至屋頂?shù)乃洌诉^程中的減壓設置依次進行，且在應用的過程中，整個減壓方式并不節(jié)能，原因主要為:實際的剩余水壓結(jié)構(gòu)及對應的能耗減壓裝置相關(guān)聯(lián)，水泵在使用過程中的能耗并沒有降低。因此在實際工程設計中，為達到最佳的節(jié)能效果，應合理分區(qū)，同時結(jié)合以上三種給水方式進行分析，得出節(jié)能效果中最好的方式為并聯(lián)分區(qū)給水方式。

4結(jié)語

在高層供水系統(tǒng)方式的選擇中，應合理分析各給水方式的優(yōu)缺點，目前，水泵并聯(lián)方式給水節(jié)能效果較好且工程應用最多，變頻給水技術(shù)雖然具有節(jié)能的效果，但是在實際的工程應用中，仍需考慮水泵合理選型及系統(tǒng)控制及運行等因素，并應根據(jù)具體工程具體分析。

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作者：肖悅 何飛 陳心鳳 單位：中國市政工程中南設計研究總院有限公司