建筑給水系統的優化設計及實例分析

李江軍

（山西焦煤公共事業發展公司，山西 太原 030024 ）

引言

給水系統與其他系統不同的是，它并不運行在預先設定的環境中。這是因為用水點時刻在變，用水量也時刻在變，這就意味著給水系統需要與用水需求、環境影響相結合，不但要滿足用戶對用水量以及水壓的要求，還要對水壓與水量具有較高的靈敏度，更進一步的要求還要節約能耗，防止水源受到二次污染。所以給水方式的選擇就成為建筑給水系統的一個重點環節。本文就是再此基礎上，對目前給水系統設計方案進行綜合比較并進行實證分析。

1 建筑給水系統的優化目標

建筑給水系統是一個相對復雜的系統工程，無論是新建筑工程的設計還是舊項目的改造升級，在工程伊始，就需要制定合理優化的設計方案，很重要的一環就是確定工程的優化目標。通俗來說，給水系統就是保證每一個用水節點都可以享受舒適的、安全的、足量的供水。因此建筑給排水優化設計目標可以確定為：科學布局、經濟快捷、技術先進、管理維護成本低且方便，實現給水的節能、節水、節材的理念。

2 建筑給水系統的綜合分析

建筑給水工程優化目標的實現，需要科學有效的技術方案，最重要的環節則在于給水系統的比較與選擇，確定哪種技術方案最為科學合理，最能實現優化設計目標。

2.1 給水系統的方案

目前，我國建筑項目給水系統采取的方案有以下幾種：

（1）水源——水池——加壓泵——高位水箱——用戶

（2）水源——水池——加壓泵——氣壓罐——用戶

（3）水源——水池——變頻調速加壓泵——用戶

（4）水源——疊壓供水設備——用戶

（5）水源——水池——全流量高效變頻調速給水設備——用戶

（6）水源——二次供水前置設備——全流量高效變頻調速給水設備——用戶

本文重點對后兩種新進發展的方案做重點介紹。全流量高效變頻調速給水設備的核心理念就是按照不同流量段，計算出各流量段所需的揚程，然后按照計算結果配置水泵，通過PLC編程技術與變頻調速技術進行控制，從而保證供水水泵時刻在高效工況段工作。傳統的變頻調速給水設備則是根據設計的秒流量及實際揚程選擇水泵，當需求量降低時，水泵隨系統工況變化而轉速降低，但是因為全天候出現設計的秒流量的時段較少，因此水泵相當多的時間工作在低效段。

方案六中的二次供水前置是設備代替了常用的儲水水池，它最顯著的效用就是合理利用供水管網的余壓，將二次加壓的揚程降低。另外，該設備能夠按照建筑工程的實際需求，調節容積，從而適應城市調節水量的基本需求。

2.2 各給水方案的比較

對于以上幾種方案的功耗進行比較分析，如表1所示。

表1 六種供水方式比較表

由表1對以上六種供水方案的比較可以得出，六種方案各有優勢與劣勢。從節能方面來說，高位水箱由其耗電量很低，始終工作在高效段，同時期水泵Q值為變頻調速所設計秒流量的1/3，因此能耗較低。而氣壓供水與之相比，需要提高供水壓力，肯定耗能要高。高位水箱最大問題在于消除二次污染差，正因為如此，才出現后面的幾種新型供水方式。不過高位水箱因其穩定性，仍然得到廣泛使用，但是常與其他供水方式相結合。

變頻調速、疊壓供水則由于減少了或不用供水調節儲水設施，所以可以減少二次污染，并且簡化了系統。如2.1所述變頻調速雖然能夠調頻變速，達到節能的目的，不過其24小時不間斷運行，導致其耗能較高。而全變流變頻調速給水則較好的解決了變頻調速變頻不節能的關鍵問題，其水泵全部工作在高效工況。疊水供水較好的利用余壓，達到節能的目的，但是它與當地供水條件，設備參數的選取有相當關系，其多用小型建筑。而二次供水前置設備不但能夠利用余壓，還具有疊壓供水所不具備的優勢，就是能夠設置調節容積，實現城市調節水量的全局需求。二者都具有一些劣勢，就是其利用余壓，就需要能夠承受余壓，導致設備造價過高，初期投資較高。但是其在運行中的優勢還是比較巨大，其節省的電量遠遠高于初期設備的投資，從長遠來看，性價比較高。

通過對以上幾種給水方案的比較，在實際建筑工程中，可以采取多種方案的組合。本文提出了以下一種給水方案：二次供水前置設備+常速泵組+高位水箱。在建筑樓中，在其設備層設置一定容積的高位水箱，高位水箱一方面利用重力勢能供給底層用戶，另一方面利用加壓供給高層用戶；水泵房選擇二次供水前置，目的就是利用余壓。此方案的優點在于：一是能夠利用余壓；二是水泵的Q值為變頻調速泵組流量的1~1/3；三是水泵一直運行在高效段；四是高位水箱具有供水安全性高，穩定性強，節水的優勢。

3 建筑給水優化設計的工程實例

山西太原某高層住宅樓高28層，108米，市政水壓為0.28MPa。給水系統將用水分為4區：低區（-4層至地上3層）、中低區（塔樓的4至11層，裙樓的4至8層）、中高區（12至20層）、高區（21-28層），其中14層為避難層。給水系統采取2.2中所述的優化給水方案：二次供水前置設備+常速泵組+高位水箱。在第14層的避難層設置高位水箱，在生活水泵房安裝二次供水前置設備，利用常速泵將供水加壓至高位水箱，而高壓水箱一方面利用加壓的方式供水至中高區以及高區，另一方面利用重力流供水至中低區，因為第11層與14層之間有12.9米的落差，因此中低區不在需要安裝增壓泵，高位水箱的重力流能夠達到中低區給水的實際需求。

該建筑樓體需要加壓的水量每天為1100立方米，由于二次供水前置設備充分利用余壓，僅此一項每天可節省電量128度，全年節省46720度，電費25696元，雖然前期設備投入費用較高，但隨著時間的增加，節省的電費會大大高于前期投入費用。同時本給水方案采用常速泵組，使其一直運行在高效段，更加節能，另外，采用全密閉式設計，防止了二次污染。

4 結論

本文比較四種常用的給水方案以及二種新近得到發展使用的給水方案的優劣。提出了合理的給水方案的選擇要結合建筑條件，用水特點。本文提出了一種適用于高層建筑的給水方案：二次供水前置設備+常速泵組+高位水箱，并在建筑實際中得到實證，能夠大大節省電量，耗能較低，且無二次污染。

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