建筑给水二次增压系统节能设计

周 骏

（甘肃宏图建筑设计有限公司，甘肃 兰州 730000）

从目前情况来看，建筑的给水主要包括“串联供水”“并联供水”等方式，其中串联供水方式主要是在建筑的各个分区分别设置水泵，从市政供水管网抽水加压之后提供给相应分区进行应用。虽然此种供水方式投入的费用较少、管道设置简单、能源消耗较少，但是由于采取的是分散式泵房且存在较大运行噪声，所以会对居民造成一定影响；并联供水方式就是在建筑的底层或者地下室等设置独立的水泵，能够对不同分区单独供水。此种供水方式能够对每个分区单独供水，具有较高的稳定性，同时由于采取的是集中布置方式，更便于对其进行管理。但是缺点在于水泵供水高压管线较长，整体费用相对较高。总的来说，无论采取何种供水方式，都要按照工程实际情况设计出最为合适的节能供水系统，实现能源节约。

1 案例基本情况概述

某建筑工程总体建筑面积为3 885.35 m2，共有29 层，地下1 层，地上28 层。其中地上1 层为商户，2~28 层为普通住宅。该建筑的给水系统主要包括：生活给水系统、消防栓给水系统、污废水系统、雨水系统、喷淋灭火系统等等。其中生活给水系统主要采取市政供水，但是通过统计可知此建筑的最高日用水量超过71 m3/d，市政供水压力以及供水量无法有效满足住宅用水的需要。所以为了保证业主正常用水，需要进一步详细计算供水能耗，并且进行给水系统的二次增压设计。

2 建筑给水常见供水方式

2.1 建筑给水方式分析

总的来说，建筑给水二次增压主要采取如下几种方式进行供水：

（1）“水池-水泵-高位水箱-用水点”的方式。此种方式主要为集中性供水，此种方式更多主要应用在单幢次高层、高层建筑等类型建筑，此种方式需要在建筑下设计水池，之后利用水泵将水抽送到高位水箱，再通过高位水箱将水传送到不同用水点。

（2）“水池-水泵-管网系统-用水点”的方式。此种方式主要为集中性供水，此种供水方式更多应用在建筑一、二层为商户群房、裙房之上设计多幢住宅建筑的形式。此种方式也要在建筑地下设置生活水池，但无需设置屋顶水箱，通过集中恒压变频的方式进行供水。一般要设置3 台主水泵，采取“二开一备”的方式，采取小流量泵作为付泵，在用水量较小的情况下可自动切换到付泵运行，以此来确保整个系统的压力稳定。

（3）“单元水箱-单元增压泵-单元高位水箱-各单位无水点”的方式。此种方式主要采取的是单元总水表进水的方式，主要采取单元增压器（单元水箱和单元增压泵融为整体）进行作用，随着技术水平的进步，单元增压器也在随着进步，能够扩大此种供水方式的应用范围。

2.2 给水方式对比分析

（1）“水池-水泵-管网系统-用水点”的方式从技术方面来看，恒压变频的供水方式是较为先进的，通过恒压变频的供水可以确保出水压力的恒定，可以按照用水量的具体情况控制频率，能够大大节省电能，减缓对于电网造成的冲击，进一步延长水泵的使用寿命。此种方式也可以按照使用时间控制水泵的运行阶段，能够确保各台水泵均衡应用，从而保证每一台水泵寿命的均衡性，若是某一台水泵出现故障，系统就会自动跳过故障泵运行。此种方式的总体投资相对较少，其中硬件成本费用约13 万元/套，同时只要投入变频供水设备的费用以及地下蓄水池的费用即可，无需在屋顶设置水箱，不但费用较低，同时也可以降低水箱污染。

但是此种方式在具体应用时也存在一定问题，会影响应用的效果。一方面，由于采取的是集中供水方式，所以计量地下水入水量的水表归属自来水公司，在费用收取时只是按照总水表读数来进行，表内管网情况并没有人关心。但是管网内部往往存在着跑冒滴漏等情况，必然会造成每个单元分表度数和地下水池总水表存在误差，对于每一个分户来说误差会更大，此种误差由谁承担是需要研究的，住户并不愿承担此费用，所以造成水电费收取比较困难。即使由开发公司承担此部分费用，短期内可行，长期很难持续下去，整体费用是无法估算的；另一方面，虽然此种给水方式可以采取自动化的方式来运行，并不用人工过多干预，但是还存在一定缺陷，包括：在进行水泵切换的短时间内水泵的供水压力比较低，无法正常供水。尤其是系统自动判定存在故障需要跳过故障泵运行时消耗的时间更长，此阶段无法正常供水。另外，随着使用时间的延长，受到潮湿环境的影响，运行中的很多设备会发生老化，同时水管路中的止回阀等也无法正常工作，其对于故障的应对时间也相对较长，最终影响到顶层住户的用水体验。由于压力的下降其无法正常用水，若是想启动备用泵则会增大压力，因此对于顶层住户来说用水体验非常差。除了上述内容外，集中供水另一主要问题在于若是供水系统出现问题，整个区域的住户都无法正常用水，并且因为通过变频控制水泵的运行状态，一旦控制系统出现故障很难通过一般工人进行处理，一定要通过专业人员进行处理，容易因为设备维护不及时而无法供水。

（2）“水池-水泵-高位水箱-用水点”的方式属于相对成熟的供水方式，控制系统相对简单，即使发生故障也可以快速维修，并且费用相对较低。同时，由于设置了高位水箱能够有效避免因为停电而造成的停水，可靠性更高。但是此种方式也面临着单幢次高层建筑收缴水电费困难的情况。

（3）“单元水箱-单元增压泵-单元高位水箱-各单位无水点”的方式是在融合了以上两种方式的基础上形成的，此种方式的前期投入相对较大，主要费用包括：每个单元都要设增压器（约1 万元／台），增加单元屋顶水箱（约1500 元／只），增加进水总表安装费（约4000 元／只），单元泵电表安装费（约4000 元／只），还有各单元小水泵房土建费用等，总费用比上两种方式增加一、二十万元，但是能够有效提升管理效果。一方面相关水电费用每个单元之间不存在交叉，若是水泵发生故障不会影响大面积住户。另一方面，因为在屋顶设置了水箱，可以在高水位停泵、低水位启泵，不但能够有效节约水泵运行的电费，同时能够延长水泵的运行寿命，整体效益要高于前两种。但是此种设备一旦出现故障需要维修是比较麻烦的，因此重点在于选取高质量的单元供水设备。

3 建筑给水二次增压系统设计

3.1 日供水能耗计算

在对每个分区供水能耗进行计算时可以采取24 h用水量变化曲线逐时叠加的方式来进行，根据实际情况可以设定间隔时间为1 h，那么可以通过如下公式表示日供水能耗情况：

其中γ 表示水容重，单位为kg/m3；Hi表示供水系统总水头，单位为m；Qi 表示供水流量，单位为m3/s。不同的供水方式在能耗方面有所区别，对于串联的供水方式来说，水泵扬程以及能耗都是稳定不变的，其具体可以用如下公式进行表示：其中表示平均供水量。但是对于采取变频方式控制的并联供水方式来说，随着水流量的变化，水泵的出力特性以及管道特性都会发生改变，但是供水设备的压力并没有发生变化，此种方式的能耗可以用如下公式进行表示：

其中Hb表示供水设备出口压力，单位为MPa。对于变频供水方式来说，往往都是通过极限供水压力作为要求，一旦流量出现改变就会引发水泵的转速发生变化，从而造成其出力特性产生变化，供水系统工况满足建筑供水的基本要求。

针对此工程来说，通过以上对比分析，最终要采取并联供水变频供水的方式，能够满足每个分区、每个时间段的用水需要。

第一，高峰期的供水节能。为了满足用水高峰阶段的用水要求，需要在额定水泵正常运行的同时启动变频水泵，根据该工程的实际情况（19~23 点用水高峰阶段整个管网的流量设定为1.87 m3/s）设定增压水泵出口压力为0.846 MPa，高区水泵的实际压力设定为0.73 MPa，其已经超出了系统对于压力的要求（0.691 MPa），可以有效满足此建筑每个分区的实际用水需要。

第二，最小流量用水计算。从以上内容统计分析能够得知，该建筑区域最小流量用水阶段主要集中在当日的23 点到次日的5 点，在确保供水条件稳定不变的基础上，在变频调速分区要根据额定流量（设定为4 m3/h）进行供水，若是特殊情况下供水流量要在4 m3/h 以上就可以将变频泵启动进行调速供水。这样就能够通过“额定泵+变频泵”的方式根据时间、流量进行调整，在满足供水要求的基础上也能够实现资源的节约，达到节能降耗的目的。

3.2 给水设备的选型

在对此建筑给水设计以及具体需求进行分析的基础上，最终采用WDV 矢量变频供水设备进行供水。通过实际应用计算分析可知，此变频供水设备相对于其他变频供水设备可以实现20%以上的节能效果，每一个分区变频供水设备选型情况具体如表1 所示。对于此建筑工程来说，生活供水系统水泵主要是从地下二层的市政管网供水的生活水箱进行吸水，之后通过二次增压之后将水输送到每一个分区的横干管当中，上行下给用户进行供水。由于存在重力的影响，所以从上到下每一层的支管所受到的压力会不断增加，支管压力大于0.35 MPa 的情况下就会触动支管减压阀进行工作，能够减缓压力的影响，更便于整个建筑的供水节能。为了保证此建筑总体供水的稳定性，可以通过额定功率的水泵实施供水，随着供水流量的逐渐增加，水泵的功率也在快速上升，直到供水流量达到0.089 m3/s（此时水泵的功率保持在11 kW）情况下，供水压力也保持在稳定状态，此时电机的功率保持在7 kW 情况，具有非常显著的节能效果。

表1 供水设备选型以及具体参数

3.3 节能率计算

通过对上述建筑给水二次增压系统节能方案的分析，对于额定供水方式和按时间优化压力控制方案的对比分析，能够得到不同情况下供水泵功率的情况，具体如表2 所示。通过实际的计算分析可知，按时间段所实施的变压供水方式具有更好的节能效果，能够达到18%左右，不但可以充分满足此建筑的实际供水需求，同时也可以大大节约能源，达到较好的应用效果。

表2 供水方案功率分析

4 结束语

对于现代建筑来说，给水系统是非常关键的组成部分，同时也是能耗较大的部分，特别是对于高层以及超高层建筑来说，往往需要通过二次增压系统来满足供水需要，对其进行节能设计是非常关键的。文章主要以某建筑为例阐述了给水二次增压系统节能设计方面的内容，通过介绍能够对建筑给水二次增压系统节能设计提供一定参考和帮助，对于推动建筑发展具有现实意义。