管網(wǎng)疊壓供水系統(tǒng)在二次供水系統(tǒng)改造中的應(yīng)用探討
管網(wǎng)疊壓供水系統(tǒng)在二次供水系統(tǒng)改造中的應(yīng)用探討
摘要：在傳統(tǒng)二次加壓給水系統(tǒng)中，水泵從貯水池抽水增壓，帶有一定壓力的市政水進(jìn)入貯水池后被消能，水泵必須從零開始加壓，造成能量一定程度上的浪費(fèi)。特別是建成時(shí)間已久的多層建筑與小高層建筑由于供水系統(tǒng)普遍落后、供水設(shè)施老化等問題嚴(yán)重，導(dǎo)致水質(zhì)遠(yuǎn)不能達(dá)到《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》，迫切需要進(jìn)行二次供水系統(tǒng)改造。因此，本文對疊壓供水技術(shù)在二次供水改造中的應(yīng)用進(jìn)行了探討。
管網(wǎng)疊壓供水系統(tǒng)是一種理想的節(jié)能供水設(shè)備，它是一種能直接與自來水管網(wǎng)連接，對自來水管網(wǎng)不會(huì)產(chǎn)生任何副作用的二次給水設(shè)備，在市政管網(wǎng)壓力的基礎(chǔ)上直接疊壓供水，節(jié)約能源，并且還具有全封閉、無污染、占地量小、安裝快捷、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便等諸多優(yōu)點(diǎn)。其擁有傳統(tǒng)二次供水方式所無法比擬的優(yōu)勢，必然成為將來高層建筑供水方式的主要發(fā)展方向之一。
1、管網(wǎng)疊壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究
1.1搜集市政管網(wǎng)相關(guān)數(shù)據(jù)
使用管網(wǎng)疊壓供水系統(tǒng)之前，需要向供水部門獲取市政管網(wǎng)壓力的波動(dòng)情況，允分考慮市政管網(wǎng)的水量和水壓變化情況。
1.2確定設(shè)備進(jìn)水管徑
使用管網(wǎng)疊壓供水系統(tǒng)時(shí)，為了防止對市政管網(wǎng)附近的用戶造成影響，設(shè)備的進(jìn)水管管徑宜比供水管網(wǎng)小兩級(jí)或兩級(jí)以上，或不大于供水管網(wǎng)過流斷面積的1/3。
1.3重新確定改造項(xiàng)目中的用水量情況
1.3.1設(shè)計(jì)流量
疊壓供水方式與傳統(tǒng)一二次供水方式的設(shè)計(jì)用水量計(jì)算具有一定差別。按《管網(wǎng)疊壓供水技術(shù)規(guī)程》中規(guī)定:建筑中使用疊壓供水設(shè)備時(shí)，給水設(shè)計(jì)流量應(yīng)符合下列要求:無高位水箱時(shí)，設(shè)備的設(shè)計(jì)流量應(yīng)按設(shè)計(jì)秒流量確定。
1.3.2設(shè)備進(jìn)水管流量Q進(jìn)與總進(jìn)水管流量Q總。
使用管網(wǎng)疊壓供水系統(tǒng)時(shí)，無論設(shè)備中是否帶有一定的儲(chǔ)水容積，需保證設(shè)備進(jìn)水量不小于設(shè)備設(shè)計(jì)流量，否則將無法有效利用市政壓力，設(shè)備不能正常發(fā)揮其節(jié)能的優(yōu)勢。
多層建筑或高層建筑給水系統(tǒng)取消高位水箱后，系統(tǒng)一般采用圖1的形式進(jìn)行供水，即低區(qū)供水采用市政水直供，低區(qū)以上的樓層需要進(jìn)行二次增壓給水，設(shè)備不考慮市政管網(wǎng)直供用戶。設(shè)備的設(shè)計(jì)流量由進(jìn)水管供給，因此可知:
Q進(jìn)=Q設(shè)
另外，總進(jìn)水管還要承擔(dān)低區(qū)用戶的市政直供水量，其中市政直供水量按低區(qū)用戶的設(shè)計(jì)秒流量烏氏確定，因此可知：
Q總=Q設(shè)+Q低
1.4設(shè)備的設(shè)計(jì)揚(yáng)程
無論選用何種二次加壓供水方式，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)壓力均應(yīng)滿足系統(tǒng)最不利點(diǎn)處用戶水壓的要求。
與傳統(tǒng)二次加壓給水方式不同的是，管網(wǎng)疊壓供水設(shè)備能有效利用市政管網(wǎng)壓力，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行二次加壓。如圖2所示，在確定疊壓供水設(shè)備設(shè)計(jì)揚(yáng)程之前需要得出設(shè)備可利用的市政壓力，即水泵進(jìn)口壓力。為無高位水箱的疊壓供水系統(tǒng)，凡的值可通過下式求得:
式中:——市政供水管網(wǎng)接管點(diǎn)的水壓，MPa;
h總損——從市政供水管網(wǎng)接管點(diǎn)到水泵進(jìn)口的總水頭損失，m;
△H——以市政供水管網(wǎng)接管點(diǎn)與水泵進(jìn)口的幾何高差，若市政供水管網(wǎng)接管點(diǎn)高于水泵進(jìn)口取負(fù)值，反之取正值，m。
水泵的出口壓力凡由設(shè)備供水范圍內(nèi)的用戶所需水壓確定，對于采用恒壓控制方式的疊壓供水系統(tǒng)，凡要求能滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)壓力，即滿足系統(tǒng)最不利點(diǎn)處用戶水壓的要求，因此凡可按下式求得:
式中:P末設(shè)備供水范圍內(nèi)最不利點(diǎn)入戶管所需壓力，通常取0.1MPa;
h總損——水泵出口至最不利點(diǎn)入戶管處之間的總水頭損失，m;
△H——水泵出水口與最不利點(diǎn)入戶管處的兒何高差，m。
水泵的二次加壓造成泵后和泵前壓力值的不同，因此變頻調(diào)速水泵揚(yáng)程H可通過下式求得:
H= 1.5對原有的市政引入管管徑進(jìn)行核算
管網(wǎng)疊壓供水系統(tǒng)不設(shè)任何的調(diào)節(jié)構(gòu)筑物，因此其設(shè)備設(shè)計(jì)流量按系統(tǒng)設(shè)計(jì)秒流量來確定，而改造前的供水系統(tǒng)由于具備一定的調(diào)節(jié)容積，設(shè)計(jì)流量則按最大時(shí)用水量來確定。對同一供水系統(tǒng)而言，最大時(shí)用水量一般比設(shè)計(jì)秒流量值小，因此原有的引入管對于直接與市政管網(wǎng)相連的管網(wǎng)疊壓供水系統(tǒng)而言可能出現(xiàn)管徑偏小的問題，容易導(dǎo)致引入管流速過大，從而對市政管網(wǎng)造成干擾。因此需用市政引入管的允許最大流速來衡量引入管管徑的合理性，系統(tǒng)流量達(dá)到設(shè)計(jì)秒流量時(shí)核算原有引入管的流速是否超過允許的最大流速，流速過大的話則應(yīng)該更換市政引入管以增大其管徑。
2、二次供水系統(tǒng)改造實(shí)例
2.1改造項(xiàng)目概況
某小區(qū)四棟12層的住宅建筑建于80年代末期，建筑樓頂標(biāo)高40m，每層4戶，建筑面積約2.8萬平方米，室內(nèi)生活給水系統(tǒng)分為高、低兩區(qū)，采用恒速水泵水箱聯(lián)合供水方式，生活用水與消防用水合用貯水池，屋頂設(shè)有生活與消防用水合用水箱。其中，低區(qū)為1~5層，由市政直接供水;高區(qū)為6~12層，由水泵水箱聯(lián)合供水。改造后經(jīng)居民反映良好，生活用水水質(zhì)明顯改善，極少出現(xiàn)水壓不足的現(xiàn)象。
該住宅建筑為二類普通住宅，每戶為一衛(wèi)一廚，室內(nèi)配置有洗滌盆1個(gè)(N=1.00)、洗臉盆l個(gè)(N=0.75)、坐便器1個(gè)(N=0.50)、淋浴器l個(gè)(N=0.75)、洗衣機(jī)水嘴l個(gè)(N=100)，用水定額取250L/(人·d)，戶均人數(shù)按3.5人計(jì)算。
據(jù)有關(guān)供水部門提供的資料，市政供水干管為DN300，小區(qū)所處位置市政壓力波動(dòng)范圍為0.20~0.35MPa，供水量充足。
2.2原給水系統(tǒng)存在問題
(1)生活水泵為二十年前的液力耦合恒速泵，老化現(xiàn)象嚴(yán)重，容易發(fā)現(xiàn)軸封滲水與銹蝕現(xiàn)象，然而在現(xiàn)今已淘汰使用，配件難尋導(dǎo)致后期維修困難。
(2)生活與消防水池(箱)合用，二次污染情況較為嚴(yán)重，而且水池(箱)并沒有采用分格設(shè)計(jì)，清洗時(shí)給水系統(tǒng)停水，影響居民的正常用水。
(3)生活給水管采用鍍鋅鋼管腐蝕程度嚴(yán)重，排除外界環(huán)境的影響，水處理流程中混凝劑也是管道腐蝕的一個(gè)重要原因，因此使用時(shí)間過長的管道中的水質(zhì)往往不符合國家標(biāo)準(zhǔn)《生活飲用水輸配水設(shè)備及防護(hù)材料的安全性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定。
2.3改造方案
(1)生活給水系統(tǒng)可改造為疊壓變頻供水，進(jìn)行區(qū)域集中加壓以維持四棟12層住宅的正常供水。
(2)出于節(jié)能與衛(wèi)生的考慮，改造方案把原有的低位水池、屋頂水箱改造消防專用的水池和水箱。
(3)原有的臥式液力耦合恒速泵更換為高效低噪的臥式多級(jí)調(diào)速泵，并更換給水管道。
2.4設(shè)計(jì)計(jì)算
根據(jù)《建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定:最大用水時(shí)衛(wèi)生器具給水當(dāng)量平均出流概率:
式中:U0——生活給水管道的最大用水時(shí)衛(wèi)生器具給水當(dāng)量平均出流概率，%;
q0——最高日生活用水定額，L/(人·d)，取250L/(人·d);
m——每戶用水人數(shù)，取3.5人;
Kh——小時(shí)變化系數(shù)，取2.8;
Ng——每戶設(shè)置的衛(wèi)生器具給水當(dāng)量數(shù)，計(jì)算得Ng=4;
T——用水時(shí)數(shù)，h，取24h。故平均出流概率U。
故平均出流概率 每棟樓的高區(qū)共有28戶，每戶衛(wèi)生器給水量數(shù)為4，因此四棟住宅建筑高區(qū)計(jì)算管段的衛(wèi)生器具給水量數(shù)為4，因此四棟住宅建筑高區(qū)計(jì)算管段的衛(wèi)生器具給水當(dāng)量總數(shù) 。根據(jù)U0、 取值。查《建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范》附錄D，采用插值法得設(shè)計(jì)秒流量 2.4節(jié)能率
經(jīng)水力計(jì)算，水泵出口所需水壓為580KPa(即系統(tǒng)設(shè)計(jì)壓力)，小區(qū)的市政管網(wǎng)壓力變化在0.20~0.35MPa，因此水泵揚(yáng)程按330~480KPa選取。與原有供水方式比較，疊壓供水方式中水泵揚(yáng)程無需按系統(tǒng)設(shè)計(jì)壓力來選取，取市政管網(wǎng)壓力占系統(tǒng)設(shè)計(jì)壓力的百分比可用于在工程上粗略計(jì)算疊壓供水系統(tǒng)的節(jié)能率，因此對于本改造項(xiàng)目，改造后約能節(jié)省34.5%~60.3%的能量。
2.5設(shè)備選型
據(jù)自來水公司相關(guān)部門提供的資料，該居住小區(qū)所處區(qū)域市政供水量充足，室外給水管道允許流速為l.5m/S，可推算出市政管道的補(bǔ)水能力大于系統(tǒng)的設(shè)計(jì)秒流量，因此可選用體積較小的穩(wěn)流罐。
最后選用長沙中贏品牌管網(wǎng)疊壓供水設(shè)備，型號(hào)為：CSSDPR25-50/4-5.5。設(shè)備包括穩(wěn)流罐 600，2臺(tái)超靜音變頻調(diào)速管中泵 (一用一備)，設(shè)備控制柜，單臺(tái)水泵流量為24m3/h，揚(yáng)程48m，超量取水停泵壓力設(shè)定為0.1MPa，起泵壓力設(shè)定為0.2MPa。
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