【摘要】比較兩種不同的供水方式能耗的情況，通過試算分析高層建筑供水系統的經濟合理的供水方式，討論可知目前的供水方式都各有利弊，提出建議選擇水泵水箱聯合供水方式，還有目前正處于研究階段的無負壓供水等供水方式的優化組合。所得結論給既有建筑的改造和新建建筑的給水設計工作提供了一些參考依據。
　　關鍵詞：高層建筑，供水系統，節水，節能
　　1引言
　　目前國內主要應用的供水方式共有三類八種。主要有水泵-水箱聯合供水方式，變頻供水方式，變頻泵加水箱供水方式等。其中每類供水方式又根據并聯，串聯，上行及下行分成不同的種類。在實際應用中通常是這幾種供水方式聯合使用，設計中還要根據具體建筑的類型，用途，具體要求以及層高，同時考慮市政管網的壓力狀況等多方面因素，優化選擇供水方式，不能憑空的說那個建筑就改用那種供水方式，實際的設計工作是需要大量的調研與比較而得出選擇方式，這是個復雜的過程。在本文中，主要討論水泵水箱聯合供水方式與變頻恒壓供水方式，是種極端假設的討論方法。
　　2水泵-水箱聯合供水方式與變頻恒壓供水方式
　　2.1水泵-水箱聯合供水系統
　　上世紀90年代中前期的建筑給水設計普遍采用水泵-水箱聯合供水方式，見圖1。水泵水箱聯合供水，必須要有解決水質二次污染的方法，保證供水水質。常采取的措施有：（1）生活水箱和生活水池都宜采用先進的防污染水箱；（2）屋頂水箱出水前可設置過濾消毒水處理裝置使系統供水滿足生活飲用水標準；（3）生活用水與消防用水的地下儲水箱及高位水箱宜分開設置。
　　
　　圖1建筑物二次供水示意圖
　　2.2水泵變頻調速供水
　　該供水方式僅需設地下水池1座、變頻調速設備1套，不需再設屋頂水箱。設備由變頻控制柜和1個水泵機組組成。水泵機組在通常狀況下只有1臺水泵變頻運行，其余在工頻狀態或停機狀態。處在變頻狀態下的水泵根據流量大小調節電機轉速，從而保證供水系統壓力恒定。變頻調速供水系統占地面積小、自動化程度高，節省管理費用。該供水方式最大的優點是取消了屋頂水箱，在一定程度上減輕了水質的二次污染[28]。
　　3變頻供水與水泵-水箱聯合供水的方案比較
　　最近變頻調速恒壓供水裝置在新建高層建筑中的應用越來越廣泛，但是也出現很多令開發商和物業管理公司頭疼的問題，逐漸對這一技術產生了懷疑，主要原因是加壓電費過高和容易產生噪音。
　　3.1計算模型
　　設工程條件為：一棟8層住宅樓，共128戶。1-4層由市政自來水直接供水，5-8層采用二次加壓供水。住宅層高為3米，底層室內外高差為0.6米，每戶居住5人，用水量標準按qd=150L/人。取時變化系數Kh=2.5，每戶衛生器具當量數Ng=10(為便于計算，暫不考慮消防用水）。根據上述條件可知，該棟住宅4-8層需加壓供水的最大日用水量為：
　　
　　最高日最大時用水量為：
　　
　　給水設計秒流量（由總當量數查表可得）。
　　3.2方案比較
　　（1）定速泵-高位水箱聯合供水方式
　　水箱容積按最高日最大時用水量的50%計算，V=2.5m3，選用3m3標準水箱，其尺寸長×寬×高=2000×1400×1400mm，水箱最低水位標高Hmin=25.6m，最高水位高Hmax=26.6m，選用40LG6-15×2水泵二臺，其性能參數為：Q=6m3/h，H=30m，N=2.65kW。
　　由公式（1）計算水泵最大日耗電量：
　　
　　W1=NT=2.65×4812×2=21.2kWh
　　上式中T為水泵最大日工作時間（h），T=Qd/Q=48/12=4h
　　（2）變頻調速恒壓裝置供水
　　由于生活用水的不均勻性，在采用變頻調速供水設備時，若系統沒有流量調節裝置，水泵裝置應按滿足系統設計秒流量的需要來選擇，本工程系統設計秒流量為qg=5.5L/s，選擇40LG6-15×2水泵三臺，三臺泵并聯工作時，滿足秒流量qg=5.50L/s的要求。分析全日用水曲線，用水一般都集中在早晨6-8時，中午11-13時，下午17-19時，晚上22-24時這8個小時，為用水高峰，而0點至6點這6個小時用水量很少，為用水低峰，其它10個小時為供水中峰。
　　為簡化計算假定變頻泵（由變頻器驅動的水泵）在供水高峰和供水中峰期間均運轉在額定負荷的60%，而在供水低峰期間則運轉在額定負荷的80%，工頻運轉的水泵可近似看作額定負荷下工作。平均每天耗電計算：
　　供水高峰耗電W1＝（2.65kW×0.6＋2.65×2kW）×8＝55.12kWh。
　　由上面的例子可以看出，對于單一的水泵水箱聯合供水比單一變頻恒壓供水要節能許多。因此，變頻調速恒壓供水方式比定速泵-高位水箱聯合供水方式節能的說法是不合理的。
　　3.3變頻供水方式的缺點
　　與水泵-水箱聯合供水相比，除了運行費用高和不節能之外，變頻供水還有以下幾個缺點：
　　（1）占用更多的有效建筑面積
　　變頻供水方式中水泵、控制柜本來就要占用一定的建筑面積，而且在中小城市一般不允許生活水泵直接從市政給水管網上吸水，需設置生活水池供生活水泵吸水，生活水池占用的建筑面積有時是相當大的。
　　（2）供水的可靠性差
　　采用變頻供水方式，一旦停電或者生活儲水箱清洗，則依靠變頻供水的高區用戶將全部停水。而且相對于水泵水箱聯合供水來說，變頻供水系統的組成比較復雜，不僅有儲水箱、水泵，還有變頻控制柜，組件多，損壞的幾率也大，尤其目前國產變頻器的質量穩定性并不高，當變頻器失靈時可能使水泵不工作，大大降低了供水的可靠性。
　　（3）給水系統的技術要求高
　　變頻供水系統較為復雜，水泵、變頻器的安裝、維護較麻煩，尤其是國內的變頻技術還不是很成熟，供水壓力的設定也很復雜，若壓力設定太低，用水點的壓力不足，若壓力設定太高，使給水管網處于超壓狀態，易造成管道和設備的損壞，也使用水點的流量增加，壓力設定太高也浪費電能。
　　（4）同樣存在二次污染的風險
　　雖然變頻供水系統取消了高位水箱，但是由于設有地下儲水池，同樣存在二次污染的問題。
　　（5）減少給水配件的使用壽命
　　變頻供水系統普遍采用的是恒壓變量供水，即根據水泵出水管上的壓力波動來調節水泵的流量，水泵出水口的壓力是恒定的，此壓力為用水高峰時流量達到設計秒流量時給水系統所需的壓力[25]。
　　（6）設備和管道的投資費用高
　　變頻供水中水泵和管道投資一般大于水泵-水箱聯合供水系統中水泵和水箱的投資，又變頻泵供水水泵的臺數一般多于2臺，且要配置價格昂貴的變頻器，其總投資遠遠大于水泵-水箱聯合供水系統。
　　（7）對環境的影響
　　變頻供水中水泵運行時振動，并容易產生噪音干擾，水泵的振動不僅對工作環境和人身健康有影響，而且對建筑結構、設備儀表的正常工作造成危害。
　　3.4水泵-水箱聯合供水存在問題的對策
　　由以上所討論的內容可以得出以下結論：在現有技術和條件下，高層建筑中采用變頻供水取代水泵-水箱聯合供水技術上是不合理，也是不節能的。高層建筑中最節能的給水方式還是傳統的水泵-水箱聯合供水。當然該供水方式也存在一些問題，但現在已經有比較成熟的技術來解決。下面即是存在的問題及可以采取的措施：
　　（1）水箱重量大
　　城市現用的水箱多是鑄鐵或鋼筋混凝土水箱，重量較大，現在廠家已經生產出不銹鋼、玻璃鋼水箱、搪瓷鋼板水箱等等，這些水箱重量輕，質量好，組裝方便，極大的減輕了屋頂負荷。
　　（2）供水系統存在二次污染的問題
　　①加強屋頂水箱的管理
　　為了保證屋頂水箱出水水質，需要加強屋頂水箱的管理，應對屋頂水箱建立專門的檢修機構，對屋頂水箱進行定期清洗、消毒、維護管理，閥門壞了需及時更換，以最大限度地保證用戶安全、健康地用水。
　　②采用新型水箱
　　鑄鐵或鋼筋混凝土水箱由于表面粗糙、密封性能差、不易清洗等，所以容易滋生細菌.而現在出現的不銹鋼、玻璃鋼等水箱，有排污裝置，不滋生細菌、青苔，不易生銹，密封性能良好，可確保用水質量，且不易產生二次污染。
　　③對屋頂水箱中的水進行消毒
　　屋頂水箱出水前可設置過濾消毒水處理裝置以保證系統供水滿足生活飲用水標準。目前有加氯消毒系統和紫外C消毒設備兩種可以選擇[37]。
　　（3）頂層壓力不足
　　頂層壓力不足可以將水箱的位置適當抬高，如設在電梯機房頂上；并且要正確選擇合適的加壓裝置。
　　（4）高位水箱影響美觀
　　高位水箱放置在頂層有時會影響立面效果，可以與建筑專業配合選好水箱的位置，必要時可采用裝飾進行遮擋；還可以選用球形等新款式的水箱，這樣不僅解決了影響美觀的難題，還為建筑物增添一道風景線。
　　4結論
　　在目前各方面的綜合考慮之下，水泵-水箱聯合供水方式是高層建筑的最適選擇，但其還是存在一些不易徹底解決的弊端，比如增加土建投資，能耗浪費和有水質二次污染的風險。這無論從工程建設、運行管理、供水的可靠性，技術含量等方面來考慮，都不是經濟合理的。近年來又一新型的供水設備出現——無負壓變頻恒壓供水，該系統與傳統給水設備的最大區別是引水方式的不同。無負壓變頻恒壓供水系統的水泵是直接連接在市政管網上，充分利用市政管網余壓，節能效果好，不需要建造蓄水池，直接與市政管網連接，沒有水質的二次污染。無負壓變頻恒壓供水有著水泵-水箱聯合供水和普通變頻恒壓供水不可比擬的優勢，有很大的節能潛力，在人們對水質要求越來越高，并且更加注重節能的社會，是未來高層建筑供水方式的發展方向。
　　無負壓變頻恒壓供水是在變頻恒壓供水設備上發展起來的，它主要由無負壓調節罐、水泵、氣壓罐、智能控制系統等組成，系統如圖2所示。作為一種新型的供水方式，疊壓供水較傳統的供水方式有它獨到的特點和優勢：水質安全、衛生；充分利用原有管網的壓力節能；設備管理方便、簡單；投資少、運行成本低；施工周期短，安裝簡單；占地面積小，檢修方便。
　　
　　圖2無負壓變頻恒壓供水系統圖
　　參考文獻
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