高层建筑给水系统的节能及优化设计研究

2020-03-05艾怡霏

工程建设与设计 2020年23期

艾怡霏

（北京中环世纪工程设计有限责任公司，北京100097）

1 引言

在以往的高层建筑给水系统设计中，节能设计十分有限，即使是一些比较专业的节能措施，也仅仅是强调对于节水器具的使用，节能节水效果并不理想。新时期，伴随着科学技术的快速发展，可持续发展得到了先进技术的支撑，可以通过利用先进技术和设备的方式，对高层建筑给水系统进行节能和优化设计，以更好地适应时代发展提出的新要求。

2 高层建筑给水系统运行现状

当前，高层建筑中的给水系统在运行中基本能够满足用户的用水需求，但也存在很多问题，引发了水资源和能源的浪费现象，必须得到足够的重视。

2.1 超压出流

超压出流，简单来讲，就是在对给水系统中的配件进行选择时，没有充分考虑实际情况，导致配件本身在工作前的恒压超过了工作运用的最低压力，导致单位时间内水流量超出限定流量。超压出流问题在给水系统中无法完全避免，并不会影响高层建筑的用水需求，不过这种情况会影响水量的正常分配，也可能会引发管道松动，造成漏水问题【1】。另外，高层建筑给水系统中一般都设置有水泵，超压出流会导致水泵运行压力的增大，也会带来较大的电能损失。

2.2 设备损坏

给水系统中的各类配件在使用过程中会受到各种因素的影响，一旦出现损坏，会导致水量的浪费，这一点在地下管道中表现得尤其明显，而且地下管道的渗漏容易被忽视，从而使得水资源浪费的增加。

2.3 结构不当

如果高层建筑中给水系统的结构设计不合理，则会导致水资源给水分区的不合理分布，无论是积水结构不合理还是水泵选择不恰当，都会引发水资源浪费的问题。这个问题主要是会给水资源和电能同时带来双重浪费，必须得到设计人员的高度重视。

3 高层建筑给水系统节能及优化设计

伴随着城市化进程的加快，人们的生活水平不断提高，对于建筑给水系统的运行稳定性和节能性提出了更高的要求，需要做好高层建筑给水系统节能及优化设计。这可从以下4方面着手。

3.1 明确优化方向

先对超压出流问题进行解决，考虑经济性和适用性，在实现节能目标的同时，降低成本投入；重视节能节水设备的选择和应用，在合理选择零部件的同时，也应该做好新型零部件的开发工作，提升其技术含量，以先进技术和新型材料为支撑，保障高层建筑给水系统的稳定节能运行；在充分考虑高层建筑给水条件以及环境影响的情况下，对建筑给水方式进行合理选择，满足建筑用水需求的同时，实现能源与资源的节约；可以借助计算机软件，针对给水管网整体进行优化，确保高层建筑给水系统能够与市政水利管网中的其他设备配合使用，达到良好的节能节水效果【2】。

3.2 系统整体优化

做好合理分区。在高层建筑给水系统中，应该做好合理分区，确保卫生器具给水配件最大工作压力不超过0.60MPa，各个分区中的静水压力不会超过0.45MPa，即使是存在特殊情况，如设置有集中热水系统，最大静水压力也不能超过0.55MPa。生活给水系统的用水点供水压力不宜大于0.20MPa，同时，满足卫生器具工作压力的需求。住宅入户管供水压力不应大于0.35MPa，如果入户管的水压超过了0.35MPa，则需要设置好相应的减压阀或者调压设施，以降低管道压力，避免在使用过程中出现管道爆裂的问题。减压阀设定最佳压力为0.20MPa，如果不设置减压阀层，则压力的设定需要控制在0.20～0.35MPa。

做好减压阀设置。从保证减压效果的角度，应该在减压阀前设置相应的控制阀和过滤网，必要时还应该增加压力表，在减压阀后同样应该安装压力表和控制阀，减压阀的位置应该合理选择，为后续的数值读取和维修提供便利。给水分区使用的减压阀可以采用2组并联设置的方式，不设置其他旁通管。在对减压阀进行选择时，应该考虑实际情况，如果是竖向分区，应该优先选择比例式减压阀或者可调式减压阀。如果是对入户管或者配水支管进行减压，可以使用可调式减压阀，确保减压阀减压前后的压差不会超过0.4MPa，一些对于环境安静度要求较高的场所，更是应该将这个差值控制在0.3MPa以内。如果使用比例式减压阀，则在对减压阀比例进行设定时，应该尽量小于3∶1。

3.3 给水方式优化

现阶段，在高层建筑给水系统中，比较常用的给水方式有4种。

3.3.1 直接给水

可以从市政给水管网直接向高层建筑供水，是最为简单同时也最具经济性的给水方式，结构简单，可以借助市政管网的压力实现高层供水，节能效果显著。不过，因为建筑给水系统内部没有储备水量，一旦市政管网停水，室内也会立即断水，因此，这种方式适用于建筑内部无特殊用水需求的情况【3】。

3.3.2 水泵水箱联合给水

水泵可以随时向水箱供水，水箱不需要选择过大的容积，而且在水箱的调节作用下，水泵可以保证稳定的出水量，维持高效运行。这种给水方式相对复杂，管理难度大，而且水箱在增加投资的同时，也会带来水质的二次污染问题，适用于市政管网压力无法满足建筑给水管网需求的情况。

3.3.3 气压给水

封闭性的系统保证了水质的清洁，而且具备一定的储水能力，可以在建筑任意位置设置水箱，更加灵活。当然，气压给水会带来水压的剧烈波动，而且水泵平均效率偏低，能耗大，甚至还存在一定的安全问题，适用于市政管网无法满足建筑供水压力，室内用水不均匀且无法设置高位水箱的情况。

3.3.4 变频调速泵给水

建筑不同区域给水相互独立，安全性强，而且集中设置的升压设备能够为管理和运行维护提供便利，因为不需要使用水箱，大大降低了给水系统的占地面积。

缺陷在于给水泵扬程大、设备的设置和维护成本较高，适用于几乎所有高层建筑。从技术人员的角度，应该综合考虑高层建筑的实际情况，做好合理选择，在保证给水稳定性的同时，实现节能降耗。

3.4 给水设备优化

以变频调速水泵的优化为例，在对水泵型号和参数进行选择的过程中，应该结合高层建筑的给水需求，配备效率较高，电机功率较小的水泵，而在水泵搭配环节，需要对照相应的流量范围以及流量变化范围的比例关系，对水泵组的数量进行确定，一般需要设置2～4台主泵以及至少1台供水能力不小于最大主泵的备用泵。当多台泵组同时运行时，可以选择其他1台变频运行，其他所有泵组工频运行，也可以采用2台乃至多台泵组变频运行的方式【4】。