淺析給水系統(tǒng)的運(yùn)用與分析
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1工程概況
我校一研究生公寓，主體為九層框架結(jié)構(gòu)，建筑高度33.0米。給水設(shè)計(jì)中市政給水保證壓力為3.0MPa(壓力零點(diǎn)與建筑標(biāo)高零點(diǎn)重合時(shí))，為滿足用戶用水要求又節(jié)省能源，建筑實(shí)行分區(qū)供水。5層及以下劃分為低區(qū)利用市政壓力進(jìn)行供水；6層以上劃分為高區(qū)，因?yàn)榻ㄖ⒚娴脑蝽攲訜o(wú)法提供高架水箱的設(shè)置位置，故使用水箱和氣壓罐聯(lián)合供水。水箱位于9層頂，設(shè)置高度為33.5米，由架空層水泵加壓后供水到水箱，然后由補(bǔ)水泵加壓后向6、7、8、9層供水
2氣壓給水設(shè)備選擇
本項(xiàng)目屬研究生公寓，每個(gè)房間均設(shè)置單獨(dú)衛(wèi)生間，根據(jù)《宿舍建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》JGJ36-2005,屬于II類(lèi)宿舍。8層和9層每個(gè)房間居住2人，6層和7層每個(gè)房間居住4人，每層有80個(gè)房間，故氣壓罐服務(wù)范圍內(nèi)的用水人數(shù)N=80*2*（4+2）=960人。衛(wèi)生潔具設(shè)置為每個(gè)房間設(shè)2個(gè)洗臉盆，1個(gè)拖布池，1個(gè)淋浴器，1個(gè)低水箱蹲便器，根據(jù)《建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50015-2003進(jìn)行氣壓給水系統(tǒng)的選型：
2．1氣壓罐調(diào)節(jié)容積的確定。Qh=ql*Kh*N/24=150*2.5*960/24000=15m3/h=4.16l/sVq2=aa*qb/4nq=1.0*1.2*15/(4*8)=0.56M3Vq=βVq1/(1-ab)=1.05*0.56/(1-0.75)=2.35M3說(shuō)明：（1）氣壓罐服務(wù)人數(shù)較多，故用水量時(shí)變化系數(shù)取小值；（2）用水計(jì)量收費(fèi)，日用水量也取小值；（3）每小時(shí)補(bǔ)水泵起停次數(shù)取8次。選擇穩(wěn)壓設(shè)備型號(hào)為SQL1200*0.6，工作壓力0.6MPa，水泵流量QL=4.44l/s，揚(yáng)程24米，氣壓罐調(diào)節(jié)容積0.56M3。
2．2氣壓罐起泵壓力P1的確定。根據(jù)規(guī)范3.8.5條，P1≥H+H1+H2+H3,H為水箱最低水位至管網(wǎng)最不利給水點(diǎn)的高度差，本工程中為-3m。H1為由水箱至最不利給水點(diǎn)的管路沿程阻力損失，本例中管線為DN80的涂塑鋼管，最遠(yuǎn)點(diǎn)距離水箱的長(zhǎng)度為80m，故根據(jù)《鋼塑復(fù)合管工程技術(shù)手冊(cè)》：H1=hf=i*L=8.973*10-3*Q1.774/Dj4.774*L=8.973*10-3*（2.22*10-3）1.774/（0.0079）4.774=2.57m（設(shè)管路沿途均勻用水，故取Q=1/2Qh）H2為由水箱至最不利給水點(diǎn)的局部阻力損失，取H2為30%的沿程損失為2.57*0.3=0.77m；H3為最不利給水點(diǎn)用水設(shè)備的出流水頭，本項(xiàng)目中取淋浴器混水閥處出流水頭為7m；故系統(tǒng)的起泵壓力P1=2.57+0.77+7-3=7.34m，取7.5m。
2．3氣壓罐停泵壓力P2的確定。因水泵揚(yáng)程為24米，故停泵壓力取23米，故系統(tǒng)的停泵壓力P2=23m。根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，安裝了氣壓給水設(shè)備并設(shè)定了補(bǔ)水泵的起停值，設(shè)備投入了使用。
3出現(xiàn)問(wèn)題
在設(shè)備投入使用后，發(fā)現(xiàn)補(bǔ)水泵起停特別頻繁，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)基本每分鐘起停1次，遠(yuǎn)超出了規(guī)范規(guī)定的每小時(shí)起停6-8次的要求，不僅對(duì)電氣系統(tǒng)和水泵造成不利影響，而且系統(tǒng)難以使用。進(jìn)一步觀測(cè)發(fā)現(xiàn)水泵不僅在早上7：00-9：00用水高峰時(shí)段起停頻繁，甚至在9點(diǎn)以后用水量較少時(shí)起停也非常頻繁，給系統(tǒng)運(yùn)行造成很大不利影響。
4現(xiàn)象
分析按照建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范本研究生公寓屬于II類(lèi)宿舍，給水性質(zhì)介于分散型給水和集中型給水中間，故09版規(guī)范單獨(dú)列出了I類(lèi)、II類(lèi)宿舍的單獨(dú)用水標(biāo)準(zhǔn)。在水泵停泵的這段時(shí)間內(nèi)，生活用水全部由氣壓罐儲(chǔ)存水量提供，氣壓罐不僅起到了系統(tǒng)保壓的作用，而且也有提供儲(chǔ)存用水量的作用。水泵啟動(dòng)頻繁，肯定是用水量Q過(guò)大超出了設(shè)計(jì)中的平均時(shí)用水量而調(diào)節(jié)容積Vq2偏小儲(chǔ)存水量有限，系統(tǒng)用水過(guò)程中氣壓罐內(nèi)水很快消耗掉水壓很快就低于了起泵壓力P1，由此導(dǎo)致多次起泵以滿足用戶用水需求。
5解決辦法
根據(jù)以上情況，有兩個(gè)辦法可以解決此問(wèn)題：一是，減少氣壓罐的服務(wù)范圍來(lái)減少用水量Q（即使在非高峰時(shí)段），二是，增大氣壓罐調(diào)節(jié)容量Vq2增加儲(chǔ)存水量，由此我們采取了以下幾個(gè)辦法。
5．1供水高區(qū)和低區(qū)串聯(lián)。利用非高峰時(shí)段低區(qū)的富裕壓頭，減少非高峰時(shí)段氣壓罐的服務(wù)范圍，解決非高峰時(shí)段高區(qū)的用水問(wèn)題根據(jù)實(shí)測(cè)情況，雖然市政供水壓力保證值為0.30MPa，但非高峰時(shí)段實(shí)測(cè)水壓經(jīng)常能達(dá)到0.4MPa，基本能滿足8層建筑的需要。故在低區(qū)和高區(qū)之間加設(shè)了一根DN100的聯(lián)絡(luò)管，將低區(qū)和高區(qū)串聯(lián)起來(lái)，利用非高峰時(shí)段的水壓滿足部分高區(qū)用水要求，從而減少了高區(qū)氣壓罐的服務(wù)范圍使高區(qū)用水量Q降低（在聯(lián)絡(luò)管上加設(shè)止回閥防止高區(qū)供水串到低區(qū)），就解決了非高峰時(shí)段補(bǔ)水泵起停頻繁的問(wèn)題。
5．2增大氣壓罐的調(diào)節(jié)容量Vq2。上述方法雖然解決了非高峰時(shí)段的用水問(wèn)題，但在高峰時(shí)段7：00-9：00時(shí)仍存在問(wèn)題，因?yàn)榇藭r(shí)整個(gè)管網(wǎng)用水量較多管網(wǎng)供水壓力本身就比較?。▽?shí)測(cè)發(fā)現(xiàn)也就在0.30MPa左右）低區(qū)無(wú)富余壓頭可供高區(qū)利用，上述方法就不起作用，補(bǔ)水泵起停仍舊頻繁，故需要增大氣壓罐的儲(chǔ)存水量來(lái)解決問(wèn)題。根據(jù)氣體的克拉伯龍方程式PV=NRT，廠家在設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)氣壓罐的工作壓力比、使用壓力和調(diào)節(jié)容積Vq2充入了一定質(zhì)量的氮?dú)?。?duì)此氣體而言，在使用壓力P一定時(shí)，氣體體積V與物質(zhì)的量N成正比，減小氣體量N在P相同時(shí)V自然就減小了，儲(chǔ)存水量相應(yīng)增大。氣壓罐出廠時(shí)罐內(nèi)氣體壓力一般都為補(bǔ)水泵揚(yáng)程的3/4，根據(jù)使用情況放出部分氣體使氣壓罐初始?xì)怏w壓力約等于補(bǔ)水泵揚(yáng)程的1/2，由此使氣壓罐的調(diào)節(jié)容量增大，達(dá)到減少起停頻率的目的。使用以上兩種方法，基本解決了本項(xiàng)目遇到的水泵起停頻繁的問(wèn)題。
6結(jié)語(yǔ)
從本氣壓給水系統(tǒng)的使用情況分析可以得出：
6．1研究生公寓給水系統(tǒng)屬于分散型給水和集中型給水中的一種型式，其平均小時(shí)用水量很大，而且用水的時(shí)變化系數(shù)也很大，在規(guī)范中對(duì)其用水量情況研究較少，規(guī)范中有關(guān)公式計(jì)算時(shí)應(yīng)取較大值。
6．2通過(guò)調(diào)節(jié)氣壓罐內(nèi)氣體壓力的大小可以改變氣壓水罐的調(diào)節(jié)容積，從而減少配套水泵的起停頻率，在特定場(chǎng)合具有一定的適用性。
6．3典型的間歇供水系統(tǒng)，可以使用氣壓罐停機(jī)保壓自動(dòng)控制的功能，但要利用其儲(chǔ)存水量供水時(shí)，受其氣壓罐調(diào)節(jié)容積的限制，其應(yīng)用范圍有所限制。
作者：聞濤 單位：侯興華中國(guó)石油大學(xué)