管網(wǎng)疊壓供水系統(tǒng)在二次供水系統(tǒng)改造中的應用探討
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。特別是建成時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、供水設施老化等問題嚴重，導致水質遠不能達到《生活飲用水衛(wèi)生標準》，迫切需要進行二次供水系統(tǒng)改造。因此，本文對疊壓供水技術在二次供水改造中的應用進行了探討。
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)不會產生任何副作用的二次給水設備，在市政管網(wǎng)壓力的基礎上直接疊壓供水，節(jié)約能源，并且還具有全封閉、無污染、占地量小、安裝快捷、運行可靠、維護方便等諸多優(yōu)點。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)的設計研究
1.1搜集市政管網(wǎng)相關數(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確定設備進水管徑
使用管網(wǎng)疊壓供水系統(tǒng)時，為了防止對市政管網(wǎng)附近的用戶造成影響，設備的進水管管徑宜比供水管網(wǎng)小兩級或兩級以上，或不大于供水管網(wǎng)過流斷面積的1/3。
1.3重新確定改造項目中的用水量情況
1.3.1設計流量
疊壓供水方式與傳統(tǒng)一二次供水方式的設計用水量計算具有一定差別。按《管網(wǎng)疊壓供水技術規(guī)程》中規(guī)定:建筑中使用疊壓供水設備時，給水設計流量應符合下列要求:無高位水箱時，設備的設計流量應按設計秒流量確定。
1.3.2設備進水管流量Q進與總進水管流量Q總。
使用管網(wǎng)疊壓供水系統(tǒng)時，無論設備中是否帶有一定的儲水容積，需保證設備進水量不小于設備設計流量，否則將無法有效利用市政壓力，設備不能正常發(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)以上的樓層需要進行二次增壓給水，設備不考慮市政管網(wǎng)直供用戶。設備的設計流量由進水管供給，因此可知:
Q進=Q設
另外，總進水管還要承擔低區(qū)用戶的市政直供水量，其中市政直供水量按低區(qū)用戶的設計秒流量烏氏確定，因此可知：
Q總=Q設+Q低
1.4設備的設計揚程
無論選用何種二次加壓供水方式，系統(tǒng)的設計壓力均應滿足系統(tǒng)最不利點處用戶水壓的要求。
與傳統(tǒng)二次加壓給水方式不同的是，管網(wǎng)疊壓供水設備能有效利用市政管網(wǎng)壓力，在此基礎上進行二次加壓。如圖2所示，在確定疊壓供水設備設計揚程之前需要得出設備可利用的市政壓力，即水泵進口壓力。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)接管點的水壓，MPa;
h總損——從市政供水管網(wǎng)接管點到水泵進口的總水頭損失，m;
△H——以市政供水管網(wǎng)接管點與水泵進口的幾何高差，若市政供水管網(wǎng)接管點高于水泵進口取負值，反之取正值，m。
水泵的出口壓力凡由設備供水范圍內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)設計壓力，即滿足系統(tǒng)最不利點處用戶水壓的要求，因此凡可按下式求得:
式中:P末設備供水范圍內最不利點入戶管所需壓力，通常取0.1MPa;
h總損——水泵出口至最不利點入戶管處之間的總水頭損失，m;
△H——水泵出水口與最不利點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，因此變頻調速水泵揚程H可通過下式求得:
H= 1.5對原有的市政引入管管徑進行核算
管網(wǎng)疊壓供水系統(tǒng)不設任何的調節(jié)構筑物，因此其設備設計流量按系統(tǒng)設計秒流量來確定，而改造前的供水系統(tǒng)由于具備一定的調節(jié)容積，設計流量則按最大時用水量來確定。對同一供水系統(tǒng)而言，最大時用水量一般比設計秒流量值小，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)流量達到設計秒流量時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)改造實例
2.1改造項目概況
某小區(qū)四棟12層的住宅建筑建于80年代末期，建筑樓頂標高40m，每層4戶，建筑面積約2.8萬平方米，室內生活給水系統(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。改造后經居民反映良好，生活用水水質明顯改善，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，室內配置有洗滌盆1個(N=1.00)、洗臉盆l個(N=0.75)、坐便器1個(N=0.50)、淋浴器l個(N=0.75)、洗衣機水嘴l個(N=100)，用水定額取250L/(人·d)，戶均人數(shù)按3.5人計算。
據(jù)有關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重，而且水池(箱)并沒有采用分格設計，清洗時給水系統(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重要原因，因此使用時間過長的管道中的水質往往不符合國家標準《生活飲用水輸配水設備及防護材料的安全性評價標準》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調速泵，并更換給水管道。
2.4設計計算
根據(jù)《建筑給水排水設計規(guī)范》規(guī)定:最大用水時衛(wèi)生器具給水當量平均出流概率:
式中:U0——生活給水管道的最大用水時衛(wèi)生器具給水當量平均出流概率，%;
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——小時變化系數(shù)，取2.8;
Ng——每戶設置的衛(wèi)生器具給水當量數(shù)，計算得Ng=4;
T——用水時數(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)計算管段的衛(wèi)生器具給水當量總數(shù) 。根據(jù)U0、 取值。查《建筑給水排水設計規(guī)范》附錄D，采用插值法得設計秒流量 2.4節(jié)能率
經水力計算，水泵出口所需水壓為580KPa(即系統(tǒng)設計壓力)，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程無需按系統(tǒng)設計壓力來選取，取市政管網(wǎng)壓力占系統(tǒng)設計壓力的百分比可用于在工程上粗略計算疊壓供水系統(tǒng)的節(jié)能率，因此對于本改造項目，改造后約能節(jié)省34.5%~60.3%的能量。
2.5設備選型
據(jù)自來水公司相關部門提供的資料，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水能力大于系統(tǒng)的設計秒流量，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)疊壓供水設備，型號為：CSSDPR25-50/4-5.5。設備包括穩(wěn)流罐 600，2臺超靜音變頻調速管中泵 (一用一備)，設備控制柜，單臺水泵流量為24m3/h，揚程48m，超量取水停泵壓力設定為0.1MPa，起泵壓力設定為0.2MPa。
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