高层建筑并联供水系统与统一减压供水系统经济性分析

　　内容提要:　本文对100米以下的高层建筑给水增压系统常用的两种方式——并联分区供水和统一减压分区供水的能耗进行分析，在此基础上推出两种不同供水方式初期投资和后期收益之间的关系，并最终得出结论。

　　关键词: 并联供水系统, 统一减压供水系统, 区域联合供水, 减压阀

　　Abstract: In this paper, the 100 m below the high building water supply pressurization system of commonly used in two ways-parallel partition water supply and unified partition the energy consumption of the water supply pressure is analyzed, and based on this launch two different water supply way the initial investment and the relationship between the late earnings, and eventually concluded.

　　Key Words: parallel systems of water supply, unification of the reduced pressure water supply system, regional united water supply, pressure relief valves

　　中图分类号： TU208 文献标识码：A 文章编号：

　　1、前言

　　随着城市用地日益紧张，高层住宅在城市居住建筑中所占的比例日益增高。目前青岛市市区内新开楼盘中几乎都有高层住宅的身影，很多楼盘甚至全部采用高层住宅。高层住宅的建筑高度也随着设计和建设水平的提高而不断增长，30层以上的高层住宅已非常普遍。在这种情况下，二次供水的安全可靠及节能已成为给水设计中设计人员需重点考虑的因素。本文对高层住宅加压供水施行不同的加压方案能量损耗进行分析，抛砖引玉，对于不妥之处望广大同指正。

　　2 、两种供水方式能耗分析

　　高层建筑给水离不开增压泵，其作用是将电能转换为水流的动能和压能。水流在行进过程中遇到各种阻力能量不断降低，这些阻力包括：

　　1)水泵内部水头损失;

　　2)管道沿程阻力损失;

　　3)各种管件，阀门、水表产生的局部水头损失;

　　4)减压阀减压水头损失。

　　另外在同一给水分区，除最高层外底部几层因为末端器具水头超过器具本身所需水头而造成的压力损失也可以看做是一种能量的浪费，这种损失同上述所列的1)、2)、3)条一样，可以看做是无法避免的水头损失。而上述第4条减压阀减压水头损失可以通过水泵的并联分区加以消除，其代价为增设一套低区水泵和一套低区给水管路系统。

　　下面以常见的26层高层住宅为例进行全减压供水和变频泵并联分区供水的经济性性进行比较。

　　为某26层高层住宅三种不同供水方式，层高按2.8m考虑：假如市政压力可保证1-5层给水正常使用水压，竖向分为4个给水压力区，分别为1-5层、6-12层、13-19层、20-16层。其中图(a)设一台增压泵，除市政压力区外全部采用减压阀减压方式的分区供水系统，图(b)和图(c)除市政压力外分别采用两台不同扬程的水泵并联分区的供水系统。由于增压区域分为三个区，无法将用户按数量平摊给两台增压泵，因此图(b)和图(c)的区别在于高压区和低压区水泵所承担的层数不同，图(b)中低区水泵负责6-12层供水;高区水泵负责13层以上楼层供水。图(c)

　　中低区水泵负责6-19层供水;高区水泵负责20层以上楼层供水。就单独建筑从理论上分析，图(b)和图(c)节能效果相同。但如何采用区域供水，具体采用何种方式应根据其他建筑高度而灵活采用。若其他建筑多为12层左右，则采用图(b)形式合理;若其他建筑多为19层左右，则采用图(c)形式合理。

　　(b)、(c)同(a)相比区别在于少设了一套减压阀，多设了一套管路和低压水泵。从短期经济性分析，虽然采用图(a)形式初期投资小，但从长期运行来分析，两处减压阀消耗的能量转化为后期水泵运行的电费，使后期成本增加。而且12层处设置的减压阀往往不能满足《建筑给排水设计规范》3.4.9规定的减压阀前阀后压力差小于0.4MPa(可调式)或减压比例小于3：1(比例式)的要求，往往需要串联减压阀，不仅提高了成本，也增加了前期安装和后期维护管理的困难。而采用图(b)、(c)的形式增设了一套低压给水泵和低区给水管线，初期投资较图(a)高一些，但减少了一组减压阀，从而将图(a)中低区减压阀浪费的能量节省下来，后期电费较图(a)低。

　　可见消耗的能量与减压阀减压的压力差和通过的水量成正比。图(a)中12层处减压阀前后压差最小值可按其与顶层垂直高度差记，按40m考虑。将V=1代入可得1吨水消耗能量，

　　WP1-WP2=1000×1×40×9.8=392000J=392kJ=0.109kWh

　　注：1kWh=1000W×3600s/1000=3600kJ

　　假设本楼每层住户数按两个单元共8户，则由本减压阀供水的6-12层住户总数为8×7=56户，每户按3.5人考虑，居民生活用水定额(平均日)按130L/(人·d)考虑则每年经过此减压阀的水量为

　　56×3.5×0.13×365=9300吨。

　　理论电耗：

　　9300×0.109=1014kWh。

　　3 、综合成本分析

　　水泵并联分区后增加一套增压泵和一套管路，工程造价有所提高。但由于分区的同时也分流了用户，每套管路的设计秒流量较统一供水有所降低，故选用变频泵的流量及管径可有所减少。而且每个单元低区可以省掉一套减压阀，因此增加的费用约为：

　　增压泵约8万元。增压设施为模块化设备，水泵可视为一组模块，单纯水泵数量增加，其他模块如气压罐、控制柜的成本在一定程度内变化幅度不大，仅仅增加了水泵这一模块的成本。而且由于采用了并联分区，高压区和低压区的设计秒流量都较原先合用泵时有所降低，因此水泵额定流量减少，可选择规格更小的水泵机组。因此并联分区后增压设备价格并不是原来价格×2，而是在一定程度上有所增加。(本文中根据厂家提供的参考价格将并联分区水泵增加的成本定为8万元)

　　增设管道带来的成本增加每栋楼约1万元。由于减少了一组减压阀组，且由于并联分区分流了设计秒流量，主干管管径经计算一般可比统一减压合用管道时降低一级管径，因此管道增加后的成本并非原先成本×2，而应综合分析确定。(本文管材按常用的涂塑钢管结合工程量定额进行分析，每栋楼由于并联分区所增加的管材成本约1万元)

　　水泵寿命按20年计，管道按50年计，则年折旧费用为80000/20+10000/50=4200元。

　　4 、综合经济比较

　　采用变频泵并联分区供水，每年省电费，按商用电1元/kWh计，为1014元。而设备折旧费用每年为4320元。每年节余为：

　　1014-4320= -3306元

　　从上面的结果看来，单栋建筑如采用变频泵并联分区供水从经济上分析不如统一减压供水。但居住小区往往由多栋单体楼组成，由设在泵房的增压设施集中供水，如单体数量为12栋，则每年电费节省总数为：

　　1170×12=12165元

　　每栋楼要增加管道，水泵寿命仍按20年计，管道按50年计，则年折旧费用为80000/20+12×16000/50=7840元。每年节余为：

　　12165-7840=4325元

　　经上述对比不难发现，在多栋建筑采用统一的增压设施进行区域集中供水的情况下，变频泵并联分区供水比统一减压供水拥有较高的长期经济效益。不仅如此，并联分区供水方式由于减少了减压阀的使用量，可减少噪声，以及减压阀的维护维修费用，具有一定的环境效益。

　　5 、总结

　　工程设计中采用变频泵分区供水方式还是统一减压供水方式，应当根据工程的实际情况，近远期相结合，进行经济技术对比，具体工程具体分析：

　　对于多栋建筑的区域联合供水系统，或用水量特别大的大型公共建筑，采用并联分区供水拥有较高的长期经济效益。特别是当层高不一致，只有少数几栋建筑的高度明显高于其他建筑时，对这几栋高的单体采用独立的高区供水，而在较低的建筑上只需低区泵供水即可满足压力要求，既不需要另外增设一套管路，又可以省掉一套减压阀，相比统一减压供水有着近期和远期双重经济效益。

　　对于单栋用水量较小的高层建筑，当使用变频增压水泵供水时，若采用变频泵并联分区供水，由于初期投资大，节能的经济效益不明显，甚至不抵由此所增加设备和管道的折旧费，因此仍建议采用统一减压供水。

　　参考资料

　　1.《建筑给水排水设计规范》 GB50015-2003

　　2.《室外给水设计规范》 GB50013-2006