一種用于高層建筑的新型中水供水系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

1、<p>　　一種用于高層建筑的新型中水供水系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)</p><p>　　（華北電力大學(xué)（保定）能源動(dòng)力與機(jī)械工程學(xué)院 河北保定 071000） </p><p>　　摘要：高層樓房排放的廢水仍具有很大的勢(shì)能，直接排掉造成了很大的能源浪費(fèi)，筆者針對(duì)這種現(xiàn)象，設(shè)計(jì)一種用于高層建筑的新型節(jié)能中水供水系統(tǒng)，本設(shè)計(jì)的原理是將高層建筑排水的勢(shì)能通過(guò)一種新型壓力罐傳壓來(lái)作為中低層中水供

2、水的動(dòng)力，從而回收利用高層排水的勢(shì)能，達(dá)到節(jié)能的目的。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：高層建筑中水給水 節(jié)能 廢水收集水箱 壓力罐 </p><p><b>　　1、前言： </b></p><p>　　隨著能源危機(jī)的日益加重，節(jié)能減排如今已成為全世界共同關(guān)注的熱點(diǎn)話(huà)題。我國(guó)建筑耗能約占社會(huì)總能耗的三分之一，建筑耗能已與工業(yè)耗能、交通耗能并列，

3、成為我國(guó)能源消耗的三大“耗能大戶(hù)”，因此建筑節(jié)能越來(lái)越受到人們的重視，建筑給排水涉及生活、生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域，其所消耗的能源在建筑能耗中占相當(dāng)大的比例，建筑給排水節(jié)能在整個(gè)建筑節(jié)能工程中具有極其重要的地位。 </p><p><b>　　2、設(shè)計(jì)方案 </b></p><p><b>　　2.1、方案綜述 </b></p><p&

4、gt;　　筆者通過(guò)現(xiàn)有給排水中存在的問(wèn)題，設(shè)計(jì)出一種用于高層樓房的新型節(jié)能中水供水系統(tǒng)，充分利用排水勢(shì)能，達(dá)到節(jié)能的目的。下面以某30層普通住宅中水供水系統(tǒng)為例，來(lái)介紹本系統(tǒng)的工作原理和過(guò)程。 </p><p>　?。▍⒖紙D1）由于樓房較高，該建筑采用的為串聯(lián)水泵、水箱給水方式，建筑所用中水來(lái)自于建筑小區(qū)中水系統(tǒng)。新設(shè)計(jì)在原有的中水給水系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增添廢水收集水箱和壓力罐等設(shè)備，構(gòu)成一套新型中水供水系統(tǒng)。 &l

5、t;/p><p>　　首先本裝置利用廢用水收集水箱將高區(qū)用戶(hù)排優(yōu)質(zhì)雜排水進(jìn)行收集、儲(chǔ)存，然后通過(guò)承壓管道與壓力罐相連，利用高區(qū)廢水收集水箱中廢水的高度水頭產(chǎn)生的壓強(qiáng)將預(yù)先充入壓力罐的中水壓入中區(qū)的中水供水水箱，這樣，原來(lái)安裝于地下中水儲(chǔ)水箱處的水泵就可以省去（后文有詳細(xì)論證），一來(lái)省去了原有的水泵的成本費(fèi)，二來(lái)也省去了水泵工作時(shí)所消耗的電能，從而達(dá) 圖1 </p><p>　　到節(jié)錢(qián)節(jié)能的目的

6、。 </p><p>　　2.2、壓力罐設(shè)計(jì)及運(yùn)行 </p><p>　　2.2.1、壓力罐的設(shè)計(jì) </p><p>　　筆者所設(shè)計(jì)的壓力罐的工作原理與隔膜式氣壓罐相似，所不同的是本裝置是通過(guò)液體壓液體來(lái)實(shí)現(xiàn)壓力的傳遞。目前隔膜式氣壓罐技術(shù)已經(jīng)非常成熟，工作時(shí)的最大承壓能力可達(dá)1.6mpa，即160米高度水柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)，采用氣壓罐的氣囊材料和密封方法完全可以保證50

7、米水柱在液壓過(guò)程中工作的可靠性和安全性，但考慮到橡膠氣囊老化或其他意外情況發(fā)生，同時(shí)考慮到廢水與中水水之間必須嚴(yán)格隔開(kāi)，筆者設(shè)計(jì)的壓力罐通過(guò)采用雙層隔膜的方法，來(lái)大大減小漏水的可能性；并且在里外兩層隔膜之間充入氣體夾層，同時(shí)在兩層隔膜之間安裝濕度感應(yīng)器，外接報(bào)警裝置。這樣一來(lái)系統(tǒng)發(fā)生漏水的幾率就很小了，并且做到當(dāng)壓力罐發(fā)生漏水故障時(shí)能第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)，及時(shí)停止該系統(tǒng)的工作進(jìn)行檢修。 </p><p>　　2.2.2、

8、壓力罐工作原理和運(yùn)行過(guò)程 </p><p>　　壓力罐的工作過(guò)程可分為兩個(gè)階段。 </p><p>　　第一階段：中水充入、廢水排出。由于壓力罐設(shè)置在中水儲(chǔ)水箱的高度之下，在水位產(chǎn)生的壓差作用下，中水通過(guò)止回閥進(jìn)入壓力罐內(nèi)中水充水區(qū)。此時(shí)電動(dòng)三通閥的通道a開(kāi)啟，通道b關(guān)閉，這樣實(shí)現(xiàn)了壓力罐中水水充入、廢水排出過(guò)程。 </p><p>　　第二階段：廢水充水，中水上供

9、。該過(guò)程的實(shí)施方案如下：當(dāng)生活廢水收集水箱中液位達(dá)到設(shè)定的水位時(shí)，電接點(diǎn)壓力表會(huì)將測(cè)得的壓力信號(hào)傳遞給控制器，控制器控制電動(dòng)三通閥動(dòng)作，此時(shí)通道a關(guān)閉，通道b開(kāi)啟，生活廢水進(jìn)入廢水充水區(qū)，在壓差作用下將中水經(jīng)過(guò)止回閥壓入中區(qū)中區(qū)水箱，這樣實(shí)現(xiàn)了壓力供水罐廢水充水、中水上供的過(guò)程。 </p><p><b>　　圖2 圖3 </b></p><p>　　2.3、廢水收集

10、水箱安裝高度的確定 </p><p>　　本系統(tǒng)只有在廢水收集水箱與中區(qū)中水水箱之間的高度差適當(dāng)時(shí)才能正常高效的運(yùn)作，下面仍以上文案例為例，通過(guò)一定的水利計(jì)算來(lái)說(shuō)明兩者之間高度差的確定方法。 </p><p>　　參考圖2，該建筑內(nèi)地面下中水儲(chǔ)水箱與中區(qū)中水水箱之間的高差約為50米（約15層樓的高度），橫向管路長(zhǎng)度取10米。用假定流速法進(jìn)行水利計(jì)算：假定壓水工程中管內(nèi)的流速為v=1m/s，

11、設(shè)計(jì)工作流量為25 m3/h，則由體積流量 ，可得管道管徑d=0.103m= 103mm通過(guò)查《建筑給排水設(shè)計(jì)手冊(cè)》可選取D108x3.5的鋼管，其流速v=0.9 m/s，比摩阻R=17 mm，實(shí)際工作流量為Q=28.08 m3/h。 </p><p>　　取管道總長(zhǎng)為L(zhǎng)=110m（廢水管、供水管各約50m，水平管道長(zhǎng)10m）， </p><p>　　壓力罐內(nèi)的外褶皺型隔膜、內(nèi)褶皺型隔膜為

12、環(huán)形褶皺，它們展開(kāi)后所具有的表面積內(nèi)表面積與壓力罐的內(nèi)表面積近似相等，這樣在壓水過(guò)程中隔膜自身便不會(huì)產(chǎn)生張力，大大減少其產(chǎn)生的阻力。因此本系統(tǒng)所需要克服的局部阻力便與生活供水所需克服的局部阻力近似相同，生活供水局部阻力損失的計(jì)算可按占沿程阻力損失的25%-35%進(jìn)行，這里取所占比例的最大值k=35%。 </p><p>　　則總阻力損失△P為： </p><p>　　△P =L×

13、R（k+1）=110×17×1.35=2524.5mmH2O=2.5mH2O </p><p>　　即只需要廢水收集水箱與中區(qū)中水水箱的高度差為2.5 m，就能克服管道內(nèi)的總阻力損失，實(shí)現(xiàn)節(jié)能供水。 </p><p>　　3、 經(jīng)濟(jì)效益分析 </p><p>　　仍以上文所述案例為例進(jìn)行分析。通過(guò)查閱建筑給排水設(shè)計(jì)手冊(cè)，可得在室內(nèi)有給排水衛(wèi)生設(shè)備

14、，并有沐浴設(shè)備及集中熱水供應(yīng)的普通居民住宅建筑內(nèi)，用水定額取q=250L/（人?d） ，小時(shí)變化系數(shù)取Kh=2.6，用水時(shí)間t=24h，該小區(qū)居民戶(hù)數(shù)為180戶(hù)，每戶(hù)平均人數(shù)選取3.5人，由此可得出最高日用水量為： </p><p>　　Q=q*3.5*180=157.5 m3， </p><p>　　沖廁用水量取q1=60L/（人?d），這部分水由糞便污水排水系統(tǒng)排出，不進(jìn)行收集，水量為

15、： </p><p>　　Q1=q1*3.5*180=37.8 m3 　　這樣可以收集的生活雜排水水量為： </p><p>　　Q2= Q - Q1=119.7 m3 </p><p>　　這樣由于廢水收集處理水箱設(shè)置在15層高處，此時(shí)水箱內(nèi)收集的日廢水量為總供水量的1/2，即：Q3=1/2Q=59.85 m3 </p><p>　　水量

16、損失取10%，則最終用來(lái)壓中水的水量為：Q4=0.9*Q3=53.86 m3 </p><p>　　中水用水定額取q2=70 L/（人?d），則日中水需求量為： </p><p>　　Q5=q2*3.5*180=44.1 m3 </p><p>　　由于可供中水量Q大于中水需求量，且富裕系數(shù)k= Q4 / Q5 =1.22 </p><p>

17、　　由此可得，原來(lái)設(shè)置于地下的加壓水泵省去。 </p><p>　　本系統(tǒng)的節(jié)能在于用收集來(lái)的廢水壓中水，每日可節(jié)約能量： </p><p>　　E=Q*1000*g*h=53.86*1000*9.8*50=26391400 J= 7.3309kw.h </p><p>　　取水泵效率為0.6，則每日可節(jié)約的電能為 </p><p>　　E=

18、E/0.6=12.218Kw.h </p><p>　　系統(tǒng)初投資為一個(gè)廢水收集水箱、一段長(zhǎng)約50m的承壓管道以及一個(gè)壓力罐及部分管件，同時(shí)省去了原有系統(tǒng)的加壓水泵，由于廢水收集水箱只是用來(lái)暫時(shí)收集廢水，工藝要求相對(duì)較低，工程造價(jià)初步取2500元左右， 新增大約50米的承壓管段，價(jià)格約為40元/米，需投入大概2000元，壓力罐成本可取2000元，另外新增電動(dòng)三通及控制裝置造價(jià)取500元，原系統(tǒng)中高揚(yáng)程水泵成本為5

19、000元每臺(tái)，這樣一來(lái)，用于本文所探討的案例的本系統(tǒng)的一次性投資相比原系統(tǒng)增量約為：V=2500+2000+2000+500-5000 = 2000元。 </p><p>　　在本文所探討的案例中本系統(tǒng)每日可節(jié)約電能12.218度，若每度電價(jià)取0.5元，則每年可節(jié)能E=12.218kw.h*360=4398 kw.h， </p><p>　　折算成電費(fèi)為每年可節(jié)錢(qián)2199元。 </p

20、><p>　　由上文分析可見(jiàn)本系統(tǒng)只需一年的時(shí)間便可將初投資多出的部分收回，而我國(guó)民用建筑使用周期一般約為70年，這樣一來(lái)本系統(tǒng)便有極大的節(jié)能節(jié)錢(qián)空間。 </p><p><b>　　4、總結(jié) </b></p><p>　　本文介紹了一種用于高層樓房的新型節(jié)能中水供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，通過(guò)上文的論證分析，本套系統(tǒng)具有很高的科學(xué)性和可行性，可以大大減少

21、高層建筑的中水供水耗能，推動(dòng)中水利用的發(fā)展，同時(shí)具有很好的經(jīng)濟(jì)效益，為高層建筑給排水節(jié)能提供了新的思路和方向，在當(dāng)今世界能源危機(jī)日益加重，水資源日益減少，建筑節(jié)能節(jié)水作為重點(diǎn)節(jié)能工程之一，得到各國(guó)家的高度重視的情況下，本系統(tǒng)具有廣闊的應(yīng)用前景。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　[1] 于強(qiáng)，原鵬，王吉?jiǎng)?高層建筑給排水節(jié)能方案實(shí)