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摘要:從充分利用市政水压、给水系统的选择、热水系统的节能措施等方面,论述了建筑给排水设计中的一些节能措施。
关键词:建筑节能;给排水;变频;太阳能
0引言
能源是发展国民经济的重要物质基础，也是制约国民经济的一个重要因素，我国和世界上绝大多数国家一样面临着能源危机，而在加强能源建设的同时，最大限度地提高能源的利用效率，大力降低能耗也已经越来越得到重视。虽然建筑节能规范主要是对建筑、暖通及电气专业提出的要求,但给排水专业在节能降耗方面也大有潜力可挖,本文对此进行探讨。
1充分利用市政水压
某市管网供水压力一般在25~30m,故应充分利用室外管网压力,即1~5层可由室外管网直接供给,5层以上自行加压供给。因此为了达到节能的目的，减少初期投资及日后的运行费用，本人在设计时与市政主管部门充分沟通,准确掌握建筑周边的市政供水资料,在满足用户用水量、水压安全性的基础上,在市政水压直供范围内尽量直供。
无负压变频供水装置是近年来发展起来的一种可充分利用市政水压的新型供水方式，无负压设备从稳压补偿式无负压供水设备到目前的智能箱式无负压不间断供水设备，技术日渐成熟。其工作原理如图1所示。
无负压装置工作原理图
自来水进入调节罐，罐内的空气从真空消除器内排出，待水充满后，真空消除器自动关闭。当自来水能够满足用水压力和水量要求时，供水设备通过旁通止回阀向用水管网直接供水；当自来水的压力不能满足用水要求时,系统通过压力传感器（或压力控制器、电接点压表）给出起泵信号起动水泵运行。水泵供水时，若自来水管网的水量大于水泵流量，系统保持正常供水，用水高峰期时，若自来水管网水量小于水泵流量时，调节罐内的水作为补充水源仍能保持正常供水，此时，空气由真空消除器进入调节罐，消除了自来水管网的负压，用水高峰期过后，系统恢复正常状态，若自来水供水不足或管网停水而导致调节罐内的水位不断下降，液位控制器给出水泵停机信号以保护水泵机组。夜间及小流量供水时，可通过小型膨胀罐供水，防止水泵频繁启动。该种系统主要有以下优点:
（1）节能效果显著,节能达到30%以上。
(2)采用变频泵,可以适应流量和压力变化。
(3)自动排气、补气、不产生负压,对自来水管网无影响。
(4)采用不锈钢系统,解决了二次污染。
2给水系统的选择
高层建筑加压给水系统主要有水池、水泵、水箱联合供水和水池、水泵调速供水两种方式。采取水池、水泵调速供水方式水压稳定,此系统无高位水箱,少了一个水质二次污染的环节,是目前建筑高度<100 m的高层建筑的主要供水方式,通过改变水泵电机频率来改变水泵出水流量,可以明显节能。
供水系统的水泵调速运行如图2所示。当管网中用水量由QA1减少至QA2时,如果泵站是定速运行情况,则水泵的工况点将由A1点自动移到A2点,此时管网中的静压由Hst增大为Hs′t,轴功率为NB′2(B2′点);如果泵站是调速运行情况,则水泵的工况 点将由A2点自动移到A2点,此时管网中的静压仍为H st,轴功率为NB′2 (B2′点)。泵站调速运行的优点主要是:1保持管网恒压供水(Hst基本不变);o节省电耗(即NB′2
图2 供水系统的调速运行
水泵调速一般是一个减速的问题。当采用变频调速时,原来按工频状态设计的泵与电机的运行参数均发生变化,另外,管路特性曲线、与调速泵并联运行的定速泵等因素,都会对电机调速范围产生影响,超过一定的调速范围,节能的目标就难以实现。一般认为,变频调速不宜低于额定转速的50%,最好处于75%~100%之间。因此,在选择变频泵组时,水泵台数一般Y 3台或者设计1台小流量泵,以适应一定范围内的流量变化。
居住小区给水泵房采用变频泵供给时,分区并联供水比水泵升压减压阀分区供水的安全性能高,且节省能量。
3热水系统的节能措施
3.1热水循环
集中供热的热水供应系统应采用循环系统是设计人员的共识,现在设计的热水系统基本上做到了立管循环,在设计时需要注意以下几点:
(1)循环系统应尽量设计成同程式,避免采用异程式,以防止出现循环水流短路,造成远冷近热,引起无效冷水量。
(2)冷热水起点压相同,但热水经换热器有水头损失,且相同流速下,热水管水头损失较冷水管大,在进行冷热水管计算时,适当放大热水管管径,减小热水管道水头损失,尽量保证冷热水供水系统在配水点处有相同的水压,减小用水时调节阀门的时间,以减少能耗。
(3)对于集中供热的建筑,当部分用水点较分散且远离供水设备时,这部分用水点宜采用局部加热设备,以减小供水管道的长度,减少热损失。
(4)对于设置分区给水系统的高层建筑,除在分区上冷热水压一致外,在同一个分区内热水出水点压力应适当控制,宜控制在25m以下,超过30m时宜设置支管减压阀,避免热水的超压出流,节约热量。
3.2开辟新型能源
3.2.1太阳能
太阳能作为清洁能源，取之不尽用之不竭，是节能的重要途径，利用太阳能制备生活热水,既节约能源,又保护环境。南方地区的日照时间较长,有条件的应尽量利用太阳能供热。
多层居住建筑的太阳能宜分散设置,在楼梯间公共部位设管道井,各户的太阳能进出水管均设在管井中,太阳能集热板热水箱设置在屋面。阴雨天无法使用太阳能时,热水由室内的其它热水器补充。
对于高层住宅,除了上部几层可以设置分散的太阳能热水器外,其他层不宜分散设置太阳能,应采用集中供热的太阳能热水系统。建筑的太阳能利用分为直接利用和间接利用,直接利用是热水流经集热器直接加热的系统;间接利用(热交换)是非耗用的传热流体工质流经集热器,利用换热器加热水的系统。辅助热源分为内置加热系统和外置加热系统,内置加热系统的辅助热源设备安装在太阳能热水系统的储热水箱(罐)内;外置加热系统的辅助热源设备安装在太阳能热水系统的储热水箱(罐)附近或供热水管路上。辅助热源启动方式分为全自动启动系统、定时自动启动系统及按需手动启动系统,全自动启动系统是指在全日制热水供应系统中,控制系统根据用水的要求,自动启停辅助热源加热设备;定时自动启动系统是指在定时热水供应系统中,控制系统根据供水时间段的要求,自动启停辅助热源加热设备;按需手动启动系统是指根据用户的需求,随时手动启停辅助热源加热设备。
3.2.2空气能热泵
“空气能”热水器采用逆卡诺循环原理，在电能驱动下，以制冷剂为载体，从空气中吸收热量以制取热水。“空气能”热水器以其高效、节能、环保的优势，成为继燃气热水器、电热水器、太阳能热水器之后的“第四代热水器”，是目前世界上最为先进的节能环保热水系统，可以广泛用于各类酒店家庭、公寓、复式楼和别墅等场所。
压缩机从蒸发器中吸入低温低压气体制冷剂，通过做功将制冷剂压缩成高温高压气体，高温高压气体进入冷凝器与水交换热量，在冷凝器中被冷凝成低温液体而放出大量的热量，水吸收其放出的热量而温度不断上升。然后高压低温液体经节流器降压后，在蒸发器中通过风扇的作用，吸收周围空气中热量从而蒸发成低压气体，又被吸入压缩机中压缩，这样反复循环，从而制取热水。少量的电能做功，就能把大量的空气热能转移到水中。
现在，有很多地方政府已经出台地方政策强制在设计时有条件的应尽量利用太阳能制热，如惠州、海南省等，以太阳能制热空气能热泵辅助加热被视为时下最节能的热水系统之一，它的系统原理如下图：
当有太阳能时，由太阳能制热水，将热水储蓄在保温水箱中，当没有太阳能时，由空气能从保温水箱取水加热，并由回水循环泵强制循环，以节能的方式达到不间断供热，特别适合公共建筑如酒店等高标准的建筑使用。
关键词:建筑节能;给排水;变频;太阳能
0引言
能源是发展国民经济的重要物质基础，也是制约国民经济的一个重要因素，我国和世界上绝大多数国家一样面临着能源危机，而在加强能源建设的同时，最大限度地提高能源的利用效率，大力降低能耗也已经越来越得到重视。虽然建筑节能规范主要是对建筑、暖通及电气专业提出的要求,但给排水专业在节能降耗方面也大有潜力可挖,本文对此进行探讨。
1充分利用市政水压
某市管网供水压力一般在25~30m,故应充分利用室外管网压力,即1~5层可由室外管网直接供给,5层以上自行加压供给。因此为了达到节能的目的，减少初期投资及日后的运行费用，本人在设计时与市政主管部门充分沟通,准确掌握建筑周边的市政供水资料,在满足用户用水量、水压安全性的基础上,在市政水压直供范围内尽量直供。
无负压变频供水装置是近年来发展起来的一种可充分利用市政水压的新型供水方式，无负压设备从稳压补偿式无负压供水设备到目前的智能箱式无负压不间断供水设备，技术日渐成熟。其工作原理如图1所示。
无负压装置工作原理图
自来水进入调节罐，罐内的空气从真空消除器内排出，待水充满后，真空消除器自动关闭。当自来水能够满足用水压力和水量要求时，供水设备通过旁通止回阀向用水管网直接供水；当自来水的压力不能满足用水要求时,系统通过压力传感器（或压力控制器、电接点压表）给出起泵信号起动水泵运行。水泵供水时，若自来水管网的水量大于水泵流量，系统保持正常供水，用水高峰期时，若自来水管网水量小于水泵流量时，调节罐内的水作为补充水源仍能保持正常供水，此时，空气由真空消除器进入调节罐，消除了自来水管网的负压，用水高峰期过后，系统恢复正常状态，若自来水供水不足或管网停水而导致调节罐内的水位不断下降，液位控制器给出水泵停机信号以保护水泵机组。夜间及小流量供水时，可通过小型膨胀罐供水，防止水泵频繁启动。该种系统主要有以下优点:
（1）节能效果显著,节能达到30%以上。
(2)采用变频泵,可以适应流量和压力变化。
(3)自动排气、补气、不产生负压,对自来水管网无影响。
(4)采用不锈钢系统,解决了二次污染。
2给水系统的选择
高层建筑加压给水系统主要有水池、水泵、水箱联合供水和水池、水泵调速供水两种方式。采取水池、水泵调速供水方式水压稳定,此系统无高位水箱,少了一个水质二次污染的环节,是目前建筑高度<100 m的高层建筑的主要供水方式,通过改变水泵电机频率来改变水泵出水流量,可以明显节能。
供水系统的水泵调速运行如图2所示。当管网中用水量由QA1减少至QA2时,如果泵站是定速运行情况,则水泵的工况点将由A1点自动移到A2点,此时管网中的静压由Hst增大为Hs′t,轴功率为NB′2(B2′点);如果泵站是调速运行情况,则水泵的工况 点将由A2点自动移到A2点,此时管网中的静压仍为H st,轴功率为NB′2 (B2′点)。泵站调速运行的优点主要是:1保持管网恒压供水(Hst基本不变);o节省电耗(即NB′2
图2 供水系统的调速运行
水泵调速一般是一个减速的问题。当采用变频调速时,原来按工频状态设计的泵与电机的运行参数均发生变化,另外,管路特性曲线、与调速泵并联运行的定速泵等因素,都会对电机调速范围产生影响,超过一定的调速范围,节能的目标就难以实现。一般认为,变频调速不宜低于额定转速的50%,最好处于75%~100%之间。因此,在选择变频泵组时,水泵台数一般Y 3台或者设计1台小流量泵,以适应一定范围内的流量变化。
居住小区给水泵房采用变频泵供给时,分区并联供水比水泵升压减压阀分区供水的安全性能高,且节省能量。
3热水系统的节能措施
3.1热水循环
集中供热的热水供应系统应采用循环系统是设计人员的共识,现在设计的热水系统基本上做到了立管循环,在设计时需要注意以下几点:
(1)循环系统应尽量设计成同程式,避免采用异程式,以防止出现循环水流短路,造成远冷近热,引起无效冷水量。
(2)冷热水起点压相同,但热水经换热器有水头损失,且相同流速下,热水管水头损失较冷水管大,在进行冷热水管计算时,适当放大热水管管径,减小热水管道水头损失,尽量保证冷热水供水系统在配水点处有相同的水压,减小用水时调节阀门的时间,以减少能耗。
(3)对于集中供热的建筑,当部分用水点较分散且远离供水设备时,这部分用水点宜采用局部加热设备,以减小供水管道的长度,减少热损失。
(4)对于设置分区给水系统的高层建筑,除在分区上冷热水压一致外,在同一个分区内热水出水点压力应适当控制,宜控制在25m以下,超过30m时宜设置支管减压阀,避免热水的超压出流,节约热量。
3.2开辟新型能源
3.2.1太阳能
太阳能作为清洁能源，取之不尽用之不竭，是节能的重要途径，利用太阳能制备生活热水,既节约能源,又保护环境。南方地区的日照时间较长,有条件的应尽量利用太阳能供热。
多层居住建筑的太阳能宜分散设置,在楼梯间公共部位设管道井,各户的太阳能进出水管均设在管井中,太阳能集热板热水箱设置在屋面。阴雨天无法使用太阳能时,热水由室内的其它热水器补充。
对于高层住宅,除了上部几层可以设置分散的太阳能热水器外,其他层不宜分散设置太阳能,应采用集中供热的太阳能热水系统。建筑的太阳能利用分为直接利用和间接利用,直接利用是热水流经集热器直接加热的系统;间接利用(热交换)是非耗用的传热流体工质流经集热器,利用换热器加热水的系统。辅助热源分为内置加热系统和外置加热系统,内置加热系统的辅助热源设备安装在太阳能热水系统的储热水箱(罐)内;外置加热系统的辅助热源设备安装在太阳能热水系统的储热水箱(罐)附近或供热水管路上。辅助热源启动方式分为全自动启动系统、定时自动启动系统及按需手动启动系统,全自动启动系统是指在全日制热水供应系统中,控制系统根据用水的要求,自动启停辅助热源加热设备;定时自动启动系统是指在定时热水供应系统中,控制系统根据供水时间段的要求,自动启停辅助热源加热设备;按需手动启动系统是指根据用户的需求,随时手动启停辅助热源加热设备。
3.2.2空气能热泵
“空气能”热水器采用逆卡诺循环原理，在电能驱动下，以制冷剂为载体，从空气中吸收热量以制取热水。“空气能”热水器以其高效、节能、环保的优势，成为继燃气热水器、电热水器、太阳能热水器之后的“第四代热水器”，是目前世界上最为先进的节能环保热水系统，可以广泛用于各类酒店家庭、公寓、复式楼和别墅等场所。
压缩机从蒸发器中吸入低温低压气体制冷剂，通过做功将制冷剂压缩成高温高压气体，高温高压气体进入冷凝器与水交换热量，在冷凝器中被冷凝成低温液体而放出大量的热量，水吸收其放出的热量而温度不断上升。然后高压低温液体经节流器降压后，在蒸发器中通过风扇的作用，吸收周围空气中热量从而蒸发成低压气体，又被吸入压缩机中压缩，这样反复循环，从而制取热水。少量的电能做功，就能把大量的空气热能转移到水中。
现在，有很多地方政府已经出台地方政策强制在设计时有条件的应尽量利用太阳能制热，如惠州、海南省等，以太阳能制热空气能热泵辅助加热被视为时下最节能的热水系统之一，它的系统原理如下图：
当有太阳能时，由太阳能制热水，将热水储蓄在保温水箱中，当没有太阳能时，由空气能从保温水箱取水加热，并由回水循环泵强制循环，以节能的方式达到不间断供热，特别适合公共建筑如酒店等高标准的建筑使用。