我國建筑給排水行業(yè)建筑節(jié)能的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

我國建筑給排水行業(yè)建筑節(jié)能的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

0建筑領(lǐng)域建筑節(jié)能要求中國是一個(gè)能源需求大國，建筑能耗占總能耗的1.3%，其中99%的建筑節(jié)約能源。因此，國家發(fā)展和改革委員會(huì)在新時(shí)期的建設(shè)中發(fā)揮了重要作用。在建筑給排水行業(yè),建筑節(jié)能主要體現(xiàn)在限壓、節(jié)水以及太陽能衛(wèi)生熱水等方面。在節(jié)水方面,我國規(guī)定了強(qiáng)制淘汰沖水量9L以上的便器水箱和鑄鐵龍頭,提倡節(jié)水型的衛(wèi)生用具;太陽能作為綠色能源,在建筑衛(wèi)生熱水供應(yīng)方面的應(yīng)用也越來越普及;但在供水壓力和水頭損失的控制方面,在《建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50015—2003,以下簡稱“規(guī)范”)和具體的工程設(shè)計(jì)中,均沒有引起足夠的重視。1流量控制不合理的應(yīng)用1.1管道回流防止器“規(guī)范”第3.2.5條規(guī)定,在給水管上單獨(dú)接出消防用水管道、城市給水管直接向熱水機(jī)組等密閉容器注水的注水管上、居住小區(qū)從城市給水管引兩路進(jìn)水構(gòu)成環(huán)網(wǎng)的進(jìn)水管上等七個(gè)部位需設(shè)管道倒流防止器或其它有效的防止倒流污染的裝置。用于管道交叉連接的防回流污染裝置有減壓型倒流防止器、非減壓型倒流防止器、雙止回閥、真空破壞器等。目前用于干管上連續(xù)壓力水流,既可防虹吸回流又可防背壓回流,有效的防止倒流污染裝置只有減壓型倒流防止器,這也是新的國家《給水系統(tǒng)防回流污染技術(shù)規(guī)程》(審批中)中強(qiáng)制規(guī)定的倒流防止器形式。1.2下降后的下腔壓力p減壓型倒流防止器是由兩個(gè)相互獨(dú)立的彈簧助閉彈性密封止回閥和中間減壓腔內(nèi)一個(gè)獨(dú)立的水力差動(dòng)式泄水閥構(gòu)成兩個(gè)止回閥組合而成。在正常水流狀態(tài)下,兩個(gè)止回閥被正向水壓力開啟,上游壓力為P1,第一個(gè)止回閥產(chǎn)生的水頭損失使中間泄水腔的壓力Pi恒小于P1,其壓差ΔPi使泄水閥關(guān)閉,水流正常流通。泄水閥的關(guān)閥壓力ΔPi,一般歐美國家規(guī)定不小于2psi(14kPa),此時(shí)閥組水頭損失約60~90kPa。在靜壓狀態(tài)下,兩個(gè)止回閥都被彈簧關(guān)閉,中間泄水閥被壓差ΔPi關(guān)閉。如果上游壓力P1降低,泄水閥將可能開啟泄除一部分水以維持壓差ΔPi>14kPa;一旦上游壓力P1降低至14kPa時(shí),泄水閥將開始開啟;當(dāng)P1低于14kPa時(shí),泄水閥將完全開啟,將中間腔泄空,形成空氣隔斷或維持其最大泄流能力,從而防止虹吸倒流。當(dāng)下游壓力P2升高至接近或超過上游壓力P1,兩個(gè)止回閥都被彈簧快速關(guān)閉,防止背壓倒流,萬一下游止回閥密封不嚴(yán),則倒流水向中間減壓腔滲漏使減壓腔壓力升高,導(dǎo)致ΔPi≤14kPa時(shí),泄水閥開啟并維持足夠的泄流能力,以維持減壓區(qū)的存在,嚴(yán)格防止倒流發(fā)生。非減壓型倒流防止器是由雙止回閥及與大氣相通的泄水閥組成,沒有減壓腔,水頭損失較小,一般30~50kPa。雙止回閥僅由兩個(gè)止回閥組成,中間無泄水閥,結(jié)構(gòu)簡單壓損小,一般只有30~40kPa。真空破壞器一般只用于末端的非連續(xù)水流。減壓型倒流防止器是目前世界上最高等級(jí)的防回流控制設(shè)備,能有效防止虹吸回流和背壓回流。它的最大缺點(diǎn)是其水頭損失相當(dāng)大,達(dá)到60~90kPa,即使目前最新研制的一些低壓損系列,其水頭損失也有40~60kPa,在工程使用中還是偏大的。這是產(chǎn)品安全技術(shù)要求的結(jié)果,目前還不能克服,在實(shí)際應(yīng)用中由此產(chǎn)生的水頭損失會(huì)更大。首先,產(chǎn)品樣本上注明的水頭損失一般是額定流量下的出廠測(cè)試值,盡管其水頭損失與流量不成比例關(guān)系,但從筆者了解的幾種產(chǎn)品的水頭損失曲線看,其水頭損失隨流量的增加而有所上升,尤其在超過一定流量后其上升幅度較大。而在工程設(shè)計(jì)中,小區(qū)進(jìn)水管的管徑是按最高日小時(shí)流量選用,再疊加一次火災(zāi)的消防流量校核管徑。故在實(shí)際工況中,應(yīng)該按高峰時(shí)的設(shè)計(jì)秒流量以及消防時(shí)的流量校核倒流防止器的水頭損失值。另外,倒流防止器是一套機(jī)械產(chǎn)品,有嚴(yán)格的安裝、檢測(cè)和維護(hù)要求,閥體前后均須設(shè)隔離閥(檢修閥),閥前一般還需設(shè)管道過濾器,故整套閥組的水頭損失會(huì)達(dá)到100kPa以上。因此,減壓型倒流防止器是不經(jīng)濟(jì)的,只有在必須時(shí)使用,不可盲目濫用。1.3合理使用反向過載裝置1.3.1地下主流系統(tǒng)在目前的居住小區(qū)或大型公建設(shè)計(jì)中,為保證消防供水及生活用水的可靠性,往往設(shè)有兩路市政進(jìn)水,設(shè)計(jì)一般都在進(jìn)水總管上設(shè)總水表和倒流防止器,其后管道再在小區(qū)室外成環(huán)布置。當(dāng)從小區(qū)環(huán)網(wǎng)上接出消防給水系統(tǒng)、地埋式噴灌系統(tǒng)等,則需再次設(shè)倒流防止器。若市政供水壓力為0.2MPa,倒流防止器兩級(jí)串聯(lián)后,其后管網(wǎng)壓力基本已無法滿足室外低壓消防和采用地埋式噴頭噴灌的最低水壓要求。筆者認(rèn)為,將串聯(lián)系統(tǒng)作適當(dāng)調(diào)整,改為并聯(lián)系統(tǒng),可適當(dāng)降低水頭損失。1.3.2空氣間隙對(duì)于水景池、游泳池、游樂池、冷卻塔集水盤等開口容器的補(bǔ)水,設(shè)計(jì)應(yīng)創(chuàng)造條件滿足補(bǔ)水管口與溢流水位之間有2.5倍進(jìn)水管徑的空氣間隙,既可降低水頭損失,同時(shí)防回流也更可靠。目前的工程設(shè)計(jì)中,由于受建筑景觀的影響,冷卻塔往往設(shè)在最高屋面上。若在冷卻塔集水盤的補(bǔ)水管上安裝倒流防止器,則滿足冷卻塔補(bǔ)水所需水壓往往已大于頂層衛(wèi)生器具使用所需的水壓,增加了加壓水泵的揚(yáng)程,所以在這種情況使用倒流防止器很不合理,額外造成能量浪費(fèi)。1.3.3容器補(bǔ)水的回流防止器設(shè)置減壓型倒流防止器的防回流污染可靠性很高,但壓降相當(dāng)大,從而會(huì)引起供水能量的巨大浪費(fèi),國外一般用于有可能遭受有毒污染或嚴(yán)重有害污染場(chǎng)所的管道交叉連接。對(duì)于輕微有害污染的場(chǎng)所,可采用非減壓型倒流防止器或雙止回閥倒流防止器。而“規(guī)范”僅僅對(duì)需設(shè)防回流污染裝置的部位作了強(qiáng)制性規(guī)定,沒有對(duì)不同污染液體采用的防回流污染安全等級(jí)作出規(guī)定,致使在設(shè)計(jì)中也無法對(duì)倒流防止器的類型作出合理選擇而一律采用最高等級(jí)的減壓型倒流防止器?！耙?guī)范”第3.2.5條的第4點(diǎn)與第3.4.7條的第2點(diǎn)相互有些矛盾,前者規(guī)定從城市給水管直接向水加熱器等密閉容器補(bǔ)水的補(bǔ)水管上需設(shè)倒流防止器,而后者規(guī)定從已在市政引入管上設(shè)倒流防止器的小區(qū)給水環(huán)網(wǎng)或二次加壓給水管向水加熱器注水的進(jìn)水管上,則僅需設(shè)止回閥而無須再次設(shè)倒流防止器,規(guī)范對(duì)前后兩者因影響范圍不同而有所區(qū)別對(duì)待。但從小區(qū)或建筑供水的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)與城市供水的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)一致性角度理解,后者也應(yīng)設(shè)倒流防止器,由此卻造成冷熱水系統(tǒng)壓力的不平衡,淋浴器水溫調(diào)節(jié)困難而無效出流,造成水量浪費(fèi)和能量浪費(fèi)。筆者認(rèn)為,在衛(wèi)生熱水供應(yīng)中,衛(wèi)生熱水是采用間接換熱制備的,換熱器或密閉貯水罐內(nèi)的熱水不含其它添加劑,其進(jìn)水管上可以僅設(shè)止回閥或雙止回閥。“規(guī)范”第3.2.3條規(guī)定城市給水管道嚴(yán)禁與自備水源的供水管道直接連接。條文解釋這是國際慣例。但筆者對(duì)“自備水源”不能明確理解,市政供水至小區(qū)后經(jīng)二次加壓是否為自備水源,還是用水單位從其它渠道獲得的輔助水源才是自備水源,筆者查找國外的部分文獻(xiàn),認(rèn)為所指的是后者。比如在杭州地區(qū),城市供水條例規(guī)定多層住宅取消屋頂水箱,采用城市管網(wǎng)直供,但目前某些區(qū)域在夏季用水的高峰時(shí)段,頂層(6層)的供水壓力會(huì)出現(xiàn)不足,所以設(shè)計(jì)一般在市政供水的旁通管上設(shè)置臨時(shí)增壓設(shè)備,水壓不足時(shí)啟用,一般時(shí)段利用市政供水壓力直供。但因二次加壓管與市政管的連接而需在市政供水管上設(shè)置倒流防止器,市政供水壓力因此損失40kPa以上,則原本非高峰時(shí)段可供至6層的市政壓力卻只能供至4層,本來只需短時(shí)間啟動(dòng)的增壓設(shè)備反而需全年啟動(dòng),造成能量巨大浪費(fèi)。如果同樣從衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)一致性角度要求,則此處可不設(shè)倒流防止器而僅設(shè)止回閥或非減壓型的倒流防止器。另外,“規(guī)范”第3.6.15條,管道倒流防止器的局部水頭損失宜取25~40kPa,對(duì)于非減壓型支管減壓閥(如雙止回閥型、真空破壞型等,安全等級(jí)有所下降)的取值差不多,對(duì)于減壓型倒流防止器明顯是偏小的。2給水系統(tǒng)明智選擇2.1分壓閥分區(qū)設(shè)計(jì)加壓給水系統(tǒng)有水泵-水箱聯(lián)合供水、變頻調(diào)速供水;系統(tǒng)的豎向分區(qū)可采用給水設(shè)備分區(qū),也可共用給水設(shè)備豎向采用減壓閥分區(qū),或結(jié)合支管減壓閥分區(qū)等,供水系統(tǒng)的方式需結(jié)合建筑豎向標(biāo)高、建筑功能、用水量大小等綜合考慮。在具體工程設(shè)計(jì)中,則需要對(duì)幾種可行的系統(tǒng)分區(qū)方案,進(jìn)行設(shè)備管網(wǎng)投資、運(yùn)行費(fèi)用、管網(wǎng)復(fù)雜程度等作分析比較,得出最優(yōu)方案。2.2水泵運(yùn)行效率的計(jì)算建筑供水能耗與供水系統(tǒng)方式有很大關(guān)系,但運(yùn)行費(fèi)用的量化測(cè)算比較復(fù)雜。一方面,減壓閥消耗的水頭損失為無效壓損,引起水泵機(jī)組所作的有用功增加;另一方面,水泵機(jī)組的效率也是運(yùn)行能耗的關(guān)鍵因素。筆者認(rèn)為在設(shè)計(jì)階段,水泵的功率可以用公式N=qH/(3.6×102η)來估算,為進(jìn)一步簡化單位換算(注:僅用于相對(duì)比較),水泵的全年運(yùn)行能耗W可以用全年水泵對(duì)用水量所作的有用功與水泵機(jī)組平均效率η的比值作粗略的比較,而水泵所作的有用功即為年用水量(Q)×水泵揚(yáng)程(H),故供水機(jī)組的年運(yùn)行能耗公式可簡化為W=QH/η;而減壓閥引起的無效能耗,理論上即為全年通過減壓閥的流量與所減壓力值的乘積。水泵運(yùn)行效率可從水泵性能的效率曲線圖上查得。一般地,建筑給水系統(tǒng)中的水泵都是小流量泵,高效區(qū)效率約為50%~70%(指進(jìn)口或合資泵)。從各系列水泵的效率曲線圖可以看出:較大流量泵其效率也較高,水泵工頻運(yùn)行時(shí)的高效區(qū)域較寬,變頻運(yùn)行時(shí)效率有所下降,并且高效區(qū)變窄。設(shè)計(jì)選泵時(shí)是依據(jù)最高可能流量來確定的,這就意味著它將通常運(yùn)行在最大流量以下區(qū)域,所以一般選變頻泵應(yīng)選擇工頻時(shí)效率曲線的右邊,以保證在流量下降時(shí)保持較高效率。但即便如此,變頻泵在某些時(shí)段也會(huì)滑出高效區(qū)運(yùn)行,尤其是對(duì)于某些用水量不大但用水變化系數(shù)比較大的建筑。2.3水泵效率比較供水豎向分區(qū)是采用水泵分區(qū)還是減壓閥分區(qū),在有些工程中是明顯容易選擇的,而有些工程卻需要作一番分析比較。例如,一個(gè)住宅小區(qū),有20棟一梯二戶的14~16層住宅,底部2層市政直供,2層以上供水設(shè)備可以不分區(qū)設(shè)一組,也可以分區(qū)設(shè)兩組(低區(qū)3~9層,高區(qū)10~16層)。對(duì)兩種方式作如下比較:前者能耗W1=QH/η,后者能耗W2=Q1H1/η1+Q2H2/η2,其中Q,H,η為水泵不分區(qū)時(shí)的全年供水量(即用水量)、水泵揚(yáng)程、水泵機(jī)組的平均效率,Q1,H1,η1和Q2,H2,η2分別為水泵分區(qū)時(shí)的高低區(qū)全年供水量(即用水量)、水泵揚(yáng)程、水泵機(jī)組的平均效率,Q,H,Q1,H1,Q2,H2均可經(jīng)計(jì)算而得,且H≈H1,Q=Q1+Q2,水泵機(jī)組的平均效率可根據(jù)水泵效率曲線測(cè)算(注:供水機(jī)組的流量是按設(shè)計(jì)秒流量選用)。因小區(qū)比較大,供水流量比較大,每組供水設(shè)備均由3臺(tái)水泵并聯(lián),運(yùn)行時(shí)水泵多在工頻高效區(qū),只有一臺(tái)水泵是變頻運(yùn)行,根據(jù)水泵效率曲線分析,兩種分區(qū)方式其供水機(jī)組的平均效率相差不大,均可維持在50%~55%;能耗測(cè)算結(jié)果,分區(qū)比不分區(qū)可節(jié)約能耗15%,分析其原因,這部分能耗主要是消耗在減壓閥上。所以在水泵機(jī)組平均效率相差不大的情況下,不可為簡化系統(tǒng)而盲目采用減壓閥分區(qū)。如果只有一棟這樣的住宅,其供水流量比較小,水泵多在變頻區(qū)運(yùn)行,平均效率約50%,分區(qū)后流量更小,效率更低下,高區(qū)、低區(qū)水泵效率均只有40%左右,比較結(jié)果是不分區(qū)比分區(qū)的能耗還略有增加。原因是水泵效率下降引起的能耗增加還不足以克服由減壓閥無效壓損引起的有用功增加,供水系統(tǒng)毫無疑問應(yīng)該選擇不分區(qū)供水。如果能耗測(cè)算結(jié)果是不分區(qū)供水與分區(qū)供水的能耗相差不大,則從簡化管網(wǎng)、降低初次投資考慮應(yīng)優(yōu)先采用不分區(qū)供水。但如果能耗測(cè)算結(jié)果是不分區(qū)供水比分區(qū)供水有所下降,但下降幅度不大,則要針對(duì)具體工程的管網(wǎng)布置、管道井、機(jī)房設(shè)置情況、投資成本和使用成本比較等作具體優(yōu)化分析,才能得出最佳方案。2.4水泵-水泵供水以前的建筑給水設(shè)計(jì)比較普遍采用水泵-水箱聯(lián)合供水方式,近年來,為防止屋頂水箱引起的二次污染和隨著水泵變頻技術(shù)的發(fā)展,水箱供水方式已逐漸被變頻給水方式替代。但在一些辦公建筑和教學(xué)樓中,其用水點(diǎn)僅為各層洗手間,用水量不大。在這種情況,采用水箱供水比變頻供水更節(jié)能,因?yàn)閮烧呷晁鞯挠杏霉鞠嗤?雖然前者水箱進(jìn)水水頭為無效壓損,但兩者全年所作的有用功相差不大,而前者的水泵是在工頻高效區(qū)運(yùn)行;而后者因?yàn)橛盟坎淮?供水機(jī)組采用一泵或二泵即可滿足水量要求,所以運(yùn)行時(shí)機(jī)組水泵(至少為1/2水泵)大多時(shí)段是變頻運(yùn)行,效率低下。而水箱的二次污染是完全可以通過設(shè)計(jì)避免的,并且有許多辦公樓的飲水多采用直飲水或桶裝水,筆者設(shè)計(jì)現(xiàn)已投入運(yùn)行半年的上海某辦公大樓,即采用水泵-水箱供水,運(yùn)行穩(wěn)定,業(yè)主反映良好?，F(xiàn)在杭州地區(qū)的工程審批中,把水箱供水方式全盤加以否定,筆者認(rèn)為是不合理的。以上只是介紹一種粗略的比較方法,實(shí)際工程千變?nèi)f化,而實(shí)際用水曲線、水泵機(jī)組的實(shí)際效率等都存在很多不可預(yù)見性。對(duì)于豎向系統(tǒng)的優(yōu)化,經(jīng)驗(yàn)性也比較重要,應(yīng)對(duì)一些已建工程作一些回訪調(diào)研,采集流量、電耗等數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,得出一些概率統(tǒng)計(jì)性的參考經(jīng)驗(yàn)。3次加壓與市政最低水壓在以往的工程設(shè)計(jì)中,一般均不允許二次加壓水泵直接抽吸城市管網(wǎng)水,以防止城市