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香港建筑物供水系统的泵效率
摘 要
高层住宅给水系统的节能问题已成为当今可持续发展的一个重要问题。据报道，高层供水系统的能源效率在25%以下，75%以上的输入能量损失中，约一半的能量损失属于水泵。低效率运行的水泵是极不受欢迎的。本文研究了香港高层建筑给水系统的在用泵的效率。根据对20个高层供水系统的调查，评价了抽水效率，并将其作为安装时间的函数。提出了在用泵效率的表达式，并给出了泵的更换时间。性能较好的泵的建议使用期较长，性能较差的泵的回收期较短。对于较大的泵建议进行更频繁的更换，回收期一般较短。
关键词：给水系统；能效；水泵效率；高层建筑
1.介绍
提高建筑给水系统的能效是当今减少碳排放的一种途。据报道，供水系统消耗1-4%的电力，是一个城市中最大的单一消费者。配水系统能耗是城市供水循环能源利用的重要组成部。在一些亚洲城市，供水系统的比能量从l.1到1.4kwh/m不。由于能耗与建筑高度成正比，因此使用中的泵的效率是一个值得关注的问题。香港是一个密集、高层的环境。
供水中约一半的能量损失被预留给泵送系。运行效率低的老化、维护不良和不匹配的水泵极不受欢迎。本文研究了香港高层建筑给水系统在用水泵效率问题。性能恶化的泵将被更换，并且通过节省能源成本来证明其合理性。
2.方法论
供水系统的能效可以使用下面的等式确
(1)
将水提升到水箱的能量和水的势能如下所示，其中是泵组的总传动效率，是水箱进口处可用的所需最小压强水头，是上进水管中所需的摩擦水头，是管道长度的一部分，是水升高度，它是从罐底到罐入口测量的高度的总和，近似于罐体积，顶部需求位置与罐底之间的高度差为，水箱水面与顶部需求位置，和底部需求位置，为总水rsquo;
(2)
供水系统的泵组的总传动效率由以下公式给出：其中,工作时间内,泵总压力为，泵总输水量为，线电流为，线电压为。
(3)
调查了20个供水系统，包括11个商业建筑、4个住宅建筑、3个学校建筑和2个养老建筑。在调查期间，查阅了泵的安装和运行记录，包括操作和维护手册、安装年份、安装成本、泵电机额定值、流量和压力、供水系统示意图。
3.结果和讨论
较大的电动泵组一般安装在建筑面积较大、交货地点要求较高、人口较多的建筑物上。被调查的电机额定值与总建筑面积（R=0.72，plt;0.01，t-test）、输送高度（R=0.64，plt;0.01，t-test）和人口（R=0.71，plt;0.01，t-test）相关。日平均能耗（kWh）与泵电机额定功率（kw）相关（R=0.91plt;0.01，t-test）。
系统效率与平均需求高度（）/2和泵效率的样本相关系数分别为R=0.42和0.72。这表明，在需求高度上，泵效率与整个系统效率之间有很强的关联。图2显示了泵效率与泵使用年（年）之间的显著相关性（R=-0.54，p=0.01，t-test），
（5）
据报道，水泵安装时间对效率一般呈下降的趋势。安装第一年泵的平均效率为67.8%，安装后的年效率下降为1.5%。性能下降可能是由于泵的腐蚀、叶轮、泵壳等部件结垢造成的。效率下降由以下表达式中显示的两条趋势线共同限制，这表明泵效率下降，从最佳情况到最差情况下为18.8％至2.84％。
（6）
泵效率
均值
单泵时间
日能耗
安装时间（年）
泵电机额定值（kw）
图1:20个供水系统的平均日能耗 图2:20个供水系统的泵效率
系统14和15（均在图2中编号）的设计相同，只是系统14的泵使用了20多年，但系统15的泵龄为1年，但泵效率非常不同，分别为0.54和0.74。平均效率下降由等式（6）中的最佳方案线近似得出。
更换泵可以提高系统的整体效率。发现所有系统之间系统1中的泵效率最低（=0.18）。泵的性能恶化是由泵的能耗增加引起的。更换水泵可以降低能耗，但需要安装成本。为了编制预算，等式（7）给出了泵组的更换成本（港元）。它是根据安装成本加上成本计算出来的。与泵电机额定功率（kw）成比例。以每千瓦时1港元的能源成本计算，水系统的年能源成本（港元）由式（8）给出。
(7)
(8)
建议更换泵，以便最小化在时间（年）内累积额外能源成本的总成本，这与新安装相比，安装成本是合理的，
(9)
表1所示的相应投资回收期由等式（10）确定。一般来说，更好的方案会延长建议的服务期，而较差的方案会缩短投资回收期。据报道，大型泵更换频率更高，回收期一般更短。
(10)
表2.某泵的指定服务期和回收期
|
泵额定值 |
服务期和回收期 |
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最佳 |
中等 |
最差 |
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40kW |
|||
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1kW |
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4.结论
建筑节能是香港可持续发展战略。有必要制定一种系统的方法来解决高层供水系统支出所需的能源效率问题。本文通过对20座高层建筑供水系统的调查，提出了抽水效率与安装时间的关系。提出了用泵效率随泵龄变化的表达式。性能较好的泵的建议使用期较长，性能较差的泵的回收期较短。据报道，大型泵更换频率更高，回收期一般更短。
感谢
本文所述的工作部分得到了研究资助委员会的资助。中国香港特别行政区（香港理工大学5272/13E）。
参考文献
[l] Shimizu Y, Toyosada K, Yoshitaka M, Sakaue K. 通过节水创造碳信用。
水2012；4:533-544。
[2] Plappally AK, Lienhard JH. 水生产、处理、最终用途、回收和处置的能源要求。2012年可再生能源和可持续能源审查；16:4814 4848。
[3] Cheng CL. 建筑用水与节能的相互关系研究。能源与建筑2002；34:261-266。
[4] Cheung cT, Mui KW, Wong LT. 高层建筑高位水箱的节能。应用能量2013；103:685-691。
建筑给排水节水技术探讨
齐俊峰1，*，杨艳艳2，胡林鹏3
1.中国长春市吉林建筑与土木工程学院市政与环境工程学院
2.中国长春吉林大学汽车工程学院热能工程系
3.中国长春亚泰房地产开发有限公司jlsqjf@126.com
摘 要
针对建筑给排水的现状，分析了建筑给排水的节水技术，以实现水资源的有效利用。节水技术主要包括合理限制配水点压力，避免超压流量；完善热水供应系统，减少无效冷水；采用节水型配水装置和卫生洁具，促进优质管道和阀门的利用，改进现有消防水池的建设，开发和推广再生水和雨水的利用技术。
关键词：建筑给排水；节水；技术。
一、引言
水是关系人类生存和发展的战略资源。我国水资源总量居世界第六位，但人均占有水资源量仅为世界平均水平的四分之一。我国水资源分布极不平衡，全国三分之二的城市缺水程度各不相同。近年来，城市生活面临着日益严重的水资源短缺和水污染问题，不仅困扰着人民的生活，而且成为阻碍社会经济可持续发展的主要制约因素。因此，我们应该把重点放在节水上。建筑节水是系统工程。除制定节水相关法律法规、加强日常管理和公共教育外，利用价格杠杆促进节水外，还应采取有效的技术措施，确保施工节水工作的全面实施[1]。
二、合理限制配水点压力，避免超压流量
《建筑给水排水设计规范》第3.3.5条中，高层建筑的生活给水系统应垂直分区，住宅配水点的静水压力不大于0.35MPa，办公楼的静水压力不大于0.45MPa。在特殊情况下，静水压力不大于0.55MPa，虽然本规范对给水配件和供水管道的最大压力作出了一定的限制性规定，但从防止超压流量的角度考虑，这是为了防止给水配件高压造成的损坏。
试验结果表明，当水龙头全开时，最大流量为0.46L/s，相应的动压为0.22MPa，静水压为0.3Mpa。以额定流量Q=0.15L/s为标准，节水龙头全开时的流量为额定流量的3倍。在另一项针对67个水龙头的测量调查中，有47个水龙头超过了额定流量[2]。超标率达到61%。因此，供水系统超压流量问题严重，应采取以下措施。
a.合理确定供水压力
给水分区压力按《建筑给水排水设计规范》执行，卫生洁具的最佳使用水压在0.10MPa～0.20MPa之间，大部分为超压流。近年来，支管减压在工程中得到了广泛应用，成为节水的重要措施。在供水分区的下部，在满足卫生洁具供水配件额定流量要求的前提下，减压后的供水水压应尽可能低。建议卫生洁具配水点最低静水压力大于0.15MPa时，在供水分区的较高部位，应采取减压措施。
b.采取减压措施
在供水系统中合理配置泄压装置，意味着水压应限制在极限值以内，减少超压流量的威胁。减压阀可以降低动、静压，具有良好的运行特性，对节流、吸声效果明显，在新建筑中得到广泛应用。但是减压阀价格昂贵，因此，应该在对贫困地区和落后地区进行经济比较后再使用。比例阀结构简单，价格合理，推荐使用。减压孔板与减压阀相比，系统简单，投资少，管理方便，但减压孔板只能降低动压而不能降低静水压，下游压力总是随上游压力和流量变化。因此，它只能在供水压力需求较小的情况下使用。
三、完善热水供应系统，减少无效冷水
随着人民生活水平的提高和建筑功能的提高，建筑热水系统逐渐成为建筑给水系统不可缺少的组成部分。据调查，大部分集中供热系统存在严重的浪费现象。这主要体现在打开热水器后不能及时获得满意的热水，而是放出一些冷水供正常使用。现行《建筑给水排水设计规范》提出了三种热水循环方式。包括支管循环、立管循环和主管循环。无回路热水系统可用于小型热水供应系统，如提供限时热水供应的工厂洗浴中心。
以北京某12层公寓为例，采用支管循环、立管循环和干管循环的方法，计算出理论上的无效冷水量、节水量以及相应回水系统工程的估算成本。从节水量和满足度的角度出发，从好到坏依次为支管循环、立管循环、主管循环和无回路系统。根据资金到位时间，支管循环约30年，立管循环约12.5年，主管循环约12.7年[3]。因此，考虑到建筑的节水效果和工程造价，在新建建筑集中供热系统中不宜采用主管循环方式和无回路系统。根据建筑性质、建筑标准、区域经济条件和具体情况，可采用支管循环或立管循环，减少甚至消除无效冷水的浪费。
四、采用节水型点水器具和卫生洁具
a.采用节水型点水装置
当水压相同时，陶瓷芯节水龙头、充气龙头等节水量在20%~30%之间。陶瓷芯节水龙头不仅密封性能好，开关数万次无滴漏，而且具有显著的节水效果。特别是当静压较高，普通水龙头出水量较大时，节水龙头的节水量较大。节水淋浴器每分钟只需9升水，比普通淋浴器节省一半的水。在公共建筑中，延时自闭或光电控制水龙头和冲洗阀用于避免水的浪费。因为这些卫生器具的排放时间可以在一定范围内调整。另一方面，这些卫生器具可以自行操作，防止细菌传播。
b.采用节水型卫生洁具
住宅冲厕水量约占全天水量的30%~40%。在目前的住宅卫生间中，大便与排便共用同一马桶，采用同一冲水，冲水量大于或等于11L。用水量大。这显然是浪费。除了推广使用冲水量小于或等于6L的马桶外，还有一种带有两个齿轮水箱的马桶[4]。冲洗小便时冲洗水为3L，冲洗大便时冲洗水
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