高层建筑给水能耗构成及分区节能原理分析

林 林，桂欢燕

（1.中国恩菲广州设计院，广州 510640；2.广州大学 土木学院，广州 510006）

高层建筑给水能耗构成及分区节能原理分析

林 林1，桂欢燕2

（1.中国恩菲广州设计院，广州 510640；2.广州大学 土木学院，广州 510006）

从水力学的角度对高层建筑给水进行能耗分析，揭示了高层建筑给水的能耗构成，分析了高层建筑给水分区的节能原理及不同分区方法的节能效果。

高层建筑；分区给水；能耗；节能

1 不分区给水的能耗构成

对于不采用分区供水的层数为m的高层建筑，如果各楼层流量依次为qi（i＝1，…，m），各楼层最不利配水点最小服务水头为Hi，各楼层最不利配水点位置与贮水池水面高差为Zi，各楼层水压超出所需压力的剩余水头为ΔHi（ΔHm=0），各楼层最不利配水点至水泵吸水口的沿程水头损失和局部水头损失之和为∑Hi，于是水泵扬程H满足下式：

式（1）适用于设置贮水池的传统2次供水方式，对于叠压供水方式，只需在水泵扬程中扣除市政管网剩余压力即可。

若建筑物总用水量Q=∑qi，则给水系统能耗为［1］：

显然，供水能耗可用图1中矩形ABCD的面积来表示［2］。

由图1可以看出，供水能耗等于各分矩形面积之和，故该高层建筑的供水能耗可表示为：

式中 N为建筑物供水能耗 （水泵的轴功率）（kW）；γ为水的重度（kg/m3）；Q为建筑总用水量（m3/s）；H为水泵所需总扬程（mH2O）；η为水泵的效率（%）；qi为第i层流量（m3/s）；Zi为第i层最不利配水点位置与贮水池水面高差（m）；Hi为第i层最不利配水点最小服务水头（mH2O）；ΔHi为水压超过第i层所需压力的剩余水头（mH2O）；∑Hi为第i层最不利配水点至水泵吸水口的沿程水头损失和局部水头损失之和（mH2O）。

从图1分析，并对1～3式进行整理可得：

其中，N1是保证各层最不利配水点的正常出流所必需的最小能量。在进行建筑给水系统设计时，Zi+Hi是确定的，由于这部分能量得到了有效利用，不存在降低能耗的空间。

N2是输送所需流量时克服沿程水头损失和局部水头损失所不可避免要消耗的能量。根据水力学的理论，供水管路的水头损失可以表示为［3］：

由式（9）可知，降低管道沿程阻力系数λ，增大供水管管径d，减小局部阻力系数ζ，减小流速，都可以起到减小能耗N2的作用。因此，设计时应该尽量选择水力特性较好的供水管材和局部阻力小的管件和阀门；管线布置的原则是“短而直”，并采用经济流速确定管径，这部分能量可节省的空间有限。

N3是由于不分区导致超压楼层出流量剩余水压所消耗的能量。式（7）中，ΔHi是各层配水点的剩余水头，这部分是白白浪费的能量，没有被利用。

综合分析说明，剩余水头的大小直接影响到配水点的流量大小，当配水龙头流量大于其额定流量时，就将造成水量和能量的浪费。同时，剩余水压的存在还会影响给水系统流量的正常分配，缩短配水附件的使用寿命等。所以，减小剩余水头、降低能耗是减少水量浪费，降低能耗的关键。

2 给水系统竖向分区的节能效果

2.1 分区给水能耗构成

分析可知，若要降低高层建筑的供水能耗，主要途径是减少因为超压而造成的能量浪费，在设计中可采用分区给水的方式实现。例如，在图1中第5层处增加分区，分区后的能耗构成如图2所示。5层以下的剩余水头均减少ΔH5，低区（≤5层）水泵扬程降为H′。

即为图2中阴影部分。可见分区可以在一定程度上减少由于剩余水头所产生的能耗。

分区后减少的能耗用ΔH表示为：

2.2 不同分区方案节能效果比较

为便于比较，假设每层的用水量均相等，每层楼高相等，整个建筑给水系统的总扬程为H，流量为Q。

2.2.1 串联分区

2.2.2 并联分区给水

3 结语

（1）高层给水能耗构成由3部分组成，其中能通过分区达到节能目的的只有超压楼层出流量剩余水压所消耗的能量。

（2）剩余水头的大小直接影响到配水点的流量大小，当配水龙头流量大于其额定流量时，将造成水量和能量的浪费。

（3）串联分区供水与并联分区供水的节能效果是完全一样的，且当分区无限大时，也只比不分区节省不超过50%的能量。参考文献：

［1］姜乃昌.水泵及水泵站（第四版）［M］.北京：中国建筑工业出版社，1998.

［2］张勤，宁海燕，傅斌.高层建筑给水系统能耗构成和节能措施分析［J］.中国给水排水，2007，23（10）：92－96.

［3］李家星，赵振兴.水力学（上册）［M］.南京：河海大学出版社，2001.

［4］王增长.建筑给水排水工程（第四版）［M］.北京：中国建筑工业出版社，1998.

TU991

A

1672-9900（2011）01-0065-03

2010－12－31

林林（1983－），男（汉族），江西赣县人，硕士，主要从事建筑给排水及市政管网研究与设计，（Tel）15913134455。