调速水泵在给水系统应用条件及耗能分析

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发布时间:2017年6月17日

    恒速水泵在调速运行时与其恒速运行时相比,因其明显的节能效果而令人瞩目。但是,调速水泵在不同条件的给水系统中使用,节能效果却有明显的差异,甚至可能明显浪费能量,而且供水安全度较差。在给水系统设有消防给水时,采用调速水泵无水箱供水就是一例。

    《建筑设计防火规范》(以下称《建规》) 和《高层民用建筑设计防火规范》(以下称《高规》)规定: 设置高压(常高压)消防给水系统的建筑物,如能保证最不利点的消火栓和自动喷水灭火设备等的水量和水压时,可不设消防水箱。高压(常高压)消防给水系统的概念包括两个含义:即在消防时,给水系统不需要再启动专用消防水泵就能供给足够压力和全部消防用水量,并且在任何时候都保证不中断供水。据此,讨论下面几种给水系统是否符合消防规范要求和必须符合消防规范要求的条件。

    1 目前比较典型的一种调速水泵无水箱消防给水系统
    该系统平时在管网中充有满足消防要求的压力值P1,为防止因管网漏失水量造成压力下降,采用稳压泵3,此泵为全日运行的小型恒压调速水泵随时在调速运行中补给漏失水量,保证管网压力值P1不变。稳压泵流量一般较小,常为0.5-1.0L/s。消防时,因消火栓出水量大,管网压力下降到某规定压力值P2时,启动主消防水泵供给满足消防要求的用水量和压力。另一种形式为稳压泵3不采用恒压调速水泵,而是采用小型恒速泵补压,称为补压泵。此时,设计管网压力大于消防要求压力值P1的某个压力值P3,当管网因漏失水量压力下降到P1时,补压泵启动向管网补水,使管网压力上升到P3时补压泵停止工作,补压泵为间断性工作。消防时,因消火栓出水量大,管网压力下降到P1以下某个压力值P4时,启动主消防水泵供给满足消防要求的用水量和压力。补压泵流量一般为5L/s左右。由上述可知:图1消防给水系统在消防时需要启动主消防水泵供给消防的全部用水量和压力要求,是临时高压给水系统,不符合防火规范要求。

    2 设计实例较多的一种消防给水系统
    该系统是生活和消防合并的调速水泵无水箱给水系统。调速水泵! 为恒压调速,意在使调速水泵满足生活用水的压力不变,适应生活用水量变化,以达到节能的目的。消防时启动消防水泵满足消防用水量和水压要求。明显是临时高压给水系统,不符合防火规范要求。

    3 调速水泵无水箱恒压给水系统
    该系统为调速水泵无水箱恒压消防给水系统。工作的调速泵2(或3)长年累月连续运行,在调速范围内不仅保证消防时的压力要求,而且能线性地连续供给消防过程中部分乃至全部用水量。在实施消防过程中,没有再启动消防水泵的环节,防护人员只要把水龙带接在消火栓上,就立即实施灭火。该系统是高压(常高压)消防给水系统。

    4 高压(常高压)给水系统,必须有可靠的供电电源,保证消防水泵正常运行,才能保证不中断供水。

    《建规》和《高规》各自规范中,根据不同建筑物的类别,规定和消防给水相一致的消防电源等级。如《高规》规定消防控制室、消防水泵、自动灭火装置、阀门等消防用电,一类建筑应按现行的电力设计规范规定的一级负荷要求供电,即由两个电源供电。负荷量不大时,可采用柴油发电机组作为备用电源,对特等建筑物应从电力系统取得第三电源或自备电源。二类建筑应按二级负荷的两回线路要求供电。两个电源或两回线路应能自动切换,自备发电设备应有自动启动装置。《建规》也按建筑物不同类别,规定其消防电源分别为一、二、三级负荷供电要求。这就是说高压(常高压)消防给水系统的设计要考虑建筑物的类别及其消防电源等级。图3虽然在给水系统上理解属高压(常高压)消防给水系统,但对消防电源等级较低的建筑物,突然停电会造成无水灭火的严重后果。消防电源等级是设计高压(常高压)消防给水系统的必要条件。

    5 生活和消防合并的调速水泵无水箱给水系统是浪费能量的装置。其浪费的能量为把全日生活用水量扬升到消火栓需要压力所做的功。举例为8层住宅建筑居住区,人口1万人, 最高日用水量标准130L/人·d,其最高日用水量为1300m3,水泵24h工作,平均小时用水量54m3,所需供水压力为36m水柱,水泵工作效率为73%。当图3 仅作为该居住区生活用水给水系统时,调速水泵恒压值为36m水柱, 水泵全日耗电量为((0.00272*54*36)-0.73)*24=174KW·h。按《建规》要求,8层住宅应设消防给水,设计消火栓口径为DN50mm, 水枪喷嘴口径16mm,口径DN50mm麻织水龙带长20m,水枪充实水柱长度7m,计算消火栓口压力为11.39m水柱,则该居住区以图3作为生活和消防合并的给水系统,调速水泵恒压值应为36+11.39=47.39m水柱,平时无消防时,调速水泵仍将全部生活用水量扬升到47.39m高度,全日耗电量为(0.00272×54×47.39)÷0.73×24=229kw/h,给水系统多耗电,(229-174)÷174=0.316,即31.6%,若按消防时水枪充实水柱长度10m,计算多耗电50%。再考虑调速水泵的小流量运行下的低效率区工作,其耗电量远大于上述值。

    6 调速水泵无水箱消防给水系统更是白白浪费能量的装置。图3仅作为消防给水系统时,调速水泵长年累月运行,仅补充管网容积很少漏失水量,甚至到零流量,致使调速水泵长期低效率区工作,仅水泵零流量时功率损耗就白白地浪费掉能量40%左右。

    通过上面的讨论分析,调速水泵应用在消防给水系统中,不仅需要有等级高的消防电源,而且在长期运行中耗能较多,磨损消防机械造成维护管理不便,很不经济。因此,除在非常特殊条件下,不应采用。