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摘要：某超高层建筑，建筑高度350m，80层。供水系统的设计欲对两种系统方案进行比较。方案一为变频加压供水系统；方案二为水箱重力供水+局部变
频供水系统。
关键词：高层建筑；供水；设备
前言
方案一供水区共分为7个区，四个泵房：低1区（3～12 层）、低2区（13～22 层）由设于地下二层的泵房内的低1区变频泵和低2区变频泵分别供给；中1区（23～37 层）、中2区（38～52 层）由设于23层避难层的中1区变频泵和中2区变频泵分别供给；高1区（53～65 层）、高2区（66～73层）由设于53层避难层的高1区变频泵和高2区变频泵分别供给；高3区（74～80层）由设于74层避难层的的高3区变频泵供给。方案二，为方便比较，重力系统大的分区与原设计保持一致（可优化），但除高3区外，在大分区中会分为重力供水区和压力供水区两个小区，并在每个避难层中设置泵房，共7个。具体如下：低1 区重力区（3～6层）由9层避难层内的水箱供给，低1区压力区（7～12层）由 9层避难层内的变频泵供给；低2区重力区（13～19层）由23层避难层内的水箱供给，低2区压力区（20～22层）由23层避难层内的变频泵供给；中1区重力区（23～33 层）由37层避难层内的水箱供给，中1区压力区（34～37层）由37层避难层内的变频泵供给；中2区重力区（38～48层）由53层避难层内的水箱供给，中2区压力区（49～52层）由53层避难层内的变频泵供给；高1区重力区（53～61层）由65层避难层内的水箱供给，高1区压力区（62～65层）由65层避难层内的变频泵供给；高2区重力区（66～70层）由74层避难层内的水箱供给，高2区压力区（71～73层）由74层避难层内的变频泵供给；高3区（62～65层）均为压力区由65层避难层内的变频泵供给。下图为两个系统的示意图，具体分区设置详见下图：
1方案比较
方案主要从以下三方面进行：节能比较、初投资比较、供水系统的稳定性、可靠性、维护性比较。
1.1节能比较
重力供水系统的节能体现在系统结构和电机效率两个方面：
（1）系统的结构
从系统结构上来讲，节能的根本原因在于分区。为方便比较，重力系统大分区与原设计保持一致。从系统示意图中可知，重力系统每一个大分区中会分为重力供水区和压力供水区（水箱层以下3层）两个区。以中1区为例，为方便计算，设层高均为4.2m，每层用水量均为Q，每层所需服务水头均为10m。则变频系统与重力系统每层用水具有的能量见下图：
图中蓝色部分为每层用水所需的能量，此部分两个系统都是一样的，即根据能量公式：E=HQγ，每层均为10Qγ；图中红色部分为每层多余的能量，是由层高引起的。经比较可明显看出，多一个分区的重力系统，1～12层的多余能量将减少。下面分别计算变频系统与重力系统的能量。
a.变频系统：第15层用水具有的能量为10Qγ，第14层用水具有的能量为（10+4.2）Qγ，第13层具有的能量为（10+4.2x2）Qγ，第12层具有的能量为（10+4.2x3）Qγ …以此类推第1层用水具有的能量为（10+4.2x14）Qγ。系统所具有的总能量为541Qγ。
b.重力系统：第15层用水具有的能量为10Qγ，第14层用水具有的能量为（10+4.2）Qγ，第13层具有的能量为（10+4.2x2）Qγ。12层及以下由第15 层顶的水箱供水，因此第12层具有的能量为（4.2x3）Qγ，第11层具有的能量为（4.2x4）Qγ …，以此类推第1层用水具有的能量为（4.2x14）Qγ。系统所具有的总能量为421Qγ。则从系统结构上讲，中1区重力系统比变频系统节能：（541-421）/541=22.2%。其他区计算类似。
（2）电机的效率
两个系统中都存在工频泵（转输水泵）和变频泵（供水泵），电机在工频（50Hz）和变频（一般为25～50Hz）下的电机效率如下图：
重力系统约 90%的功率在工频工作，而变频系统仅55%的功率在工频工作。可见重力系统更节能。
2初投资比较初投资比较
也分两个方面：设备和管材。
2.1设备初投资比较
首先要明确转输泵和变频泵的选泵原则，转输泵的流量是按最高日最高时选的，也就是用水量最大的一天中最大那个小时的水量为水泵的流量，而变频泵的流量是按秒流量选的，可以理解为用水量最大的一天中最大那个小时里最大一秒的水量为水泵的流量。因此对于同一供水用户，采用变频泵供水的电机功率必然比采用转输泵+水箱供水的电机功率大。从系统示意图中可以看出，重力系统的设备与变频系统相比转输水泵增多，变频泵减少，那么水泵的总功率应该是减少的，相应的投资也会减少。当然重力系统的水箱会增多，但单个水箱容积变小，总容积并没增多太多，详见下表统计：
2.2管材比较
分三个方面进行比较：长度、管径和管道公称压力。以中1、中2区为例，见下图：
（1）管长：图中可知，两个系统的管长是差不多的，重力系统在水箱和水泵的连接管上比变频系统多，在供水管段（蓝色和黄色管道）上比变频系统少：重力系统供水管共穿越了36层，变频系统供水管共穿越了45层。
（2）管径：因重力系统分区多，每个区的供水相应减少，因而稍有优势。
（3）管道公称压力：由图可知，两系统蓝色供水管承压是相同的，而黄色供水管和红色转输水管，因重力系统分为两段，降低了系统压力，因此管材公称压力选用PN1.0即可，而变频系统此两部分管材的公称压力为PN1.6。因此，综上所述，重力系统的管材应该更经济。
2.3供水系统的稳定性强、安全可靠、易维护
其实，此条是选择供水系统的先决条件，只有达到此条，才能做以上两条比较。但对于这两个系统而言，在此条上都能达到使用要求，均没有致命的缺点，所以放在最后，简略比较一下，详见下表：
3结语
文章通过某超高层建筑两套供水方案的比较，系统的阐述自己的观点。
论文作者:苏郁辉
论文发表刊物:《建筑建材装饰》2015年12月下
论文发表时间:2016/9/20
标签：重力论文; 系统论文; 水箱论文; 量为论文; 压力论文; 供水系统论文; 用水论文; 《建筑建材装饰》2015年12月下论文;