高楼层怎样从供水方式上实现节能减排？
因城市供水的压力所限，高楼层的供水大都需要二次加压供水设施和耗电。按我国人多地少和快速城市化进程的国情，必将多建高楼及加压供水设施，建设资金和建筑能耗也将升高。但目前大都仅为供水方便，少有考虑其节能和节资。为减少业主的支出，降低物业成本，建设资源节约型和环境友好型社会，应以科学发展观将物业加压供水的节能纳入议事日程。现将实际工程中选用高楼层加压供水方式的设计举例述下，以资参考。
1.高楼层供水方式的选择
目前高楼层供水主要有有水箱工频泵和无水箱变频泵两种方式，其系统和设施见图1。工频泵供水须设高位水箱、高低水位自动停开泵和极限低水位报警装置;变频泵供水须设变频器和压力继电器。现以在同一高楼层分别采用两方式的设计比较，举例述下：
2.该高楼层的二次加压生活用水量
按耗水量0.18m3/(人·d)、3.5人/户、2户/每楼单元，全楼共3个单元和11个供水楼层，小时变化系数按普通住宅Ⅲ类，取2.5等用水参数。其系统的计算结果如下：
小时平均用水量Qp=0.18×3.5×2×3×11÷24=1.73 m3/h
小时最大供水量Qmax=Qp×2.5=1.73×2.5=4.33 m3/h
3.该高楼层供水需要的扬程
因供水的扬程H是由供水高度h1、管路阻力h2、剩余压力h3和速度水头h4等4部分组成，故H=h1+h2+h3 +h4。其计算结果见表1。
表1中的66.285 m水柱，即是变频泵变频器调定的供水压力。
4.加压水泵的选用
按两方式中水泵的能力均须满足最大供水量和最大扬程以及高效率的需要，选用了CR5-13型水泵。其Q— H和Q —η特性曲线(摘自泵产品样本)见图2。
图2 CR5-13型水泵的特性曲线
5.二次加压供水管路的特性曲线和泵的工况点
将Qp=1.73m3/h和Hp=62.646m在图2上画点A;将Qmax=4.33m3/h、Hmax=66.285m在图2上画点B;将Qp=1.73m3/h、Hmax=66.285m在图2上画点M/。
通过A 、B两点的线，即供水管路的特性曲线;其与泵的Q — H曲线相交的M点，即工频泵的工况点。B点和M/点分别是变频泵最大和平均用水量时的工作点，通过B、M/两点的直线，即变频泵的恒压工作线。
5.1 水泵机组的额定指标和工作参数：列于表2。
表2 水泵机组的额定指标和工作参数
注：按泵的特性：当使用变频器后转速下降时，效率也会下降。但因目前尚无此资料，故按
效率不变计。
5.2 水泵机组的能耗计算结果：列于表3。
表3 水泵机组的能耗计算结果
上是连续运行。
6.水泵机组耗电的分析与结论
工频泵是以较(最)高的效率(65%)点间歇工作。而变频泵为保证在高峰用水量(4.33m3/h)时，顶层住户也有足够的水用，必须保持在恒压(66.285m水柱)的情况下运行;实际上由供水系统内任一户的随机用水和泄漏等原因，致使泵机组经常处于低流量，偏离泵的高效率点(平均41%)不停地运行。因而其单位供水的电耗较高。
本例的工频泵与变频泵的耗电比为1:1.78，在权威资料(1:1～2)[1]的范围之内。但因实际的用水量均低于设计值，致使变频泵的效率更低更费电;而工频泵仍是以高效率点工作，且泵的运转时间会随用水量的减少而缩短，其单位供水的电耗并不变。
此外，工频泵方式中用不锈钢制作的漏斗型高位水箱(见图1)，仅为缓冲作用而容积很小，水在其中停留的时间平均不过1小时，均不构成水的二次污染[2];水箱及其电器均属通用设施，价格便宜维护简易。而变频设备不仅造价昂贵，且故障率和维护技术要求均较高，并有谐波对电网和电机的干扰等弊端。
本例有水箱与无水箱两供水方式的技术经济比较列于表4。
表4 有水箱与无水箱两供水方式的技术经济比较
注：因水箱的总容积仅1.8m3，又分散在3个单元的楼梯间顶层，而未考虑需增加的建筑投入。
7.多台变频泵组合供水的电耗
在无水箱供水方案中，有些设计采用多台小泵并联组合供水，以期提高泵的负荷率和效率降低电耗。大都以一套变频器轮供多台小泵，即用水量少时先将变频器供第一台泵使用;当因用水增加其供电的频率达(升)到工频(50Hz)时，将其电源自动切换至普通50Hz的电源上继续运行;同时将变频的电源自动切换给第二台泵使用。当用水减少时，则先停第二台泵，继之仍用第一台泵变频运行。
现仍以前例，选用2台CR3-15型的小泵供水。泵的特性曲线及其工况见图3。
图3 CR3-15型水泵的特性曲线
7.1 水泵机组的额定指标和工作参数：列于表5。
表5 水泵机组的额定指标和工作参数
变频器的效率，以及水的密度均同前。
2. 第一台泵在66.285m恒压下的工作线，与其Q— H曲线的交点C对应的流量为
3.2m3/h，即其最大的流量;此时电机的频率达到50Hz。第一台泵的平均流量
应为3.2/2=1.6m3/h，M/1为其平均工作点。
3. 第二台泵在66.285m恒压下，其最大流量为4.33-3.2=1.13 m3/h ，其工作点为D;其
平均流量为1.13/2=0.565m3/h，M/2为其平均工作点。
7.2 水泵机组的能耗计算结果：列于表6。
表6 水泵机组的能耗计算结果
7.3 水泵机组耗电的分析与结论：由上比较可知，因泵和电机的规格变小后，其效率和功率因数也均变小，特别是第二台泵，因其水量较低致泵的效率平均仅有26﹪。结果是事与愿违得不偿失，不但未节能，反比仅用一台变频泵供水还费电(0.776-0.729)/0.729×100%=6.5﹪。并还增加了机组的投资、占地、维修和管理等不利因素。
依此类推，采用更小更多泵的组合供水方式，必将因泵和电机的效率更低而更加耗能。
以上结论表明，无水箱变频泵供水技术，在高楼层用水需具有随机性、集中性和用水点高的情况(特点)下，泵则长时间地陷入了高扬程低流量低效率(特点)的误区中，从而必然费能。表1供水扬程的组成表明：管路的阻力平均仅占供水泵扬程的1.3﹪，而供水的高度却占了90﹪多。故将离心式流体输送设备，用以克服管道阻力为主，水流量与泵扬程相关性较强的场合，采用调速运行的常规节能技术，用于高楼层无水箱变频泵供水需要节能的场合，是不适宜的。而非“变频不节能”。
8.经济效益和节能减排的分析与比较
除由表4给出的有水箱方式比无水箱方式可节约43﹪的建设资金(减少房价构成)外，还由表3可知：有水箱方式比无水箱方式的水费附加费便宜78﹪;电费按0.8元/(kW·h)，则合单位供水的物业费为(0.728-0.410)×0.8=0.25元/m3;按其1年的节电量为(1.259-0.709)×24×365=4818(kW·h)/a，合3854.4元/a。
再取目前我国以燃煤为主的火力发电供电煤耗0.37kg标准煤/(kW·h)、标准煤与燃料煤的热值分别为7000和5000kcal/kg;燃料煤含碳53﹪、含硫1﹪、灰份20﹪;碳、硫、氧的原子量分别为12、32、16，则其节约的燃料煤Mr为：
Mr=4818×0.37×7000÷5000=2496kg/a
合环保减排量P为：二氧化碳Pco2=2496×53﹪×44÷12=4850kg/a;二氧化硫Pso2=2496×1﹪×64÷32=50kg/a;炉灰Ph=2496×20﹪=499kg/a。
高楼层供水方式对于建筑节资节能与环境效益至关重要，应为建设部门、房产开发商、物业管理部门和业主所关注，应将其纳入建筑节能减排议程中。高楼用工频泵供水在各方面均优于变频泵供水，利国又利民，符合以人为本的建设资源节约型和环境友好型社会的科学发展观。即使是在已有了变频供水的既有楼房中，也能改为水箱供水，因为只需在楼顶增加一个或几个水箱即可，其容积可大可小，小了只是水泵启动得频些罢了。当然也需设计计算一下。相信改后物业费必将骤降，为业主所欢迎。
参考资料：
[1]建设部工程质量安全监督与行业发展司、中国建筑标准设计研究院，全国民用建筑工程设计技术措施——节能专篇 .给水排水.北京，中国计划出版社.2007(3):3.
[2]任基成，费杰.城市供水管网系统二次污染及防治.北京，中国建筑工业出版社.2006(5):87、89、90.
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