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管道纯净水系统的设计

作者:北京水处理发布时间:2010-07-15

1 管网布置

  为避免形成管路二次污染及“死水”现象,整个供水管网应布置成同程式循环管路,图1是笔者常采用的几种布置方式。图1(a)适用于高度<50 m、立管数较少的建筑物。

 


  图1(b)适用于高度>50 m、立管数较多的高层建筑。
   图1(c)适用于单幢小高层或高层建筑。前者的循环泵既可放在屋顶,也可放在地面设备间;后者的循环泵应放在地面,而且管路中要考虑减压问题。
   图1(d)适用于多幢多层或小区建筑。
   图1(e)适用于高、多层的群体建筑。
   无论采用哪种管网形式,都必须进行管网平差,否则仍然有可能存在回水不畅、“死水”的问题。


2 水力计算依据

  就优质水而言,目前人们只是用来直饮而基本未作他用,所以其用水量与建筑物的性质基本无关。而建筑生活给水管道设计秒流量公式:qg=0.2 αNg+kNg中的α、k值主要决定于建筑物的用途,所以应用此公式来计算优质水的设计秒流量既不合理也不准确。
2.1 流量
   笔者认为,根据1981年出版的《室内给水排水工程》教材中的公式:

  qg=0.347(Qp) 0.5     (1)
   式中  qg——计算管段的给水设计秒流量,L/s
       Qp——平均日用水量,m3/d
   对于仅供饮用的优质水,影响其用水量的主要因素是用水量标准和使用人数,即有:

  Qp=n·qd/1000   (2)
   式中  qd——用水量标准,L/(人·d)
       n——用水人数
   把式(2)代入式(1)有:

  qg=0.347(n·qd/1000) 0.5       (3)

  式(3)即为优质水的设计秒流量公式,而用水量标准又受季节和地域的影响,如北方地区用水量标准为5 L/(人·d)左右,南方地区在8 L/(人·d)左右。另在《建规》中可查出一个饮水器喷嘴的额定流量为0.05 L/s,代入式(3)有:

  对于南方地区:0.05=0.347·(n·0.008) 0.5
          n≈2.6人

  对于北方地区:0.05=0.347·(n·0.005) 0.5
          n≈4.15人

  由此可知,对于南方地区不论是住宅还是办公楼,当超过3人时,都应增设饮水器喷嘴,一般按每增加3人再增加一个喷嘴计;而北方地区则在超过5人时就应增加一个喷嘴。
2.2 流速
   根据笔者经验,纯净水管路设计中的立管流速一般控制在0.3~0.6 m/s,横干管控制在0.6~1.0 m/s之间为宜。
2.3 管径
   为保证水质,最大供水管的管径≯DN50,其余管径按计算确定。
2.4 i值的确定
   几种常用管材的单位长度沿程水头损失计算公式如下:

  ①塑料管:i=0.000915Q 1.774 /d 4.774 j
   ②不锈钢管:与铝塑管同,根据Darcy Weisbbah公式可推出
   ③铝塑复合管:i=0.024 6(Q 1.75 γ 0.25 )/d 4.75 j
   式中 Q——计算流量,m 3 /s
      γ——运动粘滞度,m 2 /s(一般10 ℃时取1.297×10 -6 m 2 /s,其值随温度变化)
      dj——管道计算内径,m
      i——管道单位长度水头损失,Pa/m
   各种管材的局部水头损失按沿程损失的20%~30%计。

3 供水方式

  总的来说,管道纯净水的主要供水设备有循环泵、变频泵、电磁阀等,供水方式也不外乎以上设备的几种组合。
   ①循环泵定时循环[以图1(c)为例]
   循环泵可根据建筑物的规模及具体情况而设置,这种方式要求循环泵定时循环且应避开用水高峰以延长水泵的使用寿命。泵启停次数不宜过繁,最好不要超过6次/h,循环流量按给水流量的80%计。此供水方式的优点是既可保证水量、水压的要求,又可节能。缺点是:制水设备只能放在屋顶,对建筑的要求很高而且给安装维修、管理带来不便。
   ②变频供水
   a.变频泵+循环泵+电磁阀联合供水
   如图1中的(a)、(b)、(d)、(e)所示,白天电磁阀关闭,变频泵根据用户用水情况自动变频供水。夜间变频泵停止工作,电磁阀打开,循环泵工作。循环水量可按给水量的100%计,循环时间一般为2 h,这样既可保证白天水量的供应又可节约电能,缺点是使用了变频设备造价较高。
   b.变频泵供水
   如图1中的(a)、(b)、(d)、(e),把其中的电磁阀去掉,这样供水系统中有两台变频泵(一用一备),互为备用。控制变频泵的最小流量为总用水量的40%为循环流量(A),当无用户用水时,变频泵的循环流量为A;当用户用水量<A时,A中一部分流量供用户,一部分作为循环回水;当用户用水量=A时,A流量全部供用户,此时管路中循环回水流量为零;当用户用水量>A时,随着电机转速的改变,变频泵随用户水量的变化进行变频供水,此时回水管中循环回水流量为零。如果把变频泵的最小流量设定得很小的话,管路中循环流速就很小,效率低,节能不显著;而若把变频泵的最小流量设定得>总用水量的40%,流速就会很大,水质不能保证,因此把变频泵的最小流量控制在总用水量的40%为宜。与方法a相比,在用水量<A时,水一直处于循环状态,但耗电较多。
   c.变频泵+循环泵供水
   如图1中的(a)、(b)、(d)、(e),把其中的电磁阀去掉,制水量定为用水量的1.5倍,不论有无用户用水,循环回水流量都按制水量的1/3倍循环,变频泵则根据用户用水量的变化进行变频供水。与方法b相比,循环管路保持常循环状态,但制水设备增加,投资增大,占地较大,耗电多。

4 供水管材

  几种常用的纯净水管材如下:
   ①不锈钢管。优点:抗高压能力强、抗腐蚀、抗锈能力强;缺点:造价高。
   ②硬聚氯乙烯管(UPVC)。优点:抗锈、内壁光滑、水力条件好、易于粘合、价廉;缺点:粘接接口易老化、承高压能力较差。
   ③交联聚乙烯管(PEX)。优点:耐温性好、耐压,耐稳定性和持久性好;缺点:只能用金属连接件、价高。
   ④铝塑复合管(PE—Al—PE,PEX—Al—PEX)。优点:保留了聚乙烯管和铝管的优点,又避免了各自缺点,易弯曲、耐高压、线性膨胀系数小;缺点:整体壁厚不均,影响管件连接质量,采用专用铜接头,价格较贵。
   ⑤聚丙烯管。优点:耐温、耐寒、耐高压,价廉;缺点:易龟裂,同等压力温度小,管壁最厚。
   综上可看出,各种管材各有优缺点,用户应从实际出发合理选用,但必须保证所选管材不会给纯净水带来管道的二次污染。从笔者做过的多个管道纯净水的管路设计来看,大部分运行良好,没有出现明显的给、回水不畅,“死水”等问题。

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