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格兰富高层建筑增压系统案例分析——工程师必读

信息发布:格兰富 发布时间:2017-1-20 浏览次数: 更多
 
        最典型的商用建筑五种系统的利弊分析及20年生命周期成本(Life Cycle Cost)※对比, ——楼顶水箱系统和四种不同的增压系统。本文将为大家全面分享格兰富商用及民用建筑专家Jens Nørgaard和Anders Nielsen的这一模型案例研究成果。
 

       楼顶水箱解决方案诞生于一个多世纪之前,发展至今,很多方面都已具备比较完善的功能,但在安装和结构上的初始和运行成本并不低,后期还会出现缺少压力控制、维护困难的问题,以及定期清理和维护的额外费用。
 
       另一方面,随着泵技术的发展,更高效可靠的水泵被大量生产、使用,人们有了另一个选择,即增压供水系统。增压系统可用的配置多种多样,本文中将涵盖单增压系统、分区系统、配备中间水箱的串联系统以及无中间水箱的串联系统。楼顶水箱和四种增压系统各有利弊,接下来将会对这五种系统的生命周期成本进行对比。
 
        生命周期成本(LCC)
 
      LCC的实用之处在于它可以创建一个标准参考框架,以比较不同类型的增压机解决方案和技术供应商,实现浪费最小化以及效率最大化。水泵系统的LCC计算一般只考虑三个参数:增压机组初始成本、维护成本、能源成本,但本案例研究还纳入了隐藏成本,以提供更符合实际情况的系统评价。最终纳入计算的LCC是 Cib(增压机组初始成本)、Cip(管道系统、减压阀以及水箱的初始成本)、Cm(维护成本)、Ce(能源成本)和Cr(收益损失成本)的总和。
 
       Cib(增压机组初始成本)包括泵、变频器、控制柜、压力传感器、隔膜罐这些运行增压机组所需的所有设备和配件,五种系统的成本对比如下——
 

       Cip(管道系统、减压阀以及水箱的初始成本)在高层建筑中往往是增压机组成本的很多倍,本案例也不例外,成本计算包括:1. 垂直供水干管(管道防护、支撑以及安装,所有管道均为不锈钢管,价格从35米(1¼”)50欧元/米到108米(4”)150 欧元/米不等); 2. 水箱(价格为200欧元/立方米,容积大小按照断电情况下提供长达12个小时的标准设计);3. 减压阀(450欧元/件,含安装;根据管道布局,水龙头施加的静压超过5bar的地方应添加减压阀;本案例中,单增压系统和楼顶水箱系统配有减压阀)。
 

     Cip(管道系统、减压阀以及水箱的初始成本)在高层建筑中往往是增压机组成本的很多倍,本案例也不例外,成本计算包括:1. 垂直供水干管(管道防护、支撑以及安装,所有管道均为不锈钢管,价格从35米(1¼”)50欧元/米到108米(4”)150 欧元/米不等); 2. 水箱(价格为200欧元/立方米,容积大小按照断电情况下提供长达12个小时的标准设计);3. 减压阀(450欧元/件,含安装;根据管道布局,水龙头施加的静压超过5bar的地方应添加减压阀;本案例中,单增压系统和楼顶水箱系统配有减压阀)。
 

     Ce(能源成本)的计算需要根据一天24小时内的耗水量, 在本案例的办公建筑中,峰值出现在早上服务活动开始时,接下来的时间用水需求起伏波动,到了傍晚及夜间则没有消耗。预计每天饮用3水的消耗总量为295立方米,一年用水 250天,每年的能源成本计算公式为:

   
  计算时,采用消耗曲线中三个代表性的工作点以及该流量下每年运行的小时数(Q、H、h),效率(η)则基于格兰富的实际增压机组或泵,所用能源价格按照0.20欧元/千瓦时计算。     
      20年的能源成本对比如下——
 

       Cr(收益损失成本)源于设备所占空间减少了建筑物的可售面积,增压机和水箱所占空间的价值按照5欧/㎡/月计算(地下室和楼顶为2.5欧/㎡/月),可以看出,增压系统对空间的需求相对较小。
 

       综合以上五种系统的20年总成本,可以清晰地看到——
 

      不管是从初始投资还是后期运行和维护来看,楼顶水箱系统是经济效益最低的系统,远不如增压和分区系统。究其原因,其一在于供水系统中产生流量要消耗能量,在流量很小或没有流量时产生压力也同样如此。因此,有多个增压机组和低压力水平的增压配置更可取,因为能量消耗将会随着供水压力的减小而极大地减少。其二,针对一天中水需求量的曲线变化,需要能够应对峰值流量的增压机组和管道系统。搭建水箱后可使用备用水来应对峰值时间,同时大大缩小增压机和管道的尺寸。
 
      诚然,增压系统的初始投资更高,但是本研究表明从长远来看,应当把重点放在整个增压配置上,因为能源消耗才是最重要的要素——它的比重高于其他所有成本的总和。降低能源消耗的同时确保最终用户的舒适度,分区增压供水系统无疑是高层建筑首选的供水方式。
 



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