CN109523889A - 一种建筑二次供水节能中试系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种建筑二次供水节能中试系统及方法，属于二次供水技术领域，解决了现有建筑二次供水系统节能改造难以在原工程上进行，无法保障改造效果的问题。本发明的中试系统包括加压系统、管路系统、用户端、减压部、储水装置和运行状态监测系统；减压部设置于管路系统上，用来降低管线的实际安装高度及管材用料量；运行状态监测系统包括用于对加压系统的运行工况进行实时监测；储水装置中的水经加压系统后进入管路系统，经减压部减压后进入用户端。本发明实现了对不同改造方案的择优选择。

Description

一种建筑二次供水节能中试系统及方法

技术领域

本发明涉及二次供水技术领域，尤其涉及一种建筑二次供水节能中试系统及方法。

背景技术

二次供水是指“当民用与工业建筑生活饮用水对水压、水量的要求超过城镇公共供水或自建设施供水管网能力时，通过储存、加压等设施经管道供给用户或自用的供水方式”。

二次供水系统设计应充分利用城镇供水管网压力，并依据城镇供水管网条件，综合考虑小区或建筑物类别、高度、使用标准等因素，考虑水质安全保障因素，并经技术经济比较后合理选择二次供水系统。目前可采用的二次供水系统包括：增压设备和高位水池(箱)联合供水；气压供水；变频调速供水；叠压供水四种方式。

高层建筑生活用水的加压输送需要耗费大量的电能，水泵机组输水的电耗是构成供水能耗的主要部分，也是建筑给水系统节能的重点研究对象。水泵机组耗能的大小与输水量、输水高度、给水方式、水泵选型、水压损失有关，从这方面来说，节水就意味着节能，因此，建筑给水系统的节能优化研究可从降低用水量和能耗两个方面来研究。

通常需要先对各项目用水规律、水泵运行状况进行分析和总结，然后测定现有实际工程二次供水系统的能耗，之后对其进行以提高能源利用效率为目的的改造。但由于实际项目中无法对系统进行改造性测试，因此，很难保证改造后的运行效果达到预期。同时，由于改造效果无法预知，因此无法从不同的改造方案中选择最优方案。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种建筑二次供水节能中试系统及方法，用以解决现有建筑二次供水系统节能改造难以在原工程上进行改造性试验及对改造进行测试，无法保障改造效果的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一方面，本发明提供了一种建筑二次供水节能中试系统，包括加压系统、管路系统、用户端、减压部、储水装置和运行状态监测系统；

所述减压部设置于所述管路系统上，用来降低管线的实际安装高度；所述运行状态监测系统包括用于对加压系统的运行工况进行实时监测；

所述储水装置中的水经所述加压系统后进入所述管路系统，经减压部减压后进入用户端。

在上述方案的基础上，本发明还做了如下改进：

进一步，所述管路系统包括水泵或高位水箱出水干管和多层管路支管，所述多层管路支管用来模拟不同楼层的供水管路，所述减压部设置于所述管路支管上。

进一步，每层管路支管上均设有减压阀。

进一步，所述中试系统还包括补压泵，所述补压泵设置于所述储水装置和所述干管之间。

进一步，所述运行状态监测系统包括用于监测加压系统的实时功率及累计用电量的电能表，所述电能表位于所述加压系统的电机和配电柜的线路上。

进一步，所述运行状态监测系统还包括流量传感器和压力传感器；所述流量传感器和所述压力传感器均设于所述加压系统的出水管处。

进一步，所述中试系统还包括水回收系统，所述水回收系统包括设置于用户端出水口下的集水槽，所述集水槽中的水通过排水槽汇入排水干管，再流入储水装置循环使用。

进一步，所述加压系统包括多台水泵。

进一步，所述用户端包括电动阀、出水口。

另一方面，本发明还提供了一种建筑二次供水节能中试方法，包括如下步骤：

步骤1：对需改造的系统进行数据采集，包括用户的用水情况，水泵的压力、耗电量数据；

步骤2：建立需改造系统的模型，确定中试系统各用水点模拟参数，包括各管段的流量、压力、减压阀所需调节的压力值；

步骤3：根据实测数据操作中试系统，使中试系统模拟真实项目中典型的运行工况；

步骤4：对中试系统在各工况点的运行状态监测，包括水压、水量、耗电量，进而计算、评价改造后的运行效果。

本发明的有益效果为：

(1)通过在干管设置减压阀来模拟压力损失，从而降低管线实际安装高度，保证模拟系统与原系统的相似度，进而保证改造试验的准确度。

(2)本发明的中试系统采用比例化模拟，降低建设成本。

(3)各子系统组件可根据模拟需要随意拆装组合，适用范围广；

(4)本发明的中试系统配备实验用水循环利用系统，节约资源，降低模拟实验成本。

(5)通过监测水量、电量、供水压力等数据，可检验不同改造方案的效果，从而选择改造效果最好的方案对实际工程进行施工改造。

(6)本发明的中试系统可实现以较小的占地面积、总高度、较少的管材配件模拟体量几十倍于本系统的实际建筑供水工程，通过灵活调整相应设备可实现模拟多种供水系统，包括水泵-高位水箱供水系统、气压供水系统、变频调速泵供水系统、叠压供水系统等。

本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本发明实施例的实验室系统原理图；

图2为本发明实施例的系统运行原理图；

图3为本发明实施例变频调速泵组直接供水工况运行示意图；

图4为本发明实施例水泵-高位水箱直接供水工况运行示意图。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

本发明的一个实施例，公开了一种建筑二次供水节能中试系统，包括加压系统、管路系统、用户端自动操纵系统、减压部、储水装置和运行状态监测系统。

减压部设置于管路系统上，用来降低管线的实际安装高度及管材用料量；运行状态监测系统包括用于对加压系统的运行工况进行实时监测；储水装置中的水经加压系统后进入管路系统，经减压部减压后进入用户端。

与现有技术相比，本实施例提供的建筑二次供水节能中试系统可实现以较小的占地面积、总高度、较少的管材配件模拟体量几十倍于本系统的实际建筑供水工程，通过灵活调整相应设备可实现模拟多种供水系统，包括水泵-高位水箱供水系统、气压供水系统、变频调速泵供水系统、叠压供水系统等，并能够分别实现对相应供水系统进行能耗、效率模拟分析。

具体来说，通过在管路系统上设置减压阀来模拟压力损失，从而降低管线实际安装高度，保证模拟系统与原系统的相似度，进而保证改造试验的准确度。

水加压系统在模拟实验时为拟在实际工程中使用的水泵，为节能监测的评估主体，其形式可配置为水泵-高位水箱方案、气压供水方案、变频泵供水方案或叠压供水方案等，分别实现对相应供水系统进行能耗、效率模拟分析。

管路系统通过技术手段实现对真实工程管路的模拟，包括相应管道阻力、管网配置形式等。管路系统包括水泵或高位水箱出水干管和多层管路支管，多层管路支管用来模拟不同楼层的供水管路。出水干管连接水加压系统(即水泵出水口)，出水干管依系统形式分成若干个管路支管，每层管路支管均连接用户端阀门，在所模拟的每一层用户管道上设置相应参数的可调式减压阀(或者说将减压阀依所模拟楼层数或高度，调节为相应压力)，利用可调式减压阀控制各模拟楼层出水口的压力，及水在管路中的沿程水头损失，减少管道总长度，可以在较小的空间内完成对庞大建筑供水系统的模拟。管路系统依所模拟的系统确定，系统确定后，管路及相应减压参数确定，试验过程中无变化。

用户端自动操纵系统为模拟真实用水情况的核心，用以模拟真实用户用水情况，利用电磁阀和计算机系统，由人工在控制电脑上设定完成对若干个阀门(依所模拟系统而定)的开启状态及开启时间的控制，模拟现实中各楼层用水量及其变化情况。

基于环保、节能的考虑，本中试系统中还设有水回收处理系统，负责对用水点处流水的收集及处理，将水中可能损害系统设备的杂质滤除，并汇集到储水池。水回收处理系统包括用户端出水的收集器，输水管路，一个流量调节池(使进入水处理设备的流量尽量稳定)，水处理设备(可为石英砂过滤器或其他形式过滤器，由于此实验系统并无明显污染源，处理负荷相对较小，仅在用户端收集和储水池位置可能有杂质落入水中)，处理后经管路将水送至储水池。本发明实施例的中试系统通过设置水回收处理系统，能够保证实验用水纯净卫生、避免水中混入杂质对设备造成损害。

需要说明的是，水回收处理系统中的输水管路为正常管道，不包含减压阀组件。水回收处理系统为被动管路，处理水量依用户端出水情况相应调整，如图2所示。

运行状态监测系统包括流量传感器、压力传感器和电量表。压力传感器设置在水泵进水口、出水口和用户端，用来监测水泵进水口、出水口和用户端压力数值；流量传感器设置于出水干管上，用来测定供水系统的总流量；电量表用来测定水泵机组瞬时耗电量及某一时间段内的总用电量。

运行状态监测系统通过流量传感器、压力传感器、电量表等设备对水泵机组运行工况实时监测，并记录相关数据，各传感器将数据传输至电脑，形成数据库，方便研究人员进行分析从而提出相应优化改造方案。

实际工程中，水箱和用水末端有一定的高度差。但本发明的中试系统中，由于场地限制，水箱与用水末端的高度差不足，因此不能真实模拟用水末端的水压。为了满足水箱与用水末端高差不足的情况下，能真实模拟用水末端的水压，本实施例的中试系统在屋顶水箱至给水系统的干管间设置模拟真实水压的补压泵。示例性地，补压泵的流量为1m³/h，扬程为10m。

本发明的另一个实施例提供了一种建筑二次供水节能中试方法，包括如下步骤：

步骤1：对需改造的系统进行数据采集，包括用户的用水情况，水泵的压力、耗电量等数据；

步骤2：建立需改造系统的模型，确定中试系统各用水点模拟参数，包括各管段的流量、压力、减压阀所需调节的压力值等；

步骤3：根据实测数据操作中试系统，使中试系统模拟真实项目中典型的运行工况；

步骤4：对中试系统在各工况点的运行状态监测，包括水压、水量、耗电量等，进而计算、评价改造后的运行效果；

步骤5：比较多个改造方案改造后的运行效果，择优选择最佳方案。

本发明中，阀门开启数量及顺序可由电脑软件控制完成，最终参与实验的水泵台数需依据所模拟的实际系统确定，根据真实情况相应增减。需要在中试系统调节模拟实际系统的时候，将各减压阀的压力数值调节好，以准确模拟真实项目中水在管道中压力变化情况。

实施例1和2中的测试泵扬程为50m，流量为1L/s；补压泵流量为1m³/h，扬程为10m。实施例1为变频调速泵组直接供水工况，实施例2为水泵-高位水箱直接供水工况。主要设备材料见表1。

表1主要设备材料

实施例1

实验系统模拟6层建筑，在每层管路支管均设置减压阀，阀后压力为0.2MPa。每层设置5个电动阀及出水口，模拟实际中末端启闭的不同用水工况，如图1所示。

出水口下设置集水槽，通过各层集水槽下设置的排水槽汇入排水干管，最终排入模拟生活水箱，保证该实验系统用水的循环使用。

水泵出水管处设置压力传感器及超声波流量计，各泵电机接入高压配电柜线路上设置电能表，系统最末端出水口及电动阀前设置压力传感器。

实验时，由PLC控制器随机开启1处出水口前电动阀，启动1台50m扬程的测试泵，间隔5秒随机依次开启1处出水口前电动阀，当出水口的总流量超过2L/s时，启动第2台50m扬程的测试泵，当出水口的总流量超过3L/s时，启动第3台50m扬程的测试泵，直接供应至各用水末端，如图3所示。

实施例2

实验系统模拟6层建筑，在各层干管设置减压阀，阀后压力为0.2MPa。每层设置5个电动阀及出水口，模拟实际中末端启闭的不同用水工况。

出水口下设置集水槽，通过各层集水槽下设置的排水槽汇入排水干管，最终排入模拟生活水箱，保证该实验系统用水的循环使用。

水泵出水管处设置压力传感器及超声波流量计，各泵电机接入高压配电柜线路上设置电能表，系统最末端出水口及电动阀前设置压力传感器。

高位水箱前接入电磁阀开启。实验时，由PLC控制器随机开启1处出水口前电动阀，启动1台补压泵，补压泵启泵，向高位水箱供水。当高位水箱液位下降至最低水位需补水时，1台50m扬程测试泵启泵，先将水供应至高位水箱，后通过补压泵补压模拟实际工程中高位水箱系统供应压力，供至各用水末端。当高位水箱持续补水至最高水位时，测试泵停泵，如图4所示。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种建筑二次供水节能中试系统，其特征在于，包括加压系统、管路系统、用户端、减压部、储水装置和运行状态监测系统；

所述减压部设置于所述管路系统上，用来降低管线的实际安装高度；所述运行状态监测系统包括用于对加压系统的运行工况进行实时监测；

所述储水装置中的水经所述加压系统后进入所述管路系统，经减压部减压后进入用户端。

2.根据权利要求1所述的建筑二次供水节能中试系统，其特征在于，所述管路系统包括水泵或高位水箱出水干管和多层管路支管，所述多层管路支管用来模拟不同楼层的供水管路，所述减压部设置于所述管路支管上。

3.根据权利要求2所述的建筑二次供水节能中试系统，其特征在于，每层管路支管上均设有减压阀。

4.根据权利要求1所述的建筑二次供水节能中试系统，其特征在于，所述中试系统还包括补压泵，所述补压泵设置于所述储水装置和所述干管之间。

5.根据权利要求1所述的建筑二次供水节能中试系统，其特征在于，所述运行状态监测系统包括用于监测加压系统的实时功率及累计用电量的电能表，所述电能表位于所述加压系统的电机和配电柜的线路上。

6.根据权利要求5所述的建筑二次供水节能中试系统，其特征在于，所述运行状态监测系统还包括流量传感器和压力传感器；所述流量传感器和所述压力传感器均设于所述加压系统的出水管处。

7.根据权利要求1-6所述的建筑二次供水节能中试系统，其特征在于，所述中试系统还包括水回收系统，所述水回收系统包括设置于用户端出水口下的集水槽，所述集水槽中的水通过排水槽汇入排水干管，再流入储水装置循环使用。

8.根据权利要求1所述的建筑二次供水节能中试系统，其特征在于，所述加压系统包括多台水泵。

9.根据权利要求1所述的建筑二次供水节能中试系统，其特征在于，所述用户端包括电动阀和出水口。

10.一种建筑二次供水节能中试方法，其特征在于，使用权利要求1-9任一项所述的中试系统供水，包括如下步骤：

步骤1：对需改造的系统进行数据采集，包括用户的用水情况，水泵的压力、耗电量数据；

步骤2：建立需改造系统的模型，确定中试系统各用水点模拟参数，包括各管段的流量、压力、减压阀所需调节的压力值；

步骤3：根据实测数据操作中试系统，使中试系统模拟真实项目中典型的运行工况；

步骤4：对中试系统在各工况点的运行状态监测，包括水压、水量、耗电量，进而计算、评价改造后的运行效果。