管道系统增压
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您可以在本文中了解各种管道系统的设计方法，包括自来水管道和热水管道。
引言
每栋建筑都需要清洁且水压充足的供水。但我们经常发现主管道的水压较低，无法满足使用需求，无论是卫生设备还是其他设备。这可能由以下原因造成：
- 管道系统水压过低
- 主管道过小
- 新建筑使用原有主管道分配用水
- 管道内部水垢过多
- 用水高峰期
因此，在增加水压之前，我们需要先测量水压。一般建筑的供水系统可分为三种：
- 水泵和高位水箱系统
- 直接增压水泵系统
- 水泵和压力罐系统
水泵计算
水泵的尺寸取决于工作时的流量(Flow rate ; Q̇)和压力(Pressure ; ΔP)。计算水泵尺寸需要考虑整个系统的总压力，如图1和图2所示。
管道系统中各种压力的定义：
静水头是指从水源到出水点的高度，单位为米。
吸水头是指从水泵中心线到高于水泵的水面高度，单位为米（水源高于水泵）。
吸水升程是指从水泵中心线到低于水泵的水面高度，单位为米（水源低于水泵）。
排水静水头是指从水泵中心线到出水点的高度，单位为米。
图1 - 水源高于水泵位置的水泵系统图
图2 - 水源低于水泵位置的水泵系统图
水泵尺寸
管道内流动的水会因摩擦和其他因素产生压力损失，如过滤器(Strainer)、各种接头等。这些压力损失需要与其他压力一起计算，以确定水泵尺寸，称为总动水头(Total Dynamic Head)。
水泵总水头 = 静水头 + 系统管道中的其他压力损失
获得总水头和所需流量后，可以使用公式3.1和3.2计算驱动水泵所需的电机功率：
HP = QH/3690η …………………(3.1) BS Unit
HP = 电机马力 (HP)
Q = 流量 (gpm)
H 或 ΔP = 总水头 (ft)
η = 水泵效率
kW = QH/102η …………………(3.2) SI Unit
kW = 电机功率 (kW)
Q = 流量 (lps)
H 或 ΔP = 总水头 (m) ; 水力米数（米水柱）
η = 水泵效率
标准电机尺寸
0.37 kW (0.5 HP). 0.75 kW (1 HP). 1.12 kW (1.5 HP)
1.49 kW (2 HP) 2.24 kW (3 HP) 3.73 kW (5 HP)
5.6 kW (7.5 HP) 7.46 kW (10 HP) 11.19 kW (15 HP)
14.92 kW (20 HP) 18.65 kW (25 HP) 22.38 kW (30 HP)
29.84 kW (40 HP) 37.3 kW (50 HP) 44.76 kW (60 HP)
55.95 kW (75 HP) 74.6 kW (100 HP)
示例1 如果需要离心泵以20 lps的流量将水泵至屋顶水箱，系统中的各种高度如下：水箱距水泵中心线高度50米，吸水管压力1巴，假设管道系统的摩擦损失为12米，如果水泵效率为70%，请问应选择什么规格的水泵组？
排水静水头：= 50米
吸水头：1 bar = 10米
净压力 = 50 – 10 + 12 = 52米
kW = QH/102η = (20)(52) / 102(0.7) = 14.56
因此选择流量20 lps、总水头52米的水泵，配备14.92 kW电机
>>>> 选择功率较小的电机会导致电机烧毁
高位水箱系统（Elevated Tank）
这是适用于4层以上且用水量大的高层建筑的储水系统。高位水箱的尺寸取决于最大用水需求和持续用水时间，且应能在水泵出现问题时至少供水1小时。
如果水箱还需用于消防供水，应增加至少15立方米的容量，如图3所示。
图3 - 屋顶高位水箱供水系统
水泵由浮球开关控制，且应至少配备2台水泵，每台水泵的供水能力都能满足需求。这样在一台水泵故障时，另一台可以作为备用。
如果配备3台水泵，每台水泵的流量可为总需求的50%。
各类建筑的水泵流量估算可参考表3.1。水箱容量的估算主要有两个原则：
- 根据水泵向水箱供水的循环或周期来估算水箱尺寸，通常每小时不应超过4次。
- 考虑水泵故障时的备用水量来估算水箱尺寸，不应少于1小时的用水量。
表1 水泵尺寸确定系数（续）
| 卫生设备数量 | 每个设备流量 lpm (gpm) | 最小水泵容量 lps (gpm) |
最大水泵容量 lps (gpm) |
|---|---|---|---|
| 公寓 | |||
| 1-25 | 2.27 (0.60) | 0.63 (10) | 0.95 (15) |
| 26-50 | 1.89 (0.50) | 1.00 (15) | 1.58 (25) |
| 51-100 | 1.32 (0.35) | 1.89 (30) | 2.21 (35) |
| 101-200 | 1.14 (0.30) | 2.52 (40) | 3.79 (60) |
| 201-400 | 1.06 (0.28) | 4.10 (65) | 7.25 (115) |
| 401-800 | 0.95 (0.25) | 7.6 (120) | 12.60 (200) |
| 801以上 | 0.91 (0.24) | 13.20 (210) | ……… |
| 酒店和俱乐部 | |||
| 1-50 | 2.46 (0.65) | 1.58 (25) | 2.08 (33) |
| 51-100 | 2.08 (0.55) | 2.21 (35) | 3.47 (55) |
| 101-200 | 1.70 (0.45) | 3.79 (60) | 5.68 (90) |
| 201-400 | 1.32 (0.35) | 6.31 (100) | 8.83 (140) |
| 401-800 | 1.04 (0.28) | 9.5 (150) | 13.20 (210) |
| 801-1200 | 0.95 (0.25) | 14.20 (225) | 18.90 (300) |
| 1201以上 | 0.76 (0.20) | 18.90 (300) | ……… |
| 医院 | |||
| 1-50 | 3.79 (1.0) | 1.58 (25) | 3.15 (50) |
| 51-100 | 3.03 (0.8) | 3.47 (55) | 5.05 (80) |
| 101-200 | 2.27 (0.6) | 5.36 (85) | 7.60 (120) |
| 201-400 | 1.89 (0.5) | 7.89 (125) | 12.60 (200) |
| 401以上 | 1.51 (0.4) | 13.20 (210) | ……… |
表1 水泵尺寸确定系数
| 卫生设备数量 | 每个设备流量 lpm (gpm) | 最小水泵容量 lps (gpm) |
最大水泵容量 lps (gpm) |
|---|---|---|---|
| 办公楼 | |||
| 1-25 | 4.73 (1.25) | 1.58 (25) | 1.96 (31) |
| 26-50 | 3.41 (0.90) | 2.21 (35) | 3.03 (48) |
| 51-100 | 2.65 (0.70) | 3.15 (50) | 4.42 (70) |
| 101-150 | 2.46 (0.65) | 4.73 (75) | 6.18 (98) |
| 151-250 | 2.08 (0.55) | 6.31 (100) | 8.71 (138) |
| 251-500 | 1.70 (0.45) | 8.83 (140) | 14.20 (225) |
| 501-750 | 1.32 (0.35) | 14.51 (230) | 16.53 (262) |
| 751-1000 | 1.14 (0.30) | 17.03 (270) | 18.90 (300) |
| 1001以上 | 1.04 (0.28) | 19.56 (310) | …… |
| 工业建筑 | |||
| 1-25 | 5.08 (1.50) | 1.58 (25) | 2.40 (38) |
| 26-50 | 3.79 (1.00) | 2.52 (40) | 3.15 (50) |
| 51-100 | 2.84 (0.75) | 3.79 (60) | 3.73 (75) |
| 101-150 | 2.65 (0.70) | 5.05 (80) | 6.62 (105) |
| 151-250 | 2.46 (0.65) | 6.94 (110) | 10.22 (162) |
| 250以上 | 2.27 (0.60) | 10.41 (165) | …… |
| 学校 | |||
| 1-10 | 5.68 (1.50) | 0.63 (10) | 0.95 (15) |
| 11-25 | 3.79 (1.00) | 1.01 (16) | 1.58 (25) |
| 26-50 | 3.03 (0.80) | 1.89 (30) | 2.52 (40) |
| 51-100 | 2.27 (0.60) | 2.84 (45) | 3.79 (60) |
| 101-200 | 1.89 (0.50) | 4.10 (65) | 6.31 (100) |
| 201以上 | 1.51 (0.40) | 6.94 (110) | …… |
水箱尺寸
水箱容量应足以满足用水需求，具体时间取决于建筑类型。一般来说，确定合适水箱尺寸的原则如下：
- 如果水泵流量不超过380 lpm (100 gpm)，水箱容量至少应为每分钟水泵流量的40倍。
- 如果水泵流量超过380 lpm，高位水箱容量至少应为每分钟水泵流量的30倍，但不得小于15立方米。
然而，高位水箱和地下水箱的总储水量应能满足约1天的用水需求。
如果高位水箱还用于消防供水，需要根据消防用水需求增加容量。如果还用于冷却塔(Cooling Tower)，则需要再增加每分钟冷却塔补水量的15倍容量。
示例2 某酒店有500套卫生设备，采用屋顶高位水箱供水系统。如果洗衣房需要1.0 lps的用水量，空调系统冷却塔的补水量为1.2 lps，且使用高位水箱供水。如果水泵的总水头为30米，请计算水泵尺寸和高位水箱容量。
计算高位水箱尺寸
根据表1，仅卫生设备的用水量 = 1.04 lpm/设备
所有卫生设备的用水量 = (1.04)(500) = 520 lpm
洗衣房用水量 = 1 lps = 60 lpm
冷却塔用水量 = 1.2 lps = 72 lpm
水泵尺寸 = (520 + 60 + 72) = 10.87 lps
高位水箱容量 = (520 + 60)(30) + (72)(15) = 18.48 m3
因此高位水箱容量至少应为 = 20 m3
直接管道增压系统（Direct Boosting System）
直接连接到卫生设备供水系统的水泵，如图4所示，这种水泵称为增压泵（Booster Pump），适用于用水量不大的建筑。我们也可以在顶层增加高位水箱。
图4 - 使用增压泵（Booster Pump）的管道直接增压系统
所有水泵的总容量不得小于最大用水需求。通常使用1-3台水泵。如果系统使用多于1台水泵，我们可以根据表2选择合适的水泵流量。这种选择方式可以节省水泵能耗。
表2 水泵流量百分比分配
| 建筑类型 | 0 lps – 10 lps | 10 lps – 32 lps | 32 lps – 63 lps |
|---|---|---|---|
| 公寓/办公楼/学校 | 65% – 65% 20% – 40% – 40% 30% – 40% – 40% |
20% – 40% – 40% 30% – 40% – 40% 25% – 50% – 50% |
20% – 40% – 40% 30% – 40% – 40% 25% – 55% – 55% |
| 酒店 | 50% – 50% 65% – 65% 20% – 40% – 40% |
20% – 40% – 40% 30% – 40% – 40% 25% – 55% – 55% |
20% – 40% – 40% 30% – 40% – 40% 25% – 55% – 55% |
| 医院 | 65% – 65% 30% – 40% – 40% 30% – 70% – 70% |
30% – 40% – 40% 25% – 55% – 55% 30% – 70% – 70% |
30% – 40% – 40% 25% – 55% – 55% 30% – 70% – 70% |
| 工业厂房 | 50% – 50% 20% – 40% – 40% |
20% – 40% – 40% 30% – 40% – 40% |
20% – 40% – 40% 30% – 40% – 40% |
压力罐系统（Pressure Tank）
压力罐系统比直接增压泵系统更适合大型建筑。该系统可分为两种类型：
- 使用空气压缩机的类型
- 自带空气压缩的类型
使用空气压缩机的压力罐系统（Pressure Tank System）
图5 - 使用空气压缩机的供水系统
根据建筑类型的水泵尺寸划分可参考表2。使用空气压缩机的系统配备空压机，向罐内注入空气以产生适当的供水压力。
该系统效率高，水泵每小时运行不超过4次（以防止电机损坏）。为实现上述运行要求，压力罐容量应为每分钟抽水量的25-30倍。
使用空气压缩机的系统的缺点是安装占地面积大，因为压力罐体积较大。
自带空气压缩系统（Pre-charge hydro pneumatic system）
图6 - 自带空气压缩系统
自带空气压缩系统的预充气压取决于主系统所需压力。其压力罐尺寸比使用空气压缩机的系统小，因为它只用于储存系统所需的额外水量。通常容量不超过500升，如需增加容量可通过增加罐体实现。水泵流量划分请参考表2。
