【案例】综合体超高层建筑生活给水系统如何优化？

3 方案能耗计算

生活给水系统的运行工况与设计工况不同，用设计工况的能耗直接对备选方案进行评价太过于片面，而采用全年运行能耗进行比较更合理、科学。

清华大学具有自主知识产权的DeST可用于建筑能耗及环境模拟，包含采光、日照、阴影、通风、室温、负荷、空调系统及建筑能耗等计算模块。DeST因其科学性、先进性、实用性还获得国务院、教育部乃至国际能源组织、IBPSA颁发的奖项，现已广泛应用于科研及实际工程中。

建筑能耗计算模块包含的给水泵模块可根据建筑信息及系统算法进行自动分区、协助设备选型及能耗计算，也可对已有给水方案进行能耗计算。本文将利用该模块对备选方案的全年逐时动态能耗进行模拟计算。水泵的能耗与其日均供水量、是否变频、用水作息、水泵具体规格等因素有关。其中用水作息(见图2)是描述建筑逐时用水量的变化，逐时用水量由室内人员决定，而室内人员又与是否为工作日关系密切。水泵逐时能耗用式(1)计算。

W=9.8PG/η(1)

式中 P——水泵扬程，m;

G——质量流量，kg/h;

η——水泵效率，%。

计算结果如表3、图3、图4。方案3采用高位水箱变频泵组合供水，系统进行精细垂直分区无超压点，不存在能耗浪费环节，能耗最低;方案1采用高位水箱供水，部分楼层超压，能耗略高于方案3;方案2采用变频泵加压供水，系统内超压楼层数最多，能耗最大。而且，3个备选方案的能耗相差不大。

4 经济性分析

由于给水方式不同，系统部分部件会随之发生变化，如各干立管管材、水泵、水箱、减压阀及相应的人工费。而系统的配水点支管、建筑室外管网等部分则不变。因此，经济性分析时仅针对以上发生变化的部分，具体部件成本概算如下：

(1)管材。相比于金属管，钢塑复合管具有明显的价格优势，而孔网钢带聚乙烯复合管具有耐压强度高，抗蠕变性、抗腐蚀性和耐磨性好，水头损失低，质量小，寿命长等优点，现已广泛应用于项目中。因此，选择该复合管作为塔楼的管材，价格按市场均价计。另外，方案中各段管材规格是由流量及流速共同确定。

(2)水泵。水泵流量小，按1用1备配置已能满足系统安全运行的要求，其成本概算原则如下：工频泵，按1 000元/kW计;变频泵，泵组同工频泵，增加的变频器、控制柜、自动切换装置及其辅料各项概算如下：①变频器价格和功率相关，查ABB公司的产品样本获得;②控制柜价格与控制点位数量相关，按800元×13个点位计;③自动切换装置按1 500元计，其辅料按变频器价格的35%计。

(3)水箱。转输水箱及高位水箱的容积为最大用水时水量的50%，按2 000元/m3计算。

(4)减压阀。配水点供水压力高于0.3 MPa时，配水点支管应配置可调式减压阀，按200元/套计。

(5)人工费：与工程量、人工日工资单价成正比，工程量与系统的管路布置、设备台数及其规格息息相关，人工费占各分项总费用的30%～50%。

基于以上原则，3个备选方案的成本概算和经济性分析见表4。

5 小结

A楼充分利用市政管网余压并综合考虑设备层位置和管网承压情况进行垂直分区和设备选型，确定了高位水箱供水、变频泵加压供水及高位水箱结合变频泵联合供水3种备选给水方案，利用DeST进行全年动态能耗计算可知各方案能耗相差不大，而经济性分析则表明高位水箱供水的方案成本投入最低，另外，从系统的机房布置、运行维护及管理等方面综合考虑高位水箱供水方式具有明显优势。因此，高位水箱供水为A楼的最佳给水方案。

6 B楼给水方式优化研究

B楼为公寓式办公楼[用水定额为300 L/(人˙班)]，整体结构和A楼相似，有3个机电设备层，亦采用中心筒结构，不同的是将中心筒四周区域分隔成28个单间，单间内设有多个用水点，总当量Ng见表1，B楼用水量比A楼多。

将A楼的优化研究方法应用于B楼，其能耗计算及成本概算结果见表5。相比于A楼，3个备选方案的能耗、成本均增大，但各方案之间能耗相差不多，成本概算中管材、减压阀费用占比也有所提高，从经济性、机房布置、系统管理、运维的角度综合比较后确定B楼采用高位水箱供水最合理。

7 结论

A楼、B楼均为交通枢纽综合体的超高层塔楼，均为中心筒结构，间隔一定层数设有设备层，功能分别为普通办公和公寓式办公。基于3种常见给水方式，充分利用市政管网余压及建筑结构特点、管网承压要求确定具体备选方案，通过能耗模拟发现3种备选方案的能耗相差不大;通过成本概算得知高位水箱供水的成本投入最低。因此，从经济、机房布置、系统运维及管理的角度综合分析后确定高位水箱供水为优化方案。项目他其塔楼的特点和A楼、B楼相似，可直接采用高位水箱供水的给水方案。该方案也可应用于具有相同特点的建筑中，另外，本文的研究方法也为其他类型建筑给水方案优化研究提供参考。