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分析介绍家用管道减压阀的安装事项

这期微信我们将继续介绍卫生冷热水的供水压力,主要会分析介绍家用管道减压阀下游超压保护、减压阀安装事项及系统图示,以及更为重要的,减压对于节水的作用。


家用管道减压阀下游超压保护
如果减压阀下游压力增加,它的运行方式类似于止回阀。为了更好地理解这点,不妨参照下图,可以看到:下游高压对膜片形成推力,使减压阀活塞关闭。通过这种方式,用户水龙头和减压阀之间的水被完全截断。

 

但是,如果家用管道减压阀下游的水温升高,就会造成水量增加压力急剧上升。可能会导致减压阀膜片破裂。

在使用储水式热水器的小型系统中,减压阀下游压力的增加般是由于热水器加热,热水升温所引起的。
热水加热导致的上升压力无法“泄出”,因为用户端没有用水,而减压阀又处于关闭状态。

解决方法是在减压阀和锅炉之间安装个膨胀罐,吸收膨胀的水量,抵消压力的增加。

 

导致压力增加的另个现象多见于大型系统,通常存在于多个减压阀串联安装时。这种情况下,如果两个减压阀临近,那中间管道的水量有限,水的膨胀容易被管道吸收;相反,如果两个减压阀距离较远,膨胀量就不容小觑(在大型供水系统中)了,它膨胀导致的升压甚至会造成减压阀膜片的断裂。

 

在大中型系统中,除了热源附近外,管道内的水也可能因管道沿线输送被动加热而导致压力上升。
例如,配有双减压阀的大型管网系统其管道受阳光或其它热源加热的情况。
类似于小型安装系统,这问题可以通过加装适当的膨胀罐予以解决。

 

循环系统与减压阀
服务于多层建筑或塔楼的生活用水供水系统主要向高处延伸,层高造成的静压差别大。因此,必须沿着管线安装多个家用管道减压阀。
同时,为了避免生活热水供水自然冷却,还需要有热水循环系统。为了保证系统正确工作,服务于热水供水系统的减压阀不得安装在循环管道内。

 

家用管道减压阀的工作原理之所以不允许这样安装,是因为当所有的用水龙头关闭时,减压阀下游压力等于热水管网压力,减压阀活塞处于关闭状态,这样就阻止了系统循环。


打开活塞的方法就是用循环泵产生个高于管网压力和减压阀设定压力之差的扬程:这差值般在1~6 bar之间,传统循环泵难以达到。

 

反之,即便循环泵能够提供此必要的扬程,维持该循环系统的能耗成本也难以让人接受。


首先我们将分析家用生活冷水供水系统;然后探讨多层建筑供水系统,通过这些分析我们将了解到调节正确供水压力的必要性。


后面,我们还将提供生活热水系统的正确供水图示。


家庭应用
此类安装般服务于二、三层建筑的小型供水系统。
这类系统中的隐患来自供水管网的超压,或是持续超压,或是一整中的某些时段超压,这在自来水供水系统中较为常见。
为了保护系统,在自来水入户处安装总减压阀。
压力般设定在1.5到3 bar之间。

 

多层建筑
在多层建筑供水系统中,用户的水压随着层高增加而下降:每层的压降通常在0.3-0.4 bar。

 

这通常会导致两种情况出现:
可用压力充足时,能保证不利用户(般为高层)的供水压力;低层承压高。
可用压力不足时,不利用户(般为高层)供水压力无法保证;低层压力较正常。
对于4-5层以上的建筑,这两种情况的供水问题都会出现。

 

可用压力充足
可用压力足够给不利位置的用户供水,因此可以把供水按区分为多个立管。每个立管服务4-5层;服务于低区的立管可以通过家用管道减压阀调节至适当压力。

 

生活热水供应
生活热水的产生方式有:
集中式,热力站储水箱和专门的供水系统;
自力式,通过用户热力站、壁挂式锅炉或热水器。

 

集中式
现在分析下多层建筑中的集中式生活热水系统的供水压力。

除了与冷水供应相关的那些问题以外,还要考虑以下几个方面:
高温易引起气蚀现象;
高温对系统部件材料的影响;
减压阀错误安装时可能给循环系统带来的故障。

 

高约10或15层的中高层建筑中(案例1),可以考虑使用个供水立管,每层或每单元两个减压阀:个用于冷水减压,另个用于热水减压。如前所述,须考虑到热水系统的减压阀耐高温性能。

 

在塔式建筑中(案例2),鉴于其高度,建议避免分成多个立管供水,与前面章节中讲的生活用冷水系统情况相反。
这种情况之所以不划算是因为除了冷热水供应主管道外,还要考虑多个热水循环支管路。

 

从经济角度看,这类管网对总成本影响巨大。此外,热水(以及循环)管网越长,热量散失越严重,这会造成进步的经济损失。


基于这些原因,可以只将冷水管网拆分,将热水生产置于中间层,即所谓的设备层。
通过这种方式,管网的长度明显缩短,系统部件(锅炉和减压阀)不必承受高压。在冷水和热水管网上,每层或每户安装个减压阀,可以保证正确的供水压力。

 

种解决方案是安装热交换器取代锅炉,因为该部件更耐高压。
各种可能性都必须在设计阶段对可行性和成本加以评估。

 

自主生产
技术和经济层面上没有实现集中热水系统的优势时,可以通过比如“用户热力站”等设备产生热水。
推荐参阅第42期《水力杂志》,其中详细介绍了利用热电联产热量产生即热式热水的换热设备。
通过这种方式,只需保证冷水供应系统的正确压力即可。

 

类系统的好处是:
管道安装成本低;
更低的热量流失,无需维持热水管道的循环;
生活热水系统常见的分层加热导致的细菌产生可能小。
中高层和塔式建筑中都可以采用自主式热水生产。

种系统里(案例3),在每层或每户安装个减压阀足够了。
第二种系统里(案例4)则需要串联安装两个减压阀,以避免超压和运行过程中减压比过高。

 

节水
生活供水管道中正确的压力分布对于正确的用水调节和避免出现噪声以及管道水锤现象至关重要。实际上,压力过高会导致流量超出实际需要,从而造成能源尤其是饮用水的浪费。

用水过量主要是因为普通水龙头在没有限流装置的情况下,随着上游压力的增加其流出的水量也随之增大。
下图的例子就说明了这现象。

 

这类用水设备的用水特性与容积相关。而其它更多用水设备的用水特性与时间相关,这类设备流量的增加是主要的费水原因。比如,洗手、淋浴或刷盘子等基本上都是要保持水龙头打开定的时间。
这些情况下,管网给水龙头的供水压力越大,即供水流量越大,水的消耗量就越大。
以过高压力给用户供水造成的消耗,如图所示,可以达到正常压力供水的两倍以上。
对于个普通家庭用户来说,由时间所决定的耗水量其百分比可以估算在总用水量的50%到60%之间。

自来水的供水管道压力变化较大的个例子就是高层建筑:实际上,高度造成的静压会使低层水龙头的可用压力相应地升高。

 

范例
为了更好地理解自来水的消耗和浪费现象,我们举例分析栋9层建筑的供水情况。
在范例中,采用的是三根立管,每根服务于每层两个卫生间。供水管道的选型参考第5期卡莱菲手册。
为了简便起见,立管底部的压力视为相同。供水图示和相关的压力变化见下图。可以看到,为了保证高层的正确压力,随着高度的下降,压力逐渐增加。
关于日耗水量,可以参照以下数据:
每层人数 : 8
人均总用水量 : 240 l
容积所决定的用水量 45% : 110 l
时间所决定的用水量 55%: 130 l

建筑总需水量为 17.3 m³ 。

 

如上面所示,用水浪费取决于受时间影响的用水量,而它又受到供水压力的影响。
下面的案例中,将计算不同系统类型所造成的用水浪费情况。

 

案例1中所示的是根供水立管,每层没有减压阀,水龙头上也没有节流装置。这种情况下,由于低层压力大,自来水的平均消耗量比所有龙头按设计流量供水的理想状态要高出29%。

 

案例2和3中分析的两种情况,供水压力通过使用不同压力的多根立管来保持比较固定的供水压力。
案例2中为两根立管供水:根服务于较高的四层,另根服务于余下的几层。从图中数据可以看出,与只有根立管的情况相比,供水压力更佳,耗水量较小,不过仍然比理想状态要高出16%。
案例3中分析的是三根立管供水情况:从这案例中也可以看出,比起所有龙头以正常设计流量工作的参照状态,供水压力越均衡,造成耗水量增加就越少。

 

后面,在案例4中所示的是由根立管和每层安装家用管道减压阀组成的供水系统。这种方案保证每个水龙头的压力都非常接近设计值即正确的供水流量。通过在水龙头上安装流量控制阀也可以取得类似效果,不过,需要注意的是,在供水压力的上游进行控制更为有效和耐用,另外,末端的用水设备可能会被用户更换为不带流量调节类别的。正如前面简短分析的,以均衡压力供水设计的管道系统,除了可以保证正常工作外,还可以明显地节约用水。

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