写字楼管网循环系统及其流量平衡的调节方法与流程

1.本发明涉及管道直饮水技术领域，尤其是涉及一种写字楼管网循环系统及其流量平衡的调节方法。


背景技术：

2.在楼宇的管道直饮水系统中，中央净水设备产出的成品水，通过食品级管网输送到整个楼宇各个楼层的饮水终端。水在管网系统中停留的时间越长，水质下降越快。为保障整个供水管网的水质合格，必须定时将管网中的存水回收至中央机房进行二次消毒杀菌，此回收和二次消毒过程即为管网循环过程。管网系统在设计和施工时必须深入考虑循环效果，即各条管流路径的流量分配是否平衡。循环效果不好，某些回路回水不畅，管道中的存水无法完全回收进行二次消毒杀菌，将导致用户端水质不合格。
3.管网循环系统设计中，一般采用如下两种形式：第一种，立管循环系统。如图1所示，整个系统进行竖向分区后，在每个分区设置多条立管垂直贯穿本分区内的所有楼层，饮水点靠近立管位置布置。图1的设计适用于：楼宇所有饮水点位基本明确，各层楼的饮水点位置一致或相近。图1的立管循环设计的缺点是：对于租赁性质的写字楼来说，租户未定，饮水点位置未知，则无法做到对楼宇立管贯穿的统一规划。另外，在图1中，如果每层楼饮水点数量多，将导致垂直贯穿所有楼层的立管数量太多，工程可行性很难满足。
4.第二种，平层循环系统。如图2所示，每层楼形成一个供水和回水的环路，楼层之间呈并联关系，要求各并联管路的阻力特性一致或近似，目前一般的解决方案是每层楼的管路路径相同。图2的设计适用于：所有楼层饮水点和管道敷设方案统筹设计为相对一致，每一平层回路的阻力特性大致相同，水力基本平衡。图2的平层循环设计的缺点是：为保证各楼层管路的阻力特性一致，须严格按统一方案施工布管，这样就无法满足不同楼层用户的实际要求，极大地制约了管道直饮水系统在写字楼领域的工程应用和实施。
5.由于写字楼场景的复杂性，系统架构规划和工程方案遇到很多困难。绝大部分项目由于在系统设计阶段时各个楼层饮水方案还未知，所以无法开展完整的管网设计。目前在大部分写字楼管道直饮水项目的实际运行中，对分区循环系统缺乏有效和便捷的调试手段以及对循环效果的监测方法，特别是缺乏相应的可量化的操作方法。


技术实现要素：

6.本发明旨在解决上述技术问题。为此，本发明的目的是提供一种写字楼管网循环系统及其流量平衡的调节方法，能够基于可量化的手段实现循环系统各并联回路的流量平衡。
7.本发明所采用的技术方案是：第一方面，本发明提供一种写字楼管网循环系统，该系统包括：供水立管，与直饮水机房供水泵连接，为楼宇提供用水，该直饮水机房的供水泵出口设置有一流量计；一根分
区供水立管，与该供水立管连接，竖向贯穿于一个分区的所有楼层，为该分区的楼层供水；多根平层供水管道，敷设于该分区的每层，每根平层供水管道与该一根分区供水立管连接，且沿楼层水平敷设，在每根平层供水管道上引出数量不等和位置不定的多个饮水点，该饮水点的数量和位置按各楼层用户的实际需求而定，在该每根平层供水管道的入口设置一入户压力表和一入户阀门；多根平层回水管道，敷设于该分区的每层，每根平层回水管道与一根平层供水管道连接，且沿楼层水平敷设，该平层回水管道的每层敷设方案允许存在差异，该每根平层回水管道用于收集该一根平层供水管道的回水，在该每根平层回水管道的出口设置一出户压力表和一出户调节阀，每楼层中该出户压力表所在管段的口径与该入户压力表所在管段的口径一致；一根分区回水立管，与该一根分区供水立管平行设置，竖向贯穿于该分区的所有楼层，与该多根平层回水管道连接，该一根分区回水立管用于收集该多根平层回水管道的回水，将该回水重新回收至该直饮水机房。
8.第二方面，本发明提供一种写字楼管网循环系统流量平衡的调节方法，应用于上述的写字楼管网循环系统，该方法包括：使一个分区内各楼层回路在相同的调试流量q0下单独进行循环；选择水头损失最大的楼层，称为最不利楼层，将该楼层记作l0，关闭其他楼层进水阀门，单独让l0楼层进行循环，记录该l0楼层的入户压力表的压力值为p1，记录该l0楼层的出户压力表的压力值为p2，将该l0楼层的入户、出户压力表的压力差值记作p0，p
0 = p
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p2；对其他楼层的每层，采用同l0楼层相同的方法，关闭其他楼层的进水阀门，单独让本层循环，在相同的流量q0下，调节本楼层的出户调节阀，使每层回路的入户、出户压力表的压力差值均等于p0；所有楼层全部调节完毕，打开全部楼层的进水阀门，使该该分区进入全循环模式，各楼层回路实现流量平衡。
9.其中，该使一个分区内各楼层回路在相同的调试流量q0下单独进行循环，包括：基于该流量计测量流量，通过调节该供水泵的变频器的频率，从而改变该供水泵的转速，使各楼层在单独循环时的流量均相同；或者通过调节该直饮水机房内的回水阀门，使各楼层在单独循环时的流量均相同。其中，该选择水头损失最大的楼层，称为最不利楼层，将该楼层记作l0，包括：该最不利楼层l0的选择标准为选择管道的路径最长、且配件最多的楼层，该配件的种类包括：弯头、三通、变径接头、阀门、以及水表。
10.其中，该选择水头损失最大的楼层，称为最不利楼层，将该楼层记作l0，包括：在无法判断哪层为l0层时，让所有楼层在相同的调试流量q0下分别单独循环，记录所有楼层的出、入户压力表的压力差，选择压力差最大的楼层作为该l0层。
11.本发明的有益效果是：本发明通过采用让管网循环系统的各并联回路在相同的调试流量q0下单独循环，接着，调节各并联回路的出户调节阀，使各并联回路的压力差均等于水头损失最大的楼层的压力差，然后将并联回路的进水阀门打开，使各并联回路进入循环模式，此时各楼层回路可实现较理想的流量平衡。本发明克服现有技术中存在管网循环系统设计难以满足不同写字楼实际场景的技术问题，实现了一种以各楼层用户按实际需求布置的灵活便捷的管网循环系统，并能采用较为精确的量化方法对该管网循环系统进行调节，以使管网循环系统的各并联回路的流量保持平衡，从而满足楼宇的各种不同实际饮水应用场景需求。
附图说明
12.图1是根据一种技术的管网循环系统的一实施例的结构示意图；图2是根据一种技术的管网循环系统的另一实施例的结构示意图；图3是本发明管网循环系统的一实施例的结构示意图；图4是本发明管网循环系统流量平衡的调节方法的一实施例的流程示意图；图5是图4的步骤s02中各并联回路压力差调节的一实施例的工况量化图；图6是图4的步骤s03中各并联回路压力差调节的一实施例的工况量化图；图7是图4的步骤s04中各并联回路压力差调节的一实施例的工况量化图；图8是图6变化到图7的工况量化图；图9是本发明管网循环系统中一个楼层回路的一实施例的结构示意图。
具体实施方式
13.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
14.请参阅图3，图3是本发明管网循环系统的一实施例的结构示意图。如图3所示，该管网循环系统包括供水立管、一根分区供水立管、多根平层供水管道、多根平层回水管道以及一根分区回水立管。
15.该供水立管与直饮水机房供水泵连接，该供水立管竖向分区后为楼宇各分区供水。其中，在一个分区内，该一根分区供水立管，竖向贯穿于本分区所有楼层，为本分区的楼层供水，可选地，该供水立管与该分区供水立管之间根据压力计算设置一减压阀，以满足压力要求。值得说明的是，该直饮水机房的供水泵出口设置有一流量计。
16.其中，该多根平层供水管道，敷设于该分区的每层，该每根平层供水管道与该一根分区供水立管连接，且沿楼层水平敷设，在每根平层供水管道上引出数量不等和位置不定的多个饮水点，在该每根平层供水管道的入口设置一入户压力表和一入户阀门。
17.其中，该平层供水管道根据各楼层用户的实际现场情况，其各层的敷设方案可能会有显著差异，因此允许各楼层的该平层供水管道存在阻力特性的不同。
18.其中，该饮水点的数量和位置按各楼层用户的需求灵活设置，因此允许各楼层由于饮水点数量、位置的不同导致的管网阻力特性的差异。
19.其中，该多根平层回水管道，敷设于该分区的每层，每根平层回水管道与一根平层供水管道连接，且沿楼层水平敷设，该每根平层回水管道用于收集该一根平层供水管道的回水，在该每根平层回水管道的出口设置一出户压力表和一出户调节阀。
20.其中，该平层回水管道根据各楼层用户的实际现场情况，其各层的敷设方案可能会有显著差异，因此允许各楼层的该平层回水管道存在阻力特性的不同。
21.其中，该出户压力表所在管段的口径与该入户压力表所在管段的口径一致。
22.其中，该一根分区回水立管，与该一根分区供水立管平行设置，竖向贯穿于该分区的所有楼层，与该多根平层回水管道连接，该一根分区回水立管用于收集该多根平层回水管道的回水，将该回水重新回收至该直饮水机房。
23.可以理解地，该分区各楼层管网呈现流动阻力不相等的并联关系，每条管流路径
在竖向方向上长度一致，即满足垂直同程关系，但在水平方向上，由于各楼层管网长度不相等，敷设方案也不同，所以各个并联回路的阻力特性有差异，此差异是在写字楼管道直饮水工程实施中因满足不同用户实际需求而表现的必然结果。
24.请参阅图4，图4是本发明管网循环系统流量平衡的调节方法的一实施例的流程示意图。如图4所示，该调节方法包括如下步骤：s01：使一个分区内各楼层回路在相同的调试流量q0下单独进行循环；在步骤s01中，机房供水泵出口设置有流量计，通过调节供水泵的变频器的频率，从而改变供水泵的转速，使各楼层在单独循环时的流量均相同。或者通过调节机房内的回水阀门，也可控制各楼层在单独循环时的流量相同。
25.s02：选择水头损失最大的楼层，称为最不利楼层，将该楼层记作l0，关闭其他楼层进水阀门，单独让l0楼层进行循环，记录该l0楼层的入户压力表的压力值为p1，记录该l0楼层的出户压力表的压力值为p2，将该l0楼层的入户、出户压力表的压力差值记作p0，p
0 = p
1 ‑ꢀ
p2；在步骤s02中，该最不利楼层l0的选择标准为选择管道的路径最长、且配件最多的楼层，该配件的种类包括：弯头、三通、变径接头、阀门、以及水表等。
26.在无法判断哪层为l0层时，让所有楼层在相同的调试流量q0下分别单独循环，记录所有楼层的出、入户压力表的压力差，选择压力差最大的楼层作为该l0层。具体地，如图5所示，以4个楼层为例，各个并联回路单独循环，在同一调试流量q0工况下，记录各楼层的入户压力表的压力值p1和出户压力表的压力值p2，得到各楼层压力差数据，分别记作：p0（l1）、p0（l2）、p0（l3）以及p0。各楼层压力差计算方法如下：p0（l1）=p1（l1）-p2（l1）；p0（l2）=p1（l2）-p2（l2）；p0（l3）=p1（l3）-p2（l3）；p
0 = p0（l0）=p1（l0）-p2（l0）。
27.其中，将各楼层的压力差数据p0（ln）进行比较，将压力差最大的楼层作为l0层。
28.s03：对其他楼层的每层，采用同l0楼层相同的方法，关闭其他楼层的进水阀门，单独让本层循环，在相同的流量q0下，调节本楼层的出户调节阀，使每层回路的入户、出户压力表的压力差值均等于p0；在步骤s03中，调节各楼层出户调节阀，让各回路的压差p0（l1）、p0（l2）、p0（l3）均等于p0。
29.如图6所示，将各个并联回路（楼层）单独调节，跟踪p0值的工况记录。相对于最不利回路，其他回路增加阻力损失后，压差增大。
30.s04：所有楼层全部调节完毕，打开全部楼层的进水阀门，使该该分区进入全循环模式，以使各楼层回路实现流量平衡。
31.在步骤s04中，如图7所示，全循环时，本分区供水总流量被各个并联回路（楼层）按等比例重新分配，实现流量平衡。如图8所示，分区总流量等比例分配到各个并联回路，每个回路相比调试流量有所下降，但流量的平衡关系不变。
32.通过上述步骤s01~步骤s04，就使得各楼层具有相同的阻力特性。这样，使得在全循环模式下，各楼层的流量均保持相同，且流量平衡关系不受供水干管流量变化的影响。且
此平衡关系不受本循环分区以外的动力特征和阻力特征（包括供水泵扬程、供水干管阻力特性、分区减压阀等）的影响，也不受供水干管流量变化的影响。
33.具体地，上述调节方法的工作原理如下：请参阅图9，图9是本发明管网循环系统中一个楼层回路的一实施例的结构示意图。如图9所示，在管段的断面1和断面2之间列管流的能量方程： （mh2o）（1）其中，z为位置水头，为压强水头，为流速水头，为总水头损失。
34.两个断面为同一平层管道，高度相同，所以z1=z2，所以上述公式（1）可以变换为：（mh2o）
ꢀꢀꢀꢀꢀ
（2）又因为连续性封闭流场，任意断面的流量相等，根据恒定总流连续性方程：
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（3）由于断面1和断面2的管径相等，所以a1=a2，代入上述公式（3），得到v1=v2。将v1=v2代入到上述公式（2）中，得到： （mh2o）
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（4）即：从断面1到断面2的压强水头损失全部转化成了本层管段的水头损失。
35.将上述公式（4）换一种表达形式，为：
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（5）从物理表达看，两个断面压强水头差即为总水头损失。上式中的p为动水压强，而渐变流过水断面上动水压强按静水压强的规律分布，所以断面的压强水头在法向应力上表达为压力表的读数（mpa）。两点压力表测得的差值即为本层管网的水头损失，也称为阻力损失。
36.总水头损失的组成公式如下：
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（6）其中，h
l
为总水头损失，hf为沿程水头损失，hm为局部水头损失。
37.管道已经建成的情况下，沿程水头损失系数已经确定，本方案目的是调节局部水头损失系数。产生局部水头损失的主要因素为：平层管网存在较多的弯头和弯管、三通分支接头、直通和其他管件接头、变径接头、阀门、水表等，局部水头损失不可忽视。有些楼层还敷设有支管循环和局部竖向布管，都增大了水头损失的差异。经过步骤s03的调节之后，各个楼层的h
l
相等，所以分配的流量也相等。
38.在本实施例中，在同一流量下，各个并联回路的水头损失相等。所以当总流量发生变化时，各个并联回路分配的流量必然相等。此流量平衡关系不受本并联系统以外的动力特征和阻力特征（包括供水泵扬程、供水干管阻力特性、分区减压阀等）的影响，也不受供水干管流量变化的影响。全循环工况下，不管供水干管流量如何变化，各路回水水力平衡性保持基本稳定，在工程实践中效果良好，能够实现全网正常循环。
39.本发明的优点如下：1、写字楼各楼层用户各自按需实施用水方案，允许用户之间存在设计和施工差
异，包括：饮水点接口数量、饮水机位置、管道长度、管道口径、管道施工做法和敷设工艺、弯头数量、三通和直通接头数量、水表和阀门配置、支管是否循环等。用户管路的阻力特性差异，应用本发明的技术方法能够基于较为精确的量化手段实现用户之间的流量平衡，因此满足了写字楼不同楼层、不同用户按需实施饮水解决方案的实际需求，具有很大的现实意义。
40.2、写字楼投入使用后，随着租户的入驻，各个楼层可以随时灵活地接入直饮水系统、按需实施平层管道施工，应用本实施例的调节方法后，系统整体的水力平衡和流量平衡不受影响。
41.3、任意楼层用户关闭或断开系统，不影响其他楼层的流量平衡关系。
42.4、系统在后续长期的运行过程中，用户可以灵活变更饮水方案（增减饮水点、饮水点挪位、管道布置改造等），局部楼层水力工况发生变化，按本专利方法可实现系统变化后的水力平衡。
43.5、每层出户调节阀采用普通的sus304以上标准的食品级调节阀，操作简便、可靠性高、降低造价和维护成本。
44.6.本发明只需在供回水入口和出口节点增加压力表，安装和维护方便，对水路和水质无干扰。不采用流量计的原因是流量计属于过流式仪表，安装和维护麻烦，并且考虑到水质影响风险，所以直饮水管网上尽量避免安装过流式仪表。
45.以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本技术权利要求所限定的范围内。