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不幸的是,水比空气重。事实上,它每立方英尺重62.4磅。这个质量需要0.433 psi的压力才能将水提升1英尺(62.4 lbs/144 in in ft)。换句话说,1 psi将使水上升2.31英尺(1/0.433)。在街道上有70 psi的单层建筑中,这可能微不足道。在高层建筑中,这个因素将驱动热水和冷水系统的设计。
我不知道为什么会有人想住在顶楼里。那里的水压很低。为了避免这种情况,管道工程师需要仔细注意水系统的分区。首先,需要确定高压和低压。管道规范通常将高压限制在80psi。使用70 psi将使固定装置的流量更易于控制,减少水锤和降低流速。这些特性将降低操作成本,延长系统的使用寿命。
规范通常将低水压限制在20psi,除非有需要更大压力的装置,如冲洗阀。然而,为了最终用户的舒适度,建议最低压力为40 psi。当压力差为30 psi时,储层的高度不能超过69英尺(30英尺× 2.31英尺/psi)。如果以酒店的典型楼层高度(11英尺)来计算,单个区域的服务楼层不能超过6层。
下一步是确定系统压力。吸入压力可以通过增加街道压力和海拔增益来确定(假设您的增压泵在地下室)。将包括摩擦、仰角和PRV下降在内的预期损失加到最小压力,即可得到系统压力。从街道压力中减去这个就得到增压压力。制造商还需要考虑增压泵系统的内部损失。
今天的增压泵可以配置在任何数量的方式。随着抽水技术的进步,通风的屋顶储罐已成为过去。一个经过仔细计算的恒速泵可以在没有prv的情况下运行。如果是这样,可能需要在顶层安装prv,并且必须检查关闭水头。关闭水头是需求接近零时产生的系统压力。它可以通过将吸入压力添加到泵曲线最左端所示的压力来确定。在某些情况下,这种压力可能超过管道系统的承受能力。如果在泵排出口上设置了prv,则可以在增压泵包外消除关闭封头的问题,但仍然必须在包内进行检查。一个更好的解决方案是变速增压泵。通过跟踪压力,流量或电流,变速增压泵可以在任何流量下提供恒定的压力。 This provides a more predictable system pressure and saves electricity at the same time.
无论泵类型如何,高层建筑中的较低区域都需要prv。
在大多数情况下,出于经济原因,使用直接作用的prv。通过使用两个并联的阀门管道,可以保持更一致的压力(图1)。较小的阀门的通径可以在可接受的泄压下处理1/3的流量。在相同的泄压下,较大的阀门的通径为流量的2/3。如果较小的阀门设置为75 psi,较大的阀门设置为70 psi,那么在低流量下,较大的阀门将关闭,较小的,更精确的阀门将调节压力。在prv的下游需要一个安全阀,并需要一个间接的废物接收器,这在这些站的设计中经常被忽视。在许多情况下,最低层可能不需要增加压力。如果是这样的话,在主管道中安装一个单独的分支,在增压泵之前,可以服务于几个较低的楼层,从而节省安装和公用事业成本。
可提供的最大地板数量取决于所使用的材料。增压泵、阀门、管道和附件都必须能够承受立管底部的最大压力。理解压力等级是很复杂的。黄铜,螺纹,150级阀门在150华氏度时限制在200 psi,而更昂贵的200级阀门限制在400 psi。12英寸以下的125级铸铁阀门在150华氏度下的压力也被限制在200 psi,而更昂贵的250级阀门的压力被限制在500 psi。在增压泵包装和管路系统中必须指定正确的阀门,至少在较低楼层。
在较高的楼层,压力下降;良好的做法是,当达到安全工作压力时,减少阀门的等级。压力表和其他小型设备经常被忽视,令人惊讶的是,还有管道。6"硬拉铜管在150华氏度下的最大安全工作压力为376 psi,焊点的最大表工作压力(假设95-5锡锑焊料)为375 psi,但配件的额定内部工作压力仅为213 psi。因此,服务40层以上的楼层最多也会很困难。
要增加几层楼,一种解决方案是使用不锈钢管。根据所使用的联轴器,10S计划的典型接头工作压力可达300 psi, 40S计划的典型接头工作压力可达600 psi。当服务于更高的高层建筑时,必须使用二级泵站(图2)。在这种情况下,一个较低的泵为建筑物的下半部分提供服务,同时也为较高的泵的吸入侧提供服务,而较高的泵又为建筑物的上半部分提供服务。
必须特别注意这些泵组的同时控制;缓冲槽可能是必要的,以在较高的槽保持恒定的吸入压力。或者,可以提供两个较低的泵,一个用于较低的固定装置,一个用于较高的泵。这种上层和下层建筑系统的分离将允许对压力进行更独立的控制,并且可以用于维护。
在大多数高层建筑中,水被泵送到位于区域顶部的PRV站。下游立管和分支管然后下行到夹具。然而,这个决定可能会受到固定装置类型和热水器位置的影响。在上行系统中,由于摩擦造成的压力损失和由于仰角造成的压力损失是相加的;最糟糕的情况是系统的顶部,那里的压力最低。在下进给系统中,至少对于较小的管道尺寸,摩擦压力损失将在一定程度上被下进给的压力增益所抵消。此外,由于系统底部压力最大,摩擦损失最大,因此可以使用较小的分支管。其结果是更一致的静态和动态压力,为最终用户提供更好的体验。
经济分析经常显示,快速立管(没有连接的上行管道)的成本低于较小分支管道的节省成本。强烈建议任何建筑物内的热水和冷水应朝向同一方向。否则,冷水摩擦损失可能最小,而热水摩擦损失最大。即使有压力平衡淋浴阀,50%的压差也会造成灾难性的后果。如果热水器是在屋顶上,一个下行系统是很有意义的。
热水系统的设计不在本文的讨论范围之内。然而,不解决来自不同压力区域的热水循环是不公平的。工程师经常把这些热水放回中央热水器。这样做会造成一个很难平衡的系统。即使每个区域都有单向阀保护,来自较高区域的压力通常会阻止较低区域的循环。更好的方法是在每个区域内循环(图3)。分马力泵和小型电罐式加热器工作良好。5加仑的水和3到9千瓦的电力几乎可以处理6层楼的任何面积,因为水只会从110华氏度重新加热到120华氏度。由于压力已经降低,循环泵和再热罐可以放置在任何楼层。别忘了主热水立管。它仍然必须循环回到中央系统,以确保这一大水柱不会在一夜之间变冷。
在热水和冷水分配中要考虑的最后一个问题是从系统中清除空气的能力。有自动通风口会泄漏和失效,也有手动通风口很快就会被遗忘,但从系统中排出空气的最佳方法只是在每个区域的最高楼层以下的楼层提供水平分布。这使得空气可以在每个立管中收集并漂浮到顶部,每次使用顶楼的固定装置时,空气就会被净化。除非夹具很少使用,否则最终用户很少注意到这一点。再说一遍,为什么会有人想住在顶楼?
彼得·克劳特是20个州的持证机械工程师。2001年,他在加州洛杉矶附近成立了南海岸工程集团(South Coast Engineering Group)。他为商业项目设计管道和暖通空调系统,包括高层建筑、医院甚至游乐园。万博手机版登录本官网您可以通过(818)224-2700或电子邮件与他联系pkraut@socoeng.com.