中央空调水系统改造初步可行性实施报告.docx
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中央空调水系统改造初步可行性实施报告
中央空调水系统改造
初步可行性研究报告
2012年07月
1概述1
1.1工程概况1
1.2编制依据1
2研究容1
2.1研究围2
2.2主要设计原则2
3工程设想2
3.1设计方案一2
3.2设计方案二8
3.3设计方案三11
3.4技术经济比较和推荐方案13
4工程实施条件和轮廓进度15
5投资估算和经济评价16
6结论和建议17
1概述
1.1工程概况
XXX大厦已建成投用多年。
此楼盘系综合商用型高层建筑，地面高三十层，用户类型有商场、银行、餐饮、旅店、写字间等，地下三层，设有车库、中央空调机组、给水系统装置等设施。
XX大厦现有生活水给水系统，为生活水增压泵、高位水箱垂直并联联合供水方式。
楼顶层设高位水箱，由负三楼蓄水池经生活水泵直接供水；六楼以下属低区，由市政管道直接供水；七楼以上由顶层高位水箱经重力供水，属上行下给方式，且七楼至十九楼为中区下行给水，二十楼至顶楼属高区下行给水。
顶楼高位水箱和负三楼蓄水池均为生活水、消防水共用。
XX大厦属复合商用型大楼，但七楼以上中高区生活水用量不大，而现有从负三楼大蓄水池供水方式（二次供水），造成用户用水品质较差，影响用户生活甚至企业经营。
此外，现有高位水箱水位自动控制时水泵启动较频繁，且无水位远程监视，存有运行安全隐患。
基于此，XX物业发展有限公司委托大学动力工程学院，开展XX大厦生活给水系统改造初步可行性研究工作，以在供水水质、节能运行、水位监控方面做出彻底改善。
1.2编制依据
本报告编制依据是委托方XX物业发展有限公司提供的现有原始资料和基础数据，并贯以“资源节约型、环境友好型”设计原则。
其它主要依据有：
《建筑给水排水设计规》（GB50015-2003）；
《给水排水管道工程施工及验收规》（GB50268-2008）；
《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规》（GB50242-2002）；
《给水排水仪表自动化控制工程施工及验收规程》（CECS162-2004）；
《民用建筑隔声设计规》（GBJ118-88）。
2研究容
2.1研究围
本工程设计由大学动力工程学院全权负责。
设计围主要包括：
1）生活水系统供水线路改造；
2）改造工程中电气和控制系统；
3）投资估算和经济分析。
2.2主要设计原则
本改造工程应符合以下原则：
1）生活水在正常情况下应由市政给水，以保证平时生活水品质。
市政给水停水时，备有二次水源供水。
2）大厦六楼及以下低区生活水水压不受中上区供水影响。
3）高位水箱使用时，水位可以自动控制。
同时，水位可以远程监视。
4）生活水增压水泵可以自动启、停。
5）实现节能和安全运行。
且给水系统工作时，噪音达环保要求。
3工程设想
XX大厦现生活给水系统竖向分为三个区，如图1所示（请参看第6页）。
低区为负三楼至六楼，由市政给水网直接供水；七楼至十九楼为中区，由顶层45m3高位水箱下行经六楼半（M层）处减压阀供水；二十楼以上由高位水箱下行供水；而高位水箱由负三楼676m3蓄水池向上供水（二次供水）。
为改善大厦中高区生活水水质，必须设计中高区生活水给水水源为市政供水（一次供水），替代现用的负三楼大蓄水池存水。
同时，考虑到在满足投资估算下尽量减小改造工程工作量和造价，并保留现有生活水供水系统的优点，设计方案依然以增压给水泵、高位水箱联合供水为基础。
3.1设计方案一
生活水供水系统改造方案一，是在六楼半管道转换层（M层）设置生活水增压泵，如图2所示（请见第7页）。
据现场调查得知，只在一次水压力下可供水到七楼，因此，能在M层设置生
活水增压泵，替代负三楼水泵给顶楼水箱补水，可以节省约九层楼水头的泵功耗。
一、运行方式
1）正常情况下，由市政给水管网（一次水）经M层生活水增压泵供水给顶楼高
位水箱，一次水由负二楼一次水管引到负三楼生活水增压泵出口处，再经给水竖管上行，在M层出接入配置的生活水增压泵上游M层水箱。
M层生活水增压泵运行时，其旁路阀关闭（D100竖管上加装），负三楼的生活水泵不运行，且其出口阀关闭，在负三楼实现水源由一次水而非蓄水池供水。
2）当一次水停水时，由负三楼生活水泵和蓄水池供水给顶楼高位水箱，且要先退出M层生活水增压泵运行，关闭其进出口阀，打开竖管上旁路阀，负三楼的供水源也要之前切换到蓄水池侧。
3）M层生活水增压泵，原则上应该是一台全容量泵运行，另配同容量泵一台作为备用。
考虑到现场施工条件、造价和负三楼两台生活水泵已经作为M层增压泵的备用泵，因此，此方案只考虑在M层设置一台全容量泵，而负三楼两台水泵作为其备用泵。
此处M层增加水箱和一次水水源引入点设在负三楼原因：
1）查六楼供水均压不到200kPa（2公斤压力），配置的生活水增压泵流量达32.4m3/h（以负三楼水泵设计为准），直接接在M层一次水管（D40）上，造成大压降
可计算如下：
泵入口一次水管流速
>
，则单位长度钢管水头损失
，而最大设计流速下此损失仅为
，因此，流动损失急剧增大，功耗会增加。
此损失也会在一次水压力过低时（如300kPa），致使六楼及以上一次水压过小而影响使用。
直接将水泵接在一次水管道，原则上也是不允许的。
2）因为M层配置水泵流量较大，且一般离心泵必须汽蚀都在2mH2O以上，直接接在六楼附近D40的一次水管上时，而泵设计流量是按D100管道计算的，运行
时很难保证最小流量，可能导致入口一次水管被抽空，泵因断流烧掉。
所以，必须加水箱缓冲流量变化。
3）一次水水源引入点设在负三楼，施工条件等相对更便捷。
二、M层生活水增压泵选择
M层生活水增压泵工作时，需要把水从M层打到顶楼水箱（此处为29楼水箱，30楼由另外小水箱供水），同时考虑顶楼配水最不利点，则水泵参数计算如下：
水泵扬程
，其中，
为引水管至最不利点静压差，
为
管路流动损失（因没有原设计书各楼层水力计算表，此处按商用型平均单楼层面积1000m2估算），
为水表水头损失，
为最不利点流出水头。
则
，考虑管道阻力特性恶化需留10%裕量，则扬程
为96.03m。
水泵功率
，其中，泵效率取62%计算。
当选择高效率泵时，所需功率会相应减小。
相应配置的电机功率可选为14kW，这要比用负三楼水泵供水节省功耗约4.5kW。
此外，M层预装增压水泵房间隔壁是写字间，应考虑噪音影响，优先选择低噪音水泵。
三、M层配置水箱容量
M层生活水增压泵为生活水中途转输水箱，不同于顶楼生活水和消防水共用水箱。
如果按照10min泵工作流量备用来计算，在泵流量为32.4m3/h时，配置水箱容量V为：
，备用15min工作流量时
，选取水箱容量
。
同时，据调查负三楼现生活水泵每天平均运行5-6次，每次30-40min，则每次M层以上供水量可估算为16.2-21.6m3。
所以，按水箱容量
配置时，M层水泵运行时其水箱需要连续补水。
四、M层配置生活水增压泵及其水箱施工条件
查M层管道转换房间尺寸长*宽*高约为6*4*4.2m3。
按照设计规程，水箱顶部
应距离房间顶部最少0.6m，泵底座最少0.1m，泵体高约0.3m，泵入口必须汽蚀余量2m，再出除水箱厚度，则水箱可配置高度最大为1.2m。
按照水箱容积
可推算其底面积约为5.833m2，相当于2.415m*2.415m的尺寸。
尺寸为2.415m*2.415m*1.2m的水箱，安装在M层管道转换房间，虽具备
施工条件，但略微显得拥挤。
而且，7m3水箱有7吨余重，加在M层此房间中，另加上泵重，该楼层能否承受这么多重量，必须待进一步确认。
五、电气和控制系统
查在M层预留有380V电线回路，M层配置的生活水泵额定电流约为27A，
在该电线回路负载围。
M层生活水增压泵配电盘柜和控制柜，均可放置在负三楼运行监控管理层，
以便可以进行集中监控、运行操作。
1）为实现M层生活水泵的自动启停和顶楼高位水箱水位控制功能，还需在须将顶楼高位水箱水位开关触点信号接入M层水泵启停电气回路。
必须指出的是，现有高位水箱水位开关信号已经接入到负三楼生活水泵启停电气回路，而M层水泵运行时是不允许负三楼水泵同时运行的，反之亦然，所以，在M层泵和负三楼泵之间必须设置互为闭锁启动保护，以保证每时只能运行一台泵。
2）对于水泵启停控制，为达到及时启停，并避免水位开关损坏导致泵误启停，可以考虑对高位水箱装设水位变送器，将测得的水位信号加入到对泵启停控制的逻辑判断，增加可靠性，同时，在控制室接入水位信号等利于监控，这些需要用单片机或PLC来实现。
3）M层生活水增压泵前的转输水箱，也需设置水位控制。
因为是一次水直接供入，其水位控制可由浮球阀来自行控制。
而顶楼高位水箱因为是增压泵供水方式，不能同时用浮球阀控制水位，而应由水位开关直接联锁增压泵启停供水，来控制水位即可。
4）为避免一次水中断时在M层运行的生活水增压泵汽蚀甚至烧泵，可以考虑在泵停止电气回路上，增加入口端水箱低水位停泵或泵入口压力低停泵保护，即在入口端水箱增加一个低水位开关，或者在泵入口管道上增加一个低水压开关。
图1现有生活给水系统示意
图2生活给水系统（改造方案一）示意
3.2设计方案二
前文3.1节改造方案一中需在M层增设中途转输水箱，不仅在管道转换房间中安装空间狭小，而且增加了改造工程量和成本。
经调查，七楼有游泳池及其进水端膨胀水箱闲置未用，而泳池系由一次水供水。
因此可以考虑将闲置的游泳池隔出一部分，通过加装引水管道，作为M层生活水增压泵的入口调节水箱。
这样可以省去改造方案一中在M层加装水箱的部分工程，而只在M层设置水泵即可。
如下图3中改造方案二所示（图3请见第9页）。
一、运行方式
1）正常情况下，顶楼高位水箱由M层生活水增压泵供一次水。
M层生活水增压泵由位于七楼的闲置游泳池隔出部分供水，而泳池水由一次水供水。
M层生活水增压泵运行时，M层D100竖管上旁路阀关闭，负三楼生活水泵作为备用。
2）一次水停水时，须由负三楼生活水泵和蓄水池给顶楼高位水箱供水。
负三楼水泵运行之前，M层生活水增压泵出口阀应关闭，D100竖管上旁路阀应打开。
3）M层生活水增压泵也只配置全容量的一台，故障时，也切换至负三楼水泵运行对高位水箱供水。
二、M层生活水增压泵选择
和方案一相比，方案二正常运行方式下的一次水是来自七楼游泳池，而不是负三楼处加管引导的一次水，两方案中
水头差不多，而且，泵扬程
计算中
占主要部分，且两者
相同，因此，方案二中M层生活水增压泵扬程也选择为96.03m。
水泵流量依然取原设计工作流量32.4m3/h，泵效率取62%时，则水泵功率
。
当选择高效率泵时，所需功率会相应减小。
为防止噪音污染，应选取低噪音水泵。
相应配置的电机功率可选为14kW。
三、七楼游泳池需要隔出来的水箱容量
七楼游泳池隔出来一部分作为M层生活水增压泵供水箱时，因为依然是作为
转输水箱使用，原则上其容量能满足10-15分钟的该水泵在额定负荷下运行的流量
图3生活给水系统（改造方案二）示意
即可。
但不同于方案一之处是：
1）七楼游泳池进水的一次水源管道是D40型号的，而M层水泵接在D100竖管给水管道上，泵系统进水管道远小于出水管道。
因此，为保证M层水泵运行时能有充分水源不致断流烧泵，其水箱大小即泳池隔出来的部分容量，必须考虑泵系统进出口管径差别，在设计泵补水箱容量时给以适当修正。
根据调查，每天生活水增压泵对顶楼高位补水5-6次，每次30-40min。
在不考虑流速差，以每次补水时间40min计算，在每次补水时间，D40水管对泳池供水和D100水管由泵抽水条件下造成的流量差值可估算为：
D100水管的流速为
，则按此流速计算得到D40水管的流量为
。
可见，单位时间泵-水箱系统进出水管流量差值为
。
则15min泵额定负荷运行下造成的流量差值为6.804
，在20min造成的流量差为9.072
，在40min造成的流量差为18.144
。
因此，在考虑泵-水箱进出口流量差情况下，对泳池隔出部分水箱容量进行修正，选择按泵额定负荷下运行20min计算，则整个泳池隔出来的水箱容积修正后为：
7+9.072=16.072
。
2）如果将此隔开来的水箱容积设置很大，则完全可以作为一次水停水时的备用水源了，甚至可以替代负三楼蓄水池作为备用生活水的功能。
但是负三楼蓄水池还作为消防水池，这个作用无法替代。
四、M层配置生活水增压泵及其水箱施工条件
此方案中M层配置生活水增压泵施工同方案一，不同的是其进水管需从七楼游泳池引到M层泵入口处。
此方案比方案一中的水箱容积7
要大一倍多，但这是基于闲置泳池隔开得来的，施工量并不大。
五、电气和控制系统
此方案中电气和控制部分和方案一中的类似。
在此不再赘述。
3.3设计方案三
按方案一和方案二，在M层配置生活水增压泵，运行时可节省负三楼到M层高度水头的泵功耗，但是会加大改造工程量和投资量，因此，还需依照投资估算进行全面考虑。
如果单考虑简化改造工程，并保证供水品质，可只从负二楼将一次水引到负三楼生活水泵的入口，并在原蓄水池靠泵侧隔开一个水池作为该泵的入口端水箱，由该水泵对顶楼高位水箱供水。
如图4中的改造方案三所示（图4请见第12页）。
方案三不设置M层生活水增压泵，而仍只使用负三楼水泵。
一、运行方式
1）正常情况下，负三楼生活水泵水源由隔开来的小水池提供，这个小水池的水由一次水管连续供水，而顶楼高位水箱则由该泵直接供水。
由于隔开的小水池容量不大，可保证每天都能向顶楼高位水箱供给新鲜的生活水。
而大蓄水池的存水作为备用水源，且大蓄水池到小水池的底部连通阀关闭。
2）在一次水停水时，可利用负三楼大蓄水池的存水经生活水泵往顶楼高位水箱补水。
在供水前，需开启大蓄水池底部通往隔开的小水池的连通阀，存水通过连通管从大蓄水池流到小水池供水泵运行需要。
3）负三楼生活水泵有两台，互为备用。
且应定期切换运行，保证可正常备用。
二、小水池容量
此方案中，从大蓄水池隔开来的小水池，相当于生活水泵的入口水箱，以缓冲水泵运行时的大抽水量对一次水总管压头的影响，保证大厦低区六楼及以下供水水压正常。
此外，负三楼生活水泵不直接接在一次水管上，也为了防止水泵超压。
由于负三楼一次水管道为D100规格，生活水泵出口亦为D100水管，因此泵运行时，进出口流量差在不考虑流速差情况下可以忽略。
故从大蓄水池分隔开的小水池容量，也可以按照生活水泵在额定负荷下运行10-15min时间的流量来确定。
查负三楼生活水泵的必须汽蚀余量为2.5m，再在大蓄水池中隔开约7
（约13min的流量）大小地方反而不方便，因此，可以在保证供给顶楼高位水箱水质前提下，适当放大此小水池容量，即可确保泵必须汽蚀余量，也可方便施工。
图4生活给水系统（改造方案三）示意
根据调查，顶楼高位水箱平均每天补水5-6次，每次泵运行30-40min，则每次M层以上供水量可估算为16.2-21.6m3，每天补水量平均约为81-129.6m3。
即顶楼高位水箱每天补水量少时六七十吨，多时百余吨。
因此，小水池容量选择围比较宽松，只要保证至少能满足泵额定负荷下运行10-15min的流量即可。
同时，在隔墙做好后，通过重新定位高水位控制浮球阀位置，也可以调整小水池储水实际容量。
三、小水池施工条件
从负三楼大蓄水池靠近生活水泵侧隔开一个小水池，需要砌一道能承受另侧水压的深隔墙。
从实地调查看，是可行的。
同时，应注意：
1）深隔墙高度要保证另侧水不会漫过到小水池。
2）深隔墙底部强度，要保证能承受另侧溢流水位1.05倍时水压。
且应保证在运行时，另侧水不会渗透到小水池，以避免水质受污染。
3）大蓄水池与小水池底部之间连通管上的阀门，应该保证关闭严密，以免泄漏到小水池影响水质。
建议在此连通管上设置逆止阀。
四、电气和控制系统
因为方案三不设置M层增压泵，电气和控制系统改动不大。
1）小水池由一次管道供水，水位可由浮球阀控制。
2）正常运行下，负三楼生活水泵由小水池供水。
为防止泵运行时一次水停水，小水池水位低造成泵汽蚀，应该在泵电气停止回路中增加水位低停泵或者入口压力低停泵保护。
3.4技术经济比较和推荐方案
前文所述三个改造方案的技术经济比较结果如表1所示（请见第14页）。
可见，三个方案都有各自优势。
如果改造工程着重在于实现平时供水水质的改善并实现节能运行，则可在方案一、二中权衡选择，泳池闲置或废弃不用时，可以考虑选择方案二，否则，可选择方案一。
如果改造工程投资预算有限，或不考虑运行功耗，则选择方案三实施。
表1设计方案技术经济比较
项目
方案一
方案二
方案三
技术经济比较
一次水系统
将负二楼一次水引到负三楼生活水泵出口处，管道上需加装隔离阀和逆止阀；M层加装生活水增压泵、水箱，并配置隔离阀、逆止阀和旁路阀。
将七楼游泳池隔开一部分作为一次水箱，引水到供M层生活水增压泵用水。
将负三楼大蓄水池隔开一部分作为小水池，将负二楼一次水引到该小水池，并对负三楼生活水泵供水。
M层不设增压泵。
方案一、二运行相对节能，且供水水质可以改善，但方案一改造工程投入大些；方案三工程量最小，供水水质可改善，但运行功耗大，不经济。
二次水系统
保留现状。
且负三楼水泵出口至顶楼水箱管道，都和一次水共用。
保留现状。
M层以上到顶楼水箱管道，和一次水共用。
因负三楼大蓄水池隔开一部分，二次水蓄水量相应减小。
负三楼水泵入口、出口至顶楼水箱管道，都和一次水共用。
方案一利用原二次水管道率较高；方案二利用原二次水管道率较低；方案三基本全利用原二次水管。
电气系统
需增加M层生活水增压泵的电气配电装置，包括一二次回路。
需增加M层生活水增压泵的电气配电装置，包括一二次回路。
无M层水泵，不需额外增加电气装置。
方案三中电气改造工程量最少。
控制系统
M层生活水增压泵自动启停控制，和负三楼水泵互为闭锁启动保护；M层水箱水位浮球阀控制，水位高低报警、溢流报警，水位低联锁停增压泵；顶楼高位水箱水位信号送控制室，并参与增压泵启停逻辑判断。
M层生活水增压泵自动启停控制，和负三楼水泵互为闭锁启动保护；游泳池小水箱水位浮球阀控制，水位高低报警、溢流报警，水位低联锁停增压泵；顶楼高位水箱水位信号送控制室，并参与增压泵启停逻辑判断。
负三楼大蓄水池隔出的小水池水位浮球阀控制；小水池水位高低报警，低水位联锁停泵，溢流报警；顶楼高位水箱水位信号送控制室，并参与增压泵启停逻辑判断。
方案一、二控制部分改造工程量基本相同；方案三改造量较小。
4工程实施条件和轮廓进度
4.1工程实施条件
前文已针对各方案进行了技术可行性讨论，同时，实际工程实施时还需考虑：
1）实施场地条件
三个改造方案，均是尽量利用原生活水系统的优势和管道而进行改造设计的。
当M层设置生活水增压泵时，M层管道转换房间空间安装14kW的水泵组一台是可行的。
方案一中M层水箱的配置，需待进一步确认该楼层承受能力。
方案二中利用泳池隔出小水箱，要看该泳池是否闲置。
方案三只涉及在负三楼隔出小水池，可以实施。
各方案中需要引水管道布置，现场调查可知均有施工余地。
电气和控制电缆布置，也有预留空间。
方案一、二中还需要配置M层增压泵的电气配电柜，查负三楼电气运行间仍有空位，M层本身管道转换房间也可以容纳一台小配电装置。
2）大型设备
本改造工程中最重设备是方案一、二中的M层生活水增压泵，另配一台14kW交流电机，总重三百斤左右。
可以方便用货运电梯搬运到M层。
所以，基本无大型设备施工困难。
3）材料供应
除配置的泵组、引水管道、电气控制装置外，还需要考虑做小水箱或小水池的隔墙用材。
整个改造工程施工完成后还需进行水压严密性试验、泵试运转试验等，需要用水、用电保证。
因工程量不大，耗电、耗水、耗材不多，且处在市中心，这些都是容易保证的。
4.2工程实施轮廓进度
改造方案一旦确定通过后，需进行初步设计定型各系统、设备参数，并编制施工组织设计，以施工综合进度来指导改造工程。
轮廓进度如表2所示（请见第16页）。
其中，考虑到设计定型之后，在出施工图、施工组织设计阶段，可同步进行设备采购，及其它可交叉作业的可能任务，已经在此基础上适当修正缩短了总工期。
表2工程施工轮廓进度
项目
初步设计
施工设计
设备采购
安装施工
调试运行
总工期
方案一
6周
4周
5周
4周
2周
21周
方案二
5周
3周
5周
3周
2周
18周
方案三
3周
2周
3周
2周
1周
11周
5投资估算和经济评价
对改造方案本报告暂只做造价分析，经济评价中暂不做财务分析、敏感分析、经济效益分析等。
改造工程静态投资估算如表3中所示。
其中，水管投资按为20#钢管近期市场价5300元/吨计算，当选取镀锌钢管时，价格会更贵些，选择塑料管材时，造价将便宜很多。
一次水系统造价中包括水管、泵、泵电机、水箱、小水池、截止阀、逆止阀等项；二次水系统基本无改造容，有涉及时均纳入电气、控制系统造价中。
表3改造工程静态投资估算
项目
设备购置费
建筑
工程费
安装
工程费
其它
费用
合计
（万元）
一次水系统
二次水系统
电气
系统
控制
系统
方案一
3.47
0
1.1
0.55
0.463
1.8
1.7
9.08
方案二
2.22
0
1.1
0.55
0.31
0.81
0.78
5.77
方案三
1.2
0
0
0.35
0.39
0.41
0.35
2.70
改造工程的投资估算应能满足控制概算要求。
按照表3中造价，分析得出改造方案中各项费用占总造价比例，如表4中所示（请见第17页）。
表4改造项目经济评价
（一）
项目
设备购置费
/总造价
建筑工程费
/总造价
安装工程费
/总造价
其它费用
/总造价
合计
方案一
56.4%
5.1%
19.8%
18.7%
100%
方案二
67.1%
5.4%
14%
13.5%
100%
方案三
57.4%
14.4%
15.2%
13%
100%
三个改造方案中的节能效果是不同的，表5是对改造方案的节能经济效益分析。
其中，每天运行工况按照调查结果：
每天启动生活水泵补水6次，每次运行40分钟的平均工况作为计算标准。
电价按照商业用电0.85元/度来计算。
实际运行中，方案一中M层水泵入口端管道要比方案二中的长度短了近一百米，流动阻力会小些，因此实际节能效果应比方案二稍好，表5中近似为相同效果。
表5改造项目经济评价
（二）
项目
单位时间
节省功耗
/kW
单位时间
节能率
/%
每天节省功耗
/kW*h
每月节省功耗
/kW*h
每月节省费
/元
每年节省电费
/元
方案一
4.5
24.32%
18
540
459
5508
方案二
4.5
24.32%
18
540
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方案三
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6结论和建议
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