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摘要：通过对某一超高层办公楼热水系统问题的分析，从而阐明问题症结提出合理的解决方法。
关键词：饱和蒸汽压力；气穴；气蚀；超高层；热水系统；
Abstract: based on a joint high-level office buildings hot water system problem analysis, thus it put forward the crux of the reasonable solution.
Keywords: saturated steam pressure; Air-pocket; Cavitation erosion; Tall; Hot water system
中图分类号：P421.35文献标识码：A 文章编号：
此建筑为我国北方城市某一超高层办公楼，地下三层，地上三十一层，建筑大屋面标高119.10米，其内办公室单独卫生间浴盆及洗手盆、公共卫生间内洗手盆及2000人职工餐厅用热水均由本楼电热水锅炉集中供应。
一、 生活热水系统原理：
热水系统分三个区，同本楼冷水系统分区完全相同，每个分区热水系统补水均由本区冷水系统补给。
1、 -3层~五层为低区：冷水供水方式为：地下室储水箱低区供水加压泵五层顶群楼屋面生活给水箱各用水点；其中-3层~2层采用群楼屋面生活给水箱直接供给，3~5层利用裙楼屋面低区给水增压泵加压后供给。热水系统的热水锅炉及热水箱置于地下三层锅楼房内。整个热水系统压力由五层顶群楼屋面冷水箱所处高度确定，冷水靠重力流补水至地下三层热水箱内，再经热水锅炉加热至所需温度后直接供给地下三层~二层热水用水点，考虑到三~五层热水压力不足，故在五层屋面设置热水低区增加压泵加压后供给三~五层热水用水点。低区热水系统流程图为：
图1
2、六层~十三层为中区：热水供水原理同低区系统。热水锅炉及热水箱置于五层顶群楼屋面，冷水补水箱置于十六层设备层，中区最不利用水点距冷水箱底约11米。
十三层~三十一层为高区：热水锅炉及热水箱置于屋面119.10标高的设备用房内，冷水补水由高区126.10米处的冷水箱补给，其高差7米。
其实每个区从热水箱供出的热水供水压力H理论上来说应为：
H=H1(该区冷水箱标高)—H2(热水箱的标高)—Σh1（冷水补水管沿程水流损失）；所以本楼各个分区最不利点热水出水口所需压力只要小于等于H-Σh2（热水供水管沿程损失）-Σh3（热水供水管局部损失）- H3（流出水头）的话，便可以采用直接从热水箱供给，若达不到要求则采用增加热水加压泵加压后供水，使整个楼的热水系统水压满足使用要求。
二、 问题探析
在所有设备安装完并开始正常使用时，其它楼层热水供应都很正常，只有低区三~五层热水用水点在刚开始使用时，热水时有时无，时冷时热，屋面增压水泵发出很大噪音，不久水泵损坏，低区系统不能出热水。
经对现场实地勘察，发现新更换的群楼顶热水增压泵吸不上水。最后我对图纸及计算书进行了核对，分析问题如下：
1、核对增压泵前吸水管压力是否满足要求：
三层~五层的热水压力实际是由五层裙楼顶生活冷水箱高度及裙楼屋面热水增压泵决定的。冷水箱底距五层屋面只有0.65米左右，靠冷水箱压力是无法保证三~五层热水用水压力的，故在群楼屋面设计热水增压泵以提高三~五层热水供水压力。然而实际上冷水箱最高水位及最低水位距群楼顶的热水增压泵前吸水管为3.15~0.6米，又增压泵吸水管（地下三层热水箱至热水增压泵连接管）实际施工中管路长度为154米，沿程及局部水头损失约在1.5米，这样增压泵前给水压力就在1.65~-0.9米之间浮动，显然出现了负压，吸水管压力不能满足吸水要求也就自然无法吸上水。但在夜间或者用水很少的情况下，流量小，管道损失小，在很短的时间内吸水管压力能达到吸水要求，出现能吸上水的现象。 所以出现热水时有时无，时冷时热的现象。
2、分析出现水泵损坏的原因：
热水系统热水温度为60℃，饱和蒸汽压力为2.02米。水的饱和蒸汽压力就是在一定水温下，防止液体汽化的最小压力。水泵中最低压力PK如果降到被抽液体工作温度下的饱和蒸汽压力PVa时，泵壳内即会发生气穴和气蚀现象。当泵壳内压力PK不断减小，水就大量汽化，同时溶解在水里的气体也自动逸出，而出现气泡，气泡随水流带入叶轮中压力升高的区域时，气泡突然被四周水压压破，水流因惯性以高速冲向气泡中心，在气泡闭合区内产生强烈的局部水锤现象，其瞬间的局部压力可以达到几个兆帕，此时，可以听到气泡冲破时炸裂的噪音，这种现象称为气穴。而本系统热水增压泵泵壳所承受的最大压力只有1.65米，随着冷水水箱水位的降低，此压力不断的减小，水泵必然出现气穴现象，这也就是热水增压泵运行时产生噪音的原因。
而离心泵中，气穴区域一般发生在叶片进口处的壁面，金属表面承受着局部水锤作用，其频率可达20000~30000次/秒之多，就像水力楔子那样集中作用在以平方微米计的面积上，经过一段时期后，金属就产生疲劳，金属表面开始呈蜂窝状，久而久之就出现了叶片裂缝和剥落，而致使水泵损坏，这种现象称之为气蚀，气蚀是气穴现象侵蚀材料的结果，也正是本系统热水增压泵在出现噪音后不久就损坏的原因。
三、 问题解决办法：
最后业主换了新的热水增压泵，但由于以上问题没有解决，自然还会出现水泵吸不上水，噪音很大的问题。
然而根据目前的实际情况，不可能通过增加屋顶冷水箱的高度来提高低区热水系统壓力，因为不可能达到屋面增压泵吸水时的饱和蒸汽压力值。地下室设备房虽然有地方，但若选择了在地下室热水箱的冷水补水管上增加加压管道泵，却提高了地下二层~二层的热水压力，而冷水压力却不变，就会造成热水供水压力高于冷水压力，出水温度过高。所以笔者向业主提出一种解决方案：就是把屋面的热水增压泵及气压罐直接移至三层临近管道井的一个房间，以便连接在原供向屋面热水增压泵的热供水干管上，这样就保证了增压泵吸水管压力>热水饱和蒸汽压力值。最后的低区热水系统原理图如图2.
图2
业主按此系统进行改造后，从此热水系统运行正常，没有再出现以上问题。
参考文献：《水泵及水泵站》第三版姜乃昌 主编
《全国民用建筑工程设计技术措施》
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词：饱和蒸汽压力；气穴；气蚀；超高层；热水系统；
Abstract: based on a joint high-level office buildings hot water system problem analysis, thus it put forward the crux of the reasonable solution.
Keywords: saturated steam pressure; Air-pocket; Cavitation erosion; Tall; Hot water system
中图分类号：P421.35文献标识码：A 文章编号：
此建筑为我国北方城市某一超高层办公楼，地下三层，地上三十一层，建筑大屋面标高119.10米，其内办公室单独卫生间浴盆及洗手盆、公共卫生间内洗手盆及2000人职工餐厅用热水均由本楼电热水锅炉集中供应。
一、 生活热水系统原理：
热水系统分三个区，同本楼冷水系统分区完全相同，每个分区热水系统补水均由本区冷水系统补给。
1、 -3层~五层为低区：冷水供水方式为：地下室储水箱低区供水加压泵五层顶群楼屋面生活给水箱各用水点；其中-3层~2层采用群楼屋面生活给水箱直接供给，3~5层利用裙楼屋面低区给水增压泵加压后供给。热水系统的热水锅炉及热水箱置于地下三层锅楼房内。整个热水系统压力由五层顶群楼屋面冷水箱所处高度确定，冷水靠重力流补水至地下三层热水箱内，再经热水锅炉加热至所需温度后直接供给地下三层~二层热水用水点，考虑到三~五层热水压力不足，故在五层屋面设置热水低区增加压泵加压后供给三~五层热水用水点。低区热水系统流程图为：
图1
2、六层~十三层为中区：热水供水原理同低区系统。热水锅炉及热水箱置于五层顶群楼屋面，冷水补水箱置于十六层设备层，中区最不利用水点距冷水箱底约11米。
十三层~三十一层为高区：热水锅炉及热水箱置于屋面119.10标高的设备用房内，冷水补水由高区126.10米处的冷水箱补给，其高差7米。
其实每个区从热水箱供出的热水供水压力H理论上来说应为：
H=H1(该区冷水箱标高)—H2(热水箱的标高)—Σh1（冷水补水管沿程水流损失）；所以本楼各个分区最不利点热水出水口所需压力只要小于等于H-Σh2（热水供水管沿程损失）-Σh3（热水供水管局部损失）- H3（流出水头）的话，便可以采用直接从热水箱供给，若达不到要求则采用增加热水加压泵加压后供水，使整个楼的热水系统水压满足使用要求。
二、 问题探析
在所有设备安装完并开始正常使用时，其它楼层热水供应都很正常，只有低区三~五层热水用水点在刚开始使用时，热水时有时无，时冷时热，屋面增压水泵发出很大噪音，不久水泵损坏，低区系统不能出热水。
经对现场实地勘察，发现新更换的群楼顶热水增压泵吸不上水。最后我对图纸及计算书进行了核对，分析问题如下：
1、核对增压泵前吸水管压力是否满足要求：
三层~五层的热水压力实际是由五层裙楼顶生活冷水箱高度及裙楼屋面热水增压泵决定的。冷水箱底距五层屋面只有0.65米左右，靠冷水箱压力是无法保证三~五层热水用水压力的，故在群楼屋面设计热水增压泵以提高三~五层热水供水压力。然而实际上冷水箱最高水位及最低水位距群楼顶的热水增压泵前吸水管为3.15~0.6米，又增压泵吸水管（地下三层热水箱至热水增压泵连接管）实际施工中管路长度为154米，沿程及局部水头损失约在1.5米，这样增压泵前给水压力就在1.65~-0.9米之间浮动，显然出现了负压，吸水管压力不能满足吸水要求也就自然无法吸上水。但在夜间或者用水很少的情况下，流量小，管道损失小，在很短的时间内吸水管压力能达到吸水要求，出现能吸上水的现象。 所以出现热水时有时无，时冷时热的现象。
2、分析出现水泵损坏的原因：
热水系统热水温度为60℃，饱和蒸汽压力为2.02米。水的饱和蒸汽压力就是在一定水温下，防止液体汽化的最小压力。水泵中最低压力PK如果降到被抽液体工作温度下的饱和蒸汽压力PVa时，泵壳内即会发生气穴和气蚀现象。当泵壳内压力PK不断减小，水就大量汽化，同时溶解在水里的气体也自动逸出，而出现气泡，气泡随水流带入叶轮中压力升高的区域时，气泡突然被四周水压压破，水流因惯性以高速冲向气泡中心，在气泡闭合区内产生强烈的局部水锤现象，其瞬间的局部压力可以达到几个兆帕，此时，可以听到气泡冲破时炸裂的噪音，这种现象称为气穴。而本系统热水增压泵泵壳所承受的最大压力只有1.65米，随着冷水水箱水位的降低，此压力不断的减小，水泵必然出现气穴现象，这也就是热水增压泵运行时产生噪音的原因。
而离心泵中，气穴区域一般发生在叶片进口处的壁面，金属表面承受着局部水锤作用，其频率可达20000~30000次/秒之多，就像水力楔子那样集中作用在以平方微米计的面积上，经过一段时期后，金属就产生疲劳，金属表面开始呈蜂窝状，久而久之就出现了叶片裂缝和剥落，而致使水泵损坏，这种现象称之为气蚀，气蚀是气穴现象侵蚀材料的结果，也正是本系统热水增压泵在出现噪音后不久就损坏的原因。
三、 问题解决办法：
最后业主换了新的热水增压泵，但由于以上问题没有解决，自然还会出现水泵吸不上水，噪音很大的问题。
然而根据目前的实际情况，不可能通过增加屋顶冷水箱的高度来提高低区热水系统壓力，因为不可能达到屋面增压泵吸水时的饱和蒸汽压力值。地下室设备房虽然有地方，但若选择了在地下室热水箱的冷水补水管上增加加压管道泵，却提高了地下二层~二层的热水压力，而冷水压力却不变，就会造成热水供水压力高于冷水压力，出水温度过高。所以笔者向业主提出一种解决方案：就是把屋面的热水增压泵及气压罐直接移至三层临近管道井的一个房间，以便连接在原供向屋面热水增压泵的热供水干管上，这样就保证了增压泵吸水管压力>热水饱和蒸汽压力值。最后的低区热水系统原理图如图2.
图2
业主按此系统进行改造后，从此热水系统运行正常，没有再出现以上问题。
参考文献：《水泵及水泵站》第三版姜乃昌 主编
《全国民用建筑工程设计技术措施》
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。