Рабочее Давление в Системе Водоснабжения: Нормативы
Контрольно-измерительные приборы на вводе водоснабжения в дом
Нормальный напор в системах отопления, холодного и горячего водоснабжения, позволяет им работать с максимальной эффективностью. Именно поэтому при проектировании этих сетей очень важно ориентироваться на нормы давления водоснабжения.
Если давление будет ниже оптимального, пользоваться водопроводом станет неудобно или даже невозможно. А если выше – есть риск выхода из строя рабочих узлов и водоразборных устройств.
Что нужно знать и делать для оптимизации работы таких систем, вы узнаете из этой статьи.
Нормативы
Нормы давления в системе водоснабжения регламентируются СНиП 2.04.02-84 и 2.04.01.85.
Согласно этим документам, их допустимые границы должны находиться в следующих пределах:
- Холодное водоснабжение 0,3-6 атмосферных единиц;
- Горячее водоснабжение 0,3-4,5 атмосферных единиц.
Это крайне допустимые значения, при которых система работать будет. А вот как работать – это совершенно другой вопрос. Но обо всем по порядку.
В чем измеряется давление в трубопроводе
Единицей измерения напора является 1 бар. Это давление, которое создает на поверхности десятиметровый столб воды.
Также его часто измеряют и в атмосферных единицах, которые по своим цифровым значениям практически равны бару. Точнее, 1 бар = 1,0197 атм. Разница несущественна, поэтому особого значения не имеет.
Какой напор считается оптимальным
Согласно тем же строительным нормам, рабочее давление холодного водоснабжения в многоквартирном доме должно быть равно четырем атмосферам.
Система подачи и распределения воды в многоэтажном доме
Но на деле оно может оказаться и выше, и ниже этого значения — в зависимости от того, на каком этаже расположена квартира, и от активности водопотребления соседями. Небольшие отклонения в ту или иную сторону допустимы, а 4 бара на входе – это то давление, которое обеспечит комфортное и безопасное пользование системой для всех потребителей.
Несколько иная ситуация с частными малоэтажными домами. Так как максимальная высота подъема воды в них редко превышает 10 метров, то тут действуют и иные нормы водоснабжения: давление в 2-3 бара считается нормальным.
Система водоснабжения частного дома
Все сказанное касается преимущественно холодного водопровода. Рабочее давление в системе горячего водоснабжения может быть ниже, так как основные приборы, которым для нормальной работы необходим определенный напор, запитываются от ХВС.
Для каждого из этих приборов существует свое нормативное давление по водоснабжению:
- Максимальные «запросы» у ванны с системой джакузи – ей для нормального функционирования требуется давление 4 атмосферы;
- Примерно столько же, или чуть меньше, нужно для орошения большого участка через стационарные распылители;
- Стиральная и посудомоечная машинки не будут работать при давлении ниже 2 бар;
- С комфортом принять душ можно будет, если минимальный напор в системе равен 1,5 атмосферам;
- Не менее 1,5-2 атмосфер потребуется и приборам автономного пожаротушения, если дом оборудован такой полезной системой.
Спринклер системы автономного пожаротушения
Совет. Покупая подобную бытовую технику, всегда обращайте внимание на её рабочие характеристики, и в том числе на значение минимального давления, на которое она рассчитана. Получить эти данные поможет консультант или инструкция к прибору.
В частном доме с автономным водоснабжением, проектировать его нужно с таким расчетом, чтобы напора в системе хватало для всех потребителей — даже при одновременной работе всех кранов и приборов. Иными словами, насос следует брать с запасом по мощности.
Чем и как измеряется давление в системе
Измеряют давление в трубопроводах специальными приборами – манометрами.
Манометр показывает нормальное давление водоснабжения
- На системах отопления они стоят всегда, а отопительные котлы чаще всего поставляются в комплекте с манометром.
- Есть они и на вводе воды в многоквартирные дома.
- А вот частникам, если они хотят контролировать давление в системе водоснабжения, нужно позаботиться об этом самостоятельно, своими руками установив измерительный прибор рядом со счетчиком.
Чтобы знать, какое давление в трубах в любой момент, нужно установить на них манометры
Эти бытовые измерительные приборы могут иметь шкалу от 0 до 6, 7, и даже 10 атмосфер. В сети действительно возможны подобные скачки и периоды подачи воды под большим давлением. Но их желательно не допускать, удерживая давление в пределах от 1,5 до 4 бар.
Обратите внимание. При более низком напоре не будут включаться водопотребляющие приборы, станет неудобно пользоваться душем. Но слишком высокое давление может доставить гораздо больше неприятностей, приведя к появлению течей, поломке вентилей и прочей сантехники. Особенно если таким будет рабочее давление в горячем водоснабжении.
Создание и поддержание давления в автономном водопроводе
Проблема избыточного напора встречается достаточно редко, поэтому поговорим о том, как поднять давление в водопроводе до приемлемого уровня. И в частном доме, и в городской квартире можно найти возможность сделать это, если включить в систему специальное насосное оборудование (см.
Насос водяной высокого давления для частного дома).
Особенности автономной подачи воды
От централизованного автономный водопровод отличается следующими особенностями:
- Прежде чем подать воду в дом, её сначала нужно поднять на поверхность из скважины или колодца. На что тратится часть мощности насоса.
Схемы автономного водоснабжения с поверхностным и погружным насосом
- Обеспечить нормативное давление в системе холодного водоснабжения требуется для всех точек, которые находятся на разном удалении от создающего напор агрегата и могут размещаться на разной высоте.
Схема внутренней разводки в частном доме
- Источник воды может обладать слишком низким дебитом для того, чтобы поддерживать в сети нормальное давление в течение продолжительного времени. Пока вода есть, жидкость будет течь с хорошим напором, но по мере опустошения скважины он ослабеет, а затем поступление жидкости в систему прекратится вообще.
Отсутствие воды в кране чаще всего связано с низкой производительностью источника
- Если воды в источнике хватает, но в нем стоит слишком мощный насос, постоянная подача под большим давлением может привести к преждевременному износу системы.
Почти все перечисленные проблемы легко решаются правильным подбором водоподъемного оборудования. Кроме той, которая связана с недостаточным напором.
Как оптимизировать давление в водопроводе
Для решения этой проблемы существует несколько проверенных способов:
- Можно включить в систему повысительный насос, который будет принудительно повышать в ней напор. Это имеет смысл делать только в том случае, когда вода в источнике есть в достаточном количестве, но к удаленным или высоко расположенным точкам потребления она приходит, потеряв по пути большую часть напора. Подобные насосы могут управляться вручную или автоматически. Второй способ предпочтительнее, так как контролировать пуск и остановку насоса тогда, когда это нужно, автоматика будет сама.
Фото насоса для повышения давления
Для справки. Такие насосы можно устанавливать и в квартирах многоэтажных домов. Но в этом случае вы рискуете оставить нижних соседей совсем без воды.
- При недостаточном дебите использование повысительного насоса только усугубит проблему. В этом случае, решить её поможет только насосная станция с достаточно большим резервуаром для накопления воды. Работает она по следующему принципу: пока нет водоразбора, насос закачивает воду в резервуар. Он представляет собой гидроаккумулятор (см. Гидроаккумуляторы для водоснабжения: обзор разновидностей, нюансы подбора и настройки), который за счет наличия двух полостей (водяной и воздушной) создает давление в системе холодного водоснабжения – норма при этом устанавливается самим домовладельцем. После наполнения гидроаккумулятора насос отключается, а скважина тем временем пополняется. При открытии крана, вода в систему поступает из резервуара с заданным давлением. Когда же оно падает до минимального установленного значения, насос снова включается и подкачивает воду.
- Ещё один способ подразумевает использование большой накопительной емкости. Если поставить её в самой высокой точке дома (на мансарде или чердаке), она будет наполняться основным насосом, как и в предыдущем случае, а к потребителю подаваться самотеком.
Но добиться приличного напора в этом случае вряд ли получится. Лучше купить дополнительный насос, который будет качать воду уже из бочки. Тогда её можно будет установить где угодно, хоть в подвале.
Монтаж водопровода с накопительной емкостью
Это важно! Накопительная емкость обязательно должна быть оборудована поплавковыми клапанами, которые отключат насос при её наполнении и предотвратят перелив.
Заключение
Как вы наверняка поняли, нормы давления в системе водоснабжения могут весьма существенно отличаться от реальных значений. Если дом не оборудован сложными приборами, работа которых зависит от наличия определенного напора, пониженные показатели не доставят особого дискомфорта. Потому что для мытья посуды или принятия душа вполне хватает и полутора атмосфер.
Если же давление ещё ниже, это уже проблема, которую нужно решать.
Как это можно сделать, вы только что прочли, но посмотреть дополнительно видео в этой статье будет не лишним.
Давление воды в системе водоснабжения частного дома
Учитывая, что большинство случаев организации водоснабжения в доме или квартире предполагает использование пластиковых труб, причинами проблем, возникающих в системе, может быть либо отложение солей, либо повышенное давление воды в системе водоснабжения. Обе проблемы могут стимулировать выход всей конструкции из строя.
Технический паспорт, наличие которого необходимо при покупке труб, должен иметь информацию о рекомендуемом давлении в системе, которое гарантированно выдержат приобретенные изделия.
Давление воды – особенности
Выполняя работы по монтажу системы водоснабжения или доверяя эти работы профессионалам, следует убедиться в опытности данной компании, предварительно узнав рейтинг этой организации и отзывы клиентов.
Показателем первостепенной важности является значение рабочего давления в трубопроводе.
Этот параметр зависит от нескольких показателей, в том числе материала, из которого сделаны трубы, типа трубопровода.
В том или ином участке системы давление может иметь отклонение от усредненного показателя. Выполняя контроль выполненной работы, следует обратить внимание на соответствие рабочего давления требованиям.
Планирование самостоятельных работ по организации водоснабжения в доме должно сопровождаться ознакомлением со всеми требованиями, предъявляемыми к подобным системам. Правильно выполненный монтаж обеспечит выполнение этих условий на должном уровне.
Расширительные баки и гидроаккумуляторы
Как правило, обустройство загородного участка или частного дома предусматривает наличие других водных систем, кроме водоснабжения.
К ним относятся и система пожаротушения и горячее водоснабжение, а также и система фильтрации стоков. Возможно и устройство полива территории и система отопления.
Системы водоснабжения, пожаротушения и фильтрации предусматривают наличие гидроаккумулятора.
Другие системы должны быть оснащены расширительными баками. Помимо того, необходимой мерой является установка расширительных баков на этапе забора горячей воды из бака отопительной системы. Подобные меры создадут компенсацию жидкости в случае возникновения гидроудара.
Задача расширительного бака при организации подачи горячей воды – защита нагревателя от высокого давления. Гидроаккумуляторы служат для формирования резерва жидкости в системе пожарной безопасности.
Водоснабжение домов, как правило, предусматривает давление в резервуаре, обеспечивающее транспортировку воды на 60м. Такой подъем обеспечивает давление в 6 Бар.
Для обеспечения безопасного уровня давления в системе отопления используется расширительный бак. Это связано с неизменным увеличением объема воды при изменении температуры, происходящей в результате перемещения ее по системе. Компенсация этого давления необходима для предотвращения разрушения или повреждения трубопровода.
Рекомендуется применять только баки закрытого типа.
Такой тип устройства сделает систему более управляемой, чем при участии бака открытого типа, допускающего испарение жидкости и работу системы при низком давлении.
Кроме того, закрытая конструкция спасает трубы от коррозии. Еще одним плюсом закрытого бака является возможность его монтажа в том месте, где это удобно потребителю, а не только в верхней части системы.
Гидроаккумуляторы необходимы для формирования резерва воды с возможностью ее пуска в систему водоснабжения. По аналогу с расширительными баками они имеют открытую и закрытую формы.
Отрицательные черты, характерные компенсационным изделиям, справедливы для гидроаккумуляторов. Основная функция данного агрегата заключается в предотвращении гидроудара, который способен нанести непоправимый ущерб системе.
Причины возникновения гидроудара
- прекращение питания двигателя насоса, связанное с аварийными ситуациями;
- резкое открытие и закрытие вентилей в точках забора воды.
Такие действия приводят к значительному повышению нагрузки, не свойственной данной системе, которые она может не вынести. Места для забора жидкости рекомендуется оснащать баками, емкость которых составляет 0,2 литра.
Устройство гидроаккумулятора
Мембранный баллон, расположенный в баке, заполнен воздушным пространством. Приток жидкости в устройство стимулирует уменьшение объема воздуха в баллоне и возрастание давления внутри. При увеличении давления срабатывает реле, реагирующее на изменение самого давления и отключающее насос.
Дальнейший забор жидкости из резервуара стимулирует нормализацию давления и реле подает сигнал на запуск насоса. Уменьшение давления внутри системы, которое может возникнуть по причине разгерметизации конструкции, также послужит причиной отключения компрессора.
Исходя из понимания принципа работы гидроаккумулятора понятно, что правильность выбора его объема оказывает влияние на количество срабатываний реле мембраны, значит, и на срок его службы.
Для системы снабжения водой с тремя точками раздачи воды приемлем гидроаккумулятор с объемом 24 литра, а большее количество точек предполагает емкости 50 литров. Иногда большое количество устройств требует индивидуального расчета емкости резервуара.
Давление в системе водопровода
Давление, поддерживаемое в баллоне мембранами, предназначено для обеспечения доставки воды на самую высокую точку водопроводной системы помещения.
К примеру, для подъема воды на высоту 10 метров система должна быть обеспечена давлением 1 бар. Запуск насоса обеспечивается давлением, превышающим минимальное на 0,2 бар. В данном примере это будет 1,2 бар.
Доставка воды на самую высокую точку конструкции предусматривает наличие давления на 0,5 бар больше минимального. Учитывая данные примера, оно будет составлять 1,5 бар.
Расчет максимального значение давления достаточно трудоемкий процесс. Этот показатель зависит от характеристик и параметров самого насоса, сопротивления системы, возможных изменений напряжения в сети.
Учитывая сложность подобного расчета, в системах не промышленного назначения принимают значение максимального давления, полученного путем сложения результатов давления, необходимого для запуска насоса, и показателя, необходимого для доставки воды на самую высокую точку системы. Для данного примера это будет значение, равное сумме 1,2 бар и 1,5 бар, то есть 2,7 бар.
Исходя из значения максимального давления, нужно выбирать и сам насос. Рекомендуется, чтобы напор данного изделия был на 30% больше максимального напора воды.
Рекомендации по эксплуатации
Работоспособность элементов системы следует проверять не реже одного раза в год. Прежде всего, такая проверка нацелена на выявления протечек.
Устранив их, следует проверить давление на нижнем гидроаккумуляторе, которое должно соответствовать минимальному значению. Отклонения давления в сторону уменьшения более, чем на 10%, следует устранить с помощью компрессора.
Как повысить давление воды в системе водоснабжения?
Владельцы загородной недвижимости, жильцы многоквартирных домов, промышленные предприятия и многие другие пользователи часто сталкиваются с такой проблемой, как плохой напор воды.
Причиной данной проблемы является низкое давление в сети водоснабжения, а основным способом для его повышения выступает использование нагнетательных устройств — отдельных насосов или комплексных насосных станций.
Причины низкого давления
Основными причинами плохого напора в сети могут ступать следующие факторы:
- Удаленность объекта от центральной трубопроводной магистрали, обуславливающая необходимость транспортировки воды на значительное расстояние.
- Необходимость подъема воды на большую высоту (особенности рельефа, многоэтажные здания).
- Неисправности трубопровода или наличие различных факторов, осложняющих транспортировку воды (отложения на стенках труб, засорение фильтра, поломки запорной арматуры и прочее).
- Недостаточное количество перекачиваемой среды (например, истощены ресурсы скважины).
- Ошибки, допущенные при проектировании системы водоснабжения.
Нормы давления
Давление воды в водопроводных системах измеряется в барах. В системе городского водоснабжения уровень давления, как правило, варьируется в диапазоне 4-4,5 бар, что является оптимальным показателем для обеспечения нормального напора для зданий различной высоты, включая многоэтажные строения.
Показатели давления в централизованном водопроводе регламентируются актуальными нормами и должны составлять:
- Для холодного водоснабжения от 0,3 до 6 бар.
- Для горячего водоснабжения от 0,3 до 4,5 бар.
Стоит отметить, что давление по нижним границам нормы не является оптимальным и не способно обеспечить эффективное водоснабжение.
Способы повышения давления в водопроводе
Выбор оптимальных вариантов для улучшения напора зависит от параметров и характеристик самой водопроводной системы. К наиболее распространенным вариантам можно отнести следующее:
- Врезка повысительного насоса в трубопроводную магистраль.
- Обустройство насосной станции повышения давления.
Установка повысительного насоса
Этот вариант наиболее часто используется для улучшения напора при водообеспечении частных домов. Оптимальным типом устройств для решения такой задачи являются центробежные насосы, которые подключаются к магистрали и, в зависимости от поставленных задач, могут устанавливаться как на основную трубу, так и на участок, отвечающий за подвод воды к конкретному прибору или системе.
Центробежные насосы для повышения давления могут использоваться:
- В системах горячего и холодного водоснабжения.
- В отопительных системах.
- В технологических системах.
- В системах циркуляции и пожаротушения.
Центробежные повысительные насосы: особенности и преимущества
Центробежное насосное оборудование, используемое в качестве повысительных механизмов (например, насосы типа IN-LINE и другие), отличается следующими преимуществами:
- Высокий КПД, при правильном подборе насоса позволяющий получить оптимальные параметры давления в трубопроводе.
- Простой процесс монтажа.
- Высокая энергоэффективность, обеспечивающая экономичность в эксплуатации.
- Длительный срок службы.
- Разнообразие конфигураций: благодаря обширному ассортименту пользователь может купить насос, оптимально соответствующий поставленным задачам и требованиям системы.
- Малый уровень шума, минимальные вибрационные воздействия.
Насосные станции
Для обеспечения оптимального напора в системах водоснабжений предприятий, высотных зданий, поселков и других масштабных объектов используется не отдельный насос, а автоматизированные насосные станции повышения давления. По своему устройству такое оборудование представляет собой комплексную систему, состоящую из насосов, количество которых подбирается индивидуально в соответствии с потребностями и параметрами самой установки, сети трубопроводов, накопительного резервуара, арматуры, измерительных, контрольных и управляющих приборов.
Управление повысительными станциями осуществляется автоматически и предусматривает следующий порядок действий:
- Наличие датчика давления, установленного на напорном коллекторе и оценивающего текущие параметры в системе водоснабжения.
- Автоматический запуск насоса при снижении давления ниже установленных показателей.
- Подключение дополнительных насосов при последующем падении давления с целью стабилизации показателей.
Основным преимуществом использования насосных станций повышения давления является обеспечение стабильного напора в сети, без активного участия оператора и с минимальным количеством возможных сбоев в функционировании (при условии правильного подключения и настройки).
Качественные насосы и насосные стации для повышения давления в системе водоснабжения
Эффективно решить проблему нестабильного водоснабжения предлагает российская компания «JETEX», которая предоставляет широчайший выбор насосного оборудования типовой конфигурации, а также осуществляет производство устройств и станций по индивидуальным требованиям. Все оборудование сертифицировано и соответствует наиболее строгим критериям качества, а привлекательные цены на его приобретение обеспечивают доступность широкому кругу потребителей.
Чтобы получить консультацию о способах модернизации своей системы водоснабжения, свяжитесь с техническими экспертами производителя любым удобным способом, оставив заявку на официальном сайте, по контактному телефону или электронной почте.
Какое давление в системе холодного водоснабжения (ХВС) многоквартирного жилого дома?
Если это не только многоквартирный, но и многоэтажный дом, то важно учитывать о каком этаже идёт речь (на каком этаже находится квартира).
По существующим правилам, давление должно увеличиваться на каждый этаж на 0,41 атмосферу.
Какой-то точной и единой цифры не существует, но есть минимальные и максимальные значения.
Для холодной воды (ХВС) от 0,3 и до 6 атмосфер.
Для горячей тоже от 0,3 атмосфер, но верхний предел меньше, это 4,5 атмосферы.
Также есть свои показатели для различного сантехнического оборудования, или бытовых проборов подключаемых к воде.
Например для «Джакузи» давление должно составлять (это ориентировочно) 4 атмосферы, а вот для стиральной машины-автомата достаточно 2 атмосфер, унитазу для нормальной работы достаточно давления в 0,2 атмосферы и.т.д.
Слишком высокое (большое) давление воды в водопроводе может привести к быстрому выходу из строя той самой бытовой техники и оборудования.
Впрочем и скачки давления и недостаточное давление так же отрицательно сказываются на её (технике) работе.
В принципе пользователь может подать жалобу на обслуживающую компанию, но не всегда вопрос будет рассмотрен с положительным результатом, многие сети изношены до того что уже ремонтировать из бесполезно, нужно менять и причем всё и сразу.
Из личного опыта могу добавить, несмотря на имеющиеся нормы (требования, правила) во многих многоквартирных домах давление слабое, поэтому установил у себя (это несмотря на то что стояки у всех поменяны, как и трубы внутренней разводки) в систему вот такой
насос повышающий давление, работает от сети 220 Вольт.И причем такой насос можно устанавливать как на горячую воду, так и на холодную, потребление электричества незначительное.
Если же давление воды в Вашем водопроводе нестабильное («скачет») то можно установить редуктор (он же регулятор) давления воды в систему.
Это прибор стабилизирует давление воды в водопроводе.
Если в квартире слабое давление, начните с замены труб внутренней разводки (это Ваша собственность), замены стояков (стояки относятся к обще-домовому имуществу).
Управление давлением в системах водоснабжения с целью снижения энергопотребления и фоновых утечек | Журнал водоснабжения: исследования и технологии-Aqua
Из-за увеличения спроса на воду в городских сообществах, а также из-за сокращения водных ресурсов, управление водными потерями является одной из основных проблем, с которыми сталкиваются инженеры в наши дни. Отчеты показывают, что около 30% или даже больше от общего количества воды, поступающей в распределительную сеть, тратится впустую (Araujo et al. 2006). Существует множество факторов, влияющих на количество утечек в системах водоснабжения (WDS), таких как давление воды, возраст трубы, качество фитингов, характеристики почвы вокруг трубы и т. Д. Из-за прямой зависимости между давлением и утечки, управление давлением — один из эффективных методов уменьшения утечки в WDS.
WDS предназначен для подачи потребителям достаточного количества воды с минимально допустимым давлением в течение всего времени работы, особенно в часы пик в дни пик.В другое время работы, «когда потребность в воде ниже», узловое давление в сети превышает минимально допустимое давление. Это вызывает увеличение фоновой утечки, выход из строя трубы, а также потери энергии (чтобы создать избыточное давление на WDS). Следовательно, регулирование давления в WDS может сыграть важную роль в снижении потерь воды и энергии, что влияет на устойчивость потребления и защиту окружающей среды. Редукционный клапан (PRV) и насос переменной скорости (VSP) чаще всего используются для управления давлением WDS.Предохранительные клапаны, независимо от изменения входного давления или расхода, могут снизить входное давление до стабильно более низкого установленного давления. PRV можно контролировать с помощью различных подходов, таких как гидравлические или электронные контроллеры (Vicente, 2016). PRV с электронным контроллером могут идеально использоваться в системах диспетчерского управления и сбора данных (SCADA) в соответствии с текущими условиями эксплуатации. ВСП — это насосы с частотно-регулируемым приводом (VSD). VSD регулирует скорость вращения электродвигателя насоса, изменяя частоту входной мощности.Изменение скорости электродвигателя может изменить гидравлические характеристики насоса (например, потребляемую мощность, расход на выходе и давление).
Было представлено много статей о методах управления давлением в WDS. Germanopoulos и Jowitt (1989) описали взаимосвязь между давлением в сети и потерями при утечке и оценили влияние контроля давления на утечку в сети водоснабжения. Они представили метод линейной теории для поиска оптимальных настроек регулирующего клапана для минимизации узлового избыточного давления, а также утечки воды.Уставка регулирующего клапана должна быть отрегулирована таким образом, чтобы давление в критической точке (соединение с самой высокой отметкой или на дальнем конце водопроводной сети) оставалось в пределах допустимого диапазона.
Araujo et al. (2006) представила модель для определения оптимального количества, расположения и выходного давления регулирующих клапанов, чтобы минимизировать давления и, как следствие, утечку WDS.Они использовали генетические алгоритмы, чтобы найти коэффициенты шероховатости трубопроводов, чтобы минимизировать избыточный узловой напор. Трубы с более высоким коэффициентом шероховатости являются потенциальными точками для установки регулирующего клапана. Они оптимизировали уставку регулирующих клапанов, чтобы уменьшить утечку в сети.
В тематическом исследовании Marunga et al. (2006) уменьшил фоновую утечку WDS города Мутаре в Зимбабве, используя управление давлением.Они снизили минимальный ночной поток (MNF) примерно на 25% с уменьшением узлового давления с 77 м до 50 м за счет регулирования давления на выходе PRV.
Николини и Зоватто (2009) предложили многоцелевой метод оптимизации для поиска оптимального количества, местоположения, а также заданного значения установленных PRV. Первая целевая функция в их исследовании заключалась в минимизации общего количества установленных PRV, в то время как вторая целевая функция заключалась в минимизации общей утечки в WDS.Они достигли фронта Парето, который показывает общую утечку в зависимости от количества установленных PRV.
Skworcow et al. (2009) предоставил метод управления энергией и давлением в WDS, чтобы минимизировать эксплуатационные расходы. Они изменили расписание работы насосов (определение количества насосов с фиксированной скоростью в рабочем состоянии) и скорость VSP, а также уставки PRV, чтобы уменьшить избыточное давление и зависимую утечку.Их метод был применен к WDS среднего масштаба, и было показано, что ежедневные затраты на электроэнергию были снижены примерно на 34%.
Баккер и др. (2013) представила модель активного контроля давления для управления давлением на выходе насосной станции в соответствии с прогнозом автономной потери давления в магистральных трубопроводах. Модель представляет собой комбинацию прогнозирующего контроллера и контроллера обратной связи. Их результаты показали снижение потребления энергии насосами на 31% и снижение потерь воды на 20% за счет применения модели на насосной станции водоочистных сооружений на Среднем Западе Польши.
Tricarico et al. (2014) предложил новую методологию управления давлением WDS. Они использовали турбины вместо обычных PRV, чтобы снизить давление в сети и одновременно вырабатывать электричество. Минимизация затрат на эксплуатацию насосов за счет снижения избыточного давления в водопроводной сети, а также одновременное увеличение вырабатываемой электроэнергии с помощью турбин также являлись целями их исследования.
Pecci et al. (2015) исследовал метод математического программирования, чтобы найти оптимальное место для PRV и управление их работой, чтобы снизить избыточное давление в WDS при множественных сценариях спроса.
Во всей ранее упомянутой литературе профиль потребности должен быть известен, чтобы определять состояние насосов и настройки клапанов для управления давлением и контроля утечек.Из-за влияния температуры окружающей среды, даты, культуры жителей и других параметров на мгновенное потребление воды использование фиксированного дневного или сезонного профиля спроса во многих случаях может не соответствовать действительности. В этой статье представлен метод управления утечками с обратной связью, чтобы минимизировать фоновую утечку и потребление энергии в WDS путем управления давлением на выходе PRV и скоростью VSP, по отдельности или вместе.
В этом методе количество мгновенных запросов оценивается с помощью кода оптимизации, который был основан на данных, переданных от установленных датчиков на WDS.Чтобы проанализировать влияние устройства управления (PRV / VSP) на утечку и снижение энергии в тематическом исследовании, метод был запущен три раза: (1) управление с помощью PRV, (2) управление с помощью VSP и (3) управление с PRV и VSP одновременно.
В этом исследовании измеренное давление в одной или нескольких точках WDS, где были установлены манометры, было использовано в качестве входных данных для кода средства оценки потребности, чтобы найти множитель мгновенной потребности.Затем оцененный мгновенный множитель используется в качестве входного параметра другой процедуры оптимизации, чтобы уменьшить избыточное узловое давление в WDS, чтобы уменьшить фоновую утечку и потребление энергии. Для этого код оптимизации должен найти оптимальные уставки установленных PRV и оптимальную скорость VSP соответственно. На рисунке 1 показана блок-схема этой методологии.
Рисунок 1
Блок-схема процесса оптимизации.
Рисунок 1
Блок-схема процесса оптимизации.
В описанном выше методе учитываются следующие допущения:
Гидравлическая модель откалибрована.
Ошибка датчика давления игнорируется.
Структура спроса всех узлов потребления одинакова.
В первой части этого исследования для оценки множителя мгновенного спроса был разработан код оптимизации с использованием алгоритма дифференциальной эволюции (DE) в программном обеспечении MATLAB на основе алгоритма, предоставленного Storn & Price (1997). Гидравлический решатель EPANET 2.0 (Россман 2000) использовался в качестве гидравлического решателя и был связан с кодом оптимизации. Узловое давление одной или нескольких точек WDS (в зависимости от сложности сети) через текущие настройки PRV и VSP используется в качестве входных данных кода оптимизации.Множитель спроса был рассмотрен в качестве проектной переменной в процедуре оптимизации. Кроме того, в качестве целевой функции рассматривалась минимизация разницы между измеренным и рассчитанным узловым давлением «в узлах, где установлены датчики давления». Код может найти фактический множитель спроса с минимальной ошибкой из-за передачи данных из WDS.
В следующей части был представлен другой код оптимизации с использованием алгоритма DE, чтобы найти оптимальную уставку установленных PRV (давление на выходе) и VSP (скорость насоса).Целью этого раздела является управление давлением WDS для уменьшения фоновых утечек и потребления энергии. В представленном коде предполагаемый множитель потребления используется в качестве входных данных модели, давление на выходе PRV и / или скорость VSP являются проектными переменными и минимизируют математическую сумму общей узловой утечки и потребления энергии (в том же порядке величины) — целевая функция.
Из-за обратной зависимости между потреблением воды и давлением в сети давление на WDS в часы непиковой нагрузки превышает минимально допустимое давление, а большее избыточное давление увеличивает утечку в WDS.Связь между утечкой и давлением часто описывалась уравнением (1) (Thornton & Lambert 2005): (1) где — поток утечки в узле i , — постоянный коэффициент утечки узла i , который зависит от длины и количество труб, подключенных к узлу, — узловое давление узла и , а n — фиксированный параметр от 0,5 до 2,5, который зависит от типа утечки.Был выбран реальный WDS для применения вышеупомянутой методологии с целью уменьшения утечки воды и потребления энергии.Система распределения воды Mehr (MWDS) расположена на севере Ирана в городе Рашт и обслуживает до 44 000 человек. Площадь, покрываемая этой сетью, составляет 144 акра, а ее среднесуточная потребность составляет 366 м 3 в час. Перепад высот MWDS составляет около 4 метров, он имеет 371 трубу длиной 33 километра, 366 стыков, один резервуар, два PRV и насосную станцию с тремя насосами. Эта сеть состоит из восьми имеющихся в продаже размеров труб (от 90 до 500 мм). Из-за наличия в квартирах этого района бытовой цистерны для воды и насосной системы минимально допустимое давление во всех узлах было принято на уровне 20 метров.Конфигурация трубы и высота MWDS показаны на Рисунке 2.
Рисунок 2
Конфигурация трубопровода (слева) и отметка земли (справа) MWDS.
Рисунок 2
Конфигурация трубопровода (слева) и отметка земли (справа) MWDS.
Согласно профилю потребности MWDS, при отсутствии контрольного оборудования, такого как PRV или VSP, минимальное и максимальное узловое давление при максимальном времени потребности (21:00) составляет 23 и 49 метров соответственно, а минимальное и максимальное давление при минимальном времени потребления (3 часа) составляет 45 и 55 метров соответственно.Согласно уравнению (1) расчетная утечка в максимальное и минимальное время пиковой нагрузки составляет 83,36 м 3 / ч (22,77% средней часовой потребности) и 115,41 м 3 / ч (31,53% средней часовой потребности). Кроме того, потребляемая мощность насосной станции в пиковое и непиковое время составляет 135,16 кВт и 158,82 кВт соответственно. Целью данного тематического исследования является минимизация фоновой утечки и потребления электроэнергии MWDS в любое время суток за счет использования данных, передаваемых от установленного датчика давления в сети.
Для проверки кода оценки множителя спроса было сгенерировано более 100 случайных множителей в диапазоне от 0,4 до 1,4. Гидравлическая модель запускается для анализа узлового давления в сети после применения каждого сгенерированного множителя. Расчетное давление в средней точке города (точка, где установлен манометр) использовалось в качестве входного параметра кода сметчика вместо передаваемых данных с установленного манометра.Сравнение вводимых данных и оцененного множителя спроса показывает приемлемую точность. Выбор начальной совокупности 10 и номера поколения 40 для процедуры оценки приводит к точности 99,9% в течение 6 секунд для каждого множителя на ПК с 8 ГБ ОЗУ и процессором Intel i7 2,4 ГГц. Этот результат гарантирует, что величина потребления в любой данный момент будет правильно представлена в коде оптимизации управления давлением. Для управления давлением MWDS были реализованы три различных состояния следующим образом:
Состояние 1: Индивидуальный поиск оптимальных уставок PRV (давления на выходе).
Состояние 2: Индивидуальный поиск оптимальных уставок VSP (доля скорости в процентах).
Состояние 3: Совместное определение оптимальных уставок PRV и VSP.
В состоянии 1 в качестве проектных переменных использовались уставки двух установленных PRV. В состоянии 2, независимо от PRV, уставки трех VSP использовались в качестве проектных переменных. В состоянии 3 уставки PRV и VSP использовались вместе как проектные переменные.Во всех вышеупомянутых состояниях целевые функции оптимизации минимизировали математическую сумму общей узловой утечки и потребления энергии в WDS. Первоначальная популяция, а также номер поколения процедуры оптимизации DE составляли 100 и 150 соответственно. На рисунке 3 показан график оптимального распределения давления для MWDS в различных состояниях в непиковое время (3:00 утра) вместе с графиком распределения давления в неконтролируемом режиме.
Рисунок 3
Распределение давления MWDS в 3:00 а.м. (непиковое время): без контроля давления (вверху слева), с контролем PRV (вверху справа), с контролем VSP (внизу слева) и с одновременным контролем PRV и VSP (внизу справа).
Рисунок 3
Распределение давления MWDS в 3 часа ночи (непиковое время): без контроля давления (вверху слева), с контролем PRV (вверху справа), с контролем VSP (внизу слева) и с одновременным PRV и управление ВСП (внизу справа).
Результаты показывают, что использование PRV для управления давлением в WDS (состояние 1) может значительно снизить фоновую утечку, но не может снизить потребление электроэнергии насосной станцией.Использование ВСП для регулирования давления в WDS (состояние 2) дает лучшие результаты из-за одновременного снижения утечки и потребления электроэнергии. Совместное использование PRV и VSP при управлении давлением в сети (состояние 3) дает наилучший результат.
Чтобы исследовать влияние упомянутого метода на управление давлением в течение всего дня, к коду оптимизации был применен указанный множитель спроса (рис. 4).Эта информация может быть отправлена SCADA, системой телеметрии или кодом оценки множителя спроса в центральный блок управления. На рисунке 5 показаны утечка, потребление энергии, минимальное / максимальное узловое давление и уставка PRV / VSP в различных состояниях в зависимости от времени.
Рисунок 4
Зависимость множителя спроса от времени в MWDS.
Рисунок 4
Зависимость множителя спроса от времени в MWDS.
Рисунок 5
Фоновая утечка, потребление энергии, минимальное / максимальное узловое давление и уставка PRV / VSP в различных состояниях в зависимости от времени.
Рисунок 5
Фоновая утечка, потребление энергии, минимальное / максимальное узловое давление и уставка PRV / VSP в различных состояниях в зависимости от времени.
Результаты, показанные на Рисунке 5, показывают, что снижение потребления воды в ночное время приведет к увеличению давления, утечек и энергопотребления в неконтролируемом режиме. В состоянии 1 наилучшая уставка PRV была показана в разное время, чтобы снизить минимальное узловое давление и удалить избыточное давление.Ночью PRV (особенно PRV2) испытали самое низкое выходное давление. В этом состоянии фоновая утечка значительно снизилась, но потребление энергии насосами не уменьшилось. В состоянии 2 уставка ВСП (процент скорости насоса), рассчитанная с помощью кода оптимизации в разное время, путем применения упомянутой уставки к гидравлической модели вызвала снижение минимального узлового давления до минимально допустимого давления. В результате утечки и потребление энергии насосом снизились одновременно.В состоянии 3 уставки PRV и VSP показаны в разное время. Результаты показали, что фоновая утечка и потребление энергии уменьшились в большей степени, чем в двух предыдущих состояниях.
Кроме того, результаты показывают, что, в отличие от неконтролируемого состояния, узловое давление и утечка в непиковые моменты состояний 1, 2 и 3 меньше узлового давления и утечки в пиковые моменты времени. Причиной этого явления является снижение избыточного давления в сети в непиковые часы с помощью PRV и VSP, что снижает давление и фоновую утечку в WDS.Следует отметить, что снижение избыточного давления не способствует повышению качества обслуживания клиентов.
Таким образом, одновременное использование PRV и VSP для управления давлением WDS позволит достичь наилучших результатов в снижении фоновой утечки и энергопотребления. В этом состоянии расчетная утечка при максимальной и минимальной пиковой нагрузке составляет 65,51 м 3 / ч (17,9% от средней часовой потребности) и 48.56 м 3 / ч (13,27% от средней часовой потребности). Кроме того, потребляемая мощность насосной станции в периоды максимальной и минимальной пиковой нагрузки составляет 126,09 кВт и 76,18 кВт соответственно. Эти значения значительно лучше, чем в неконтролируемом состоянии. Обобщенные результаты полного дня показаны в таблице 1.
Таблица 1Снижение утечки и потребления энергии за полный день для MWDS с разными состояниями
| . | Полная утечка (M 3 / день) . | Уменьшение утечки (%) . | Энергопотребление (кВт · ч) . | Энергопотребление. снижение (%) . | ||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Без давления man. | 2,390 | — | 3,507 | |||
| Штат 1 | 1,403 | 41/30 | 3,506 | 0/03 | 3,506 | 0/03 |
| 9018 9018 9018 9018 9018 9018 2,524 | 28/03 | |||||
| Состояние 3 | 1,393 | 41/72 | 2,511 | 28/40 |
| . | Полная утечка (M 3 / день) . | Уменьшение утечки (%) . | Энергопотребление (кВт · ч) . | Энергопотребление. снижение (%) . | ||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Без давления man. | 2,390 | — | 3,507 | — | ||
| Штат 1 | 1,403 | 41/30 | 3,506 | 0/03 | 3,506 | 0/03 |
| 9018 9018 9018 9018 9018 9018 2,524 | 28/03 | |||||
| Штат 3 | 1,393 | 41/72 | 2,511 | 28/40 |
Управление давлением в системах водоснабжения с целью снижения энергопотребления и фоновых утечек | Журнал водоснабжения: исследования и технологии-Aqua
Из-за увеличения спроса на воду в городских сообществах, а также из-за сокращения водных ресурсов, управление водными потерями является одной из основных проблем, с которыми сталкиваются инженеры в наши дни.Отчеты показывают, что около 30% или даже больше от общего количества воды, поступающей в распределительную сеть, тратится впустую (Арауджо и др. 2006). Существует множество факторов, влияющих на количество утечек в системах водоснабжения (WDS), таких как давление воды, возраст трубы, качество фитингов, характеристики почвы вокруг трубы и т. Д. Из-за прямой зависимости между давлением и утечки, управление давлением — один из эффективных методов уменьшения утечки в WDS.
WDS предназначен для подачи потребителям достаточного количества воды с минимально допустимым давлением в течение всего времени работы, особенно в часы пик в дни пик. В другое время работы, «когда потребность в воде ниже», узловое давление в сети превышает минимально допустимое давление. Это вызывает увеличение фоновой утечки, выход из строя трубы, а также потери энергии (чтобы создать избыточное давление на WDS).Следовательно, регулирование давления в WDS может сыграть важную роль в снижении потерь воды и энергии, что влияет на устойчивость потребления и защиту окружающей среды. Редукционный клапан (PRV) и насос переменной скорости (VSP) чаще всего используются для управления давлением WDS. Предохранительные клапаны, независимо от изменения входного давления или расхода, могут снизить входное давление до стабильно более низкого установленного давления. PRV можно контролировать с помощью различных подходов, таких как гидравлические или электронные контроллеры (Vicente, 2016).PRV с электронным контроллером могут идеально использоваться в системах диспетчерского управления и сбора данных (SCADA) в соответствии с текущими условиями эксплуатации. ВСП — это насосы с частотно-регулируемым приводом (VSD). VSD регулирует скорость вращения электродвигателя насоса, изменяя частоту входной мощности. Изменение скорости электродвигателя может изменить гидравлические характеристики насоса (например, потребляемую мощность, расход на выходе и давление).
Было представлено много статей о методах управления давлением в WDS.Germanopoulos и Jowitt (1989) описали взаимосвязь между давлением в сети и потерями при утечке и оценили влияние контроля давления на утечку в сети водоснабжения. Они представили метод линейной теории для поиска оптимальных настроек регулирующего клапана для минимизации узлового избыточного давления, а также утечки воды. Уставка регулирующего клапана должна быть отрегулирована таким образом, чтобы давление в критической точке (соединение с самой высокой отметкой или на дальнем конце водопроводной сети) оставалось в пределах допустимого диапазона.
Araujo et al. (2006) представила модель для определения оптимального количества, расположения и выходного давления регулирующих клапанов, чтобы минимизировать давления и, как следствие, утечку WDS. Они использовали генетические алгоритмы, чтобы найти коэффициенты шероховатости трубопроводов, чтобы минимизировать избыточный узловой напор. Трубы с более высоким коэффициентом шероховатости являются потенциальными точками для установки регулирующего клапана.Они оптимизировали уставку регулирующих клапанов, чтобы уменьшить утечку в сети.
В тематическом исследовании Marunga et al. (2006) уменьшил фоновую утечку WDS города Мутаре в Зимбабве, используя управление давлением. Они снизили минимальный ночной поток (MNF) примерно на 25% с уменьшением узлового давления с 77 м до 50 м за счет регулирования давления на выходе PRV.
Николини и Зоватто (2009) предложили многоцелевой метод оптимизации для поиска оптимального количества, местоположения, а также заданного значения установленных PRV.Первая целевая функция в их исследовании заключалась в минимизации общего количества установленных PRV, в то время как вторая целевая функция заключалась в минимизации общей утечки в WDS. Они достигли фронта Парето, который показывает общую утечку в зависимости от количества установленных PRV.
Skworcow et al. (2009) предоставил метод управления энергией и давлением в WDS, чтобы минимизировать эксплуатационные расходы. Они изменили расписание работы насосов (определение количества насосов с фиксированной скоростью в рабочем состоянии) и скорость VSP, а также уставки PRV, чтобы уменьшить избыточное давление и зависимую утечку.Их метод был применен к WDS среднего масштаба, и было показано, что ежедневные затраты на электроэнергию были снижены примерно на 34%.
Баккер и др. (2013) представила модель активного контроля давления для управления давлением на выходе насосной станции в соответствии с прогнозом автономной потери давления в магистральных трубопроводах. Модель представляет собой комбинацию прогнозирующего контроллера и контроллера обратной связи. Их результаты показали снижение потребления энергии насосами на 31% и снижение потерь воды на 20% за счет применения модели на насосной станции водоочистных сооружений на Среднем Западе Польши.
Tricarico et al. (2014) предложил новую методологию управления давлением WDS. Они использовали турбины вместо обычных PRV, чтобы снизить давление в сети и одновременно вырабатывать электричество. Минимизация затрат на эксплуатацию насосов за счет снижения избыточного давления в водопроводной сети, а также одновременное увеличение вырабатываемой электроэнергии с помощью турбин также являлись целями их исследования.
Pecci et al. (2015) исследовал метод математического программирования, чтобы найти оптимальное место для PRV и управление их работой, чтобы снизить избыточное давление в WDS при множественных сценариях спроса.
Во всей ранее упомянутой литературе профиль потребности должен быть известен, чтобы определять состояние насосов и настройки клапанов для управления давлением и контроля утечек.Из-за влияния температуры окружающей среды, даты, культуры жителей и других параметров на мгновенное потребление воды использование фиксированного дневного или сезонного профиля спроса во многих случаях может не соответствовать действительности. В этой статье представлен метод управления утечками с обратной связью, чтобы минимизировать фоновую утечку и потребление энергии в WDS путем управления давлением на выходе PRV и скоростью VSP, по отдельности или вместе.
В этом методе количество мгновенных запросов оценивается с помощью кода оптимизации, который был основан на данных, переданных от установленных датчиков на WDS.Чтобы проанализировать влияние устройства управления (PRV / VSP) на утечку и снижение энергии в тематическом исследовании, метод был запущен три раза: (1) управление с помощью PRV, (2) управление с помощью VSP и (3) управление с PRV и VSP одновременно.
В этом исследовании измеренное давление в одной или нескольких точках WDS, где были установлены манометры, было использовано в качестве входных данных для кода средства оценки потребности, чтобы найти множитель мгновенной потребности.Затем оцененный мгновенный множитель используется в качестве входного параметра другой процедуры оптимизации, чтобы уменьшить избыточное узловое давление в WDS, чтобы уменьшить фоновую утечку и потребление энергии. Для этого код оптимизации должен найти оптимальные уставки установленных PRV и оптимальную скорость VSP соответственно. На рисунке 1 показана блок-схема этой методологии.
Рисунок 1
Блок-схема процесса оптимизации.
Рисунок 1
Блок-схема процесса оптимизации.
В описанном выше методе учитываются следующие допущения:
Гидравлическая модель откалибрована.
Ошибка датчика давления игнорируется.
Структура спроса всех узлов потребления одинакова.
В первой части этого исследования для оценки множителя мгновенного спроса был разработан код оптимизации с использованием алгоритма дифференциальной эволюции (DE) в программном обеспечении MATLAB на основе алгоритма, предоставленного Storn & Price (1997). Гидравлический решатель EPANET 2.0 (Россман 2000) использовался в качестве гидравлического решателя и был связан с кодом оптимизации. Узловое давление одной или нескольких точек WDS (в зависимости от сложности сети) через текущие настройки PRV и VSP используется в качестве входных данных кода оптимизации.Множитель спроса был рассмотрен в качестве проектной переменной в процедуре оптимизации. Кроме того, в качестве целевой функции рассматривалась минимизация разницы между измеренным и рассчитанным узловым давлением «в узлах, где установлены датчики давления». Код может найти фактический множитель спроса с минимальной ошибкой из-за передачи данных из WDS.
В следующей части был представлен другой код оптимизации с использованием алгоритма DE, чтобы найти оптимальную уставку установленных PRV (давление на выходе) и VSP (скорость насоса).Целью этого раздела является управление давлением WDS для уменьшения фоновых утечек и потребления энергии. В представленном коде предполагаемый множитель потребления используется в качестве входных данных модели, давление на выходе PRV и / или скорость VSP являются проектными переменными и минимизируют математическую сумму общей узловой утечки и потребления энергии (в том же порядке величины) — целевая функция.
Из-за обратной зависимости между потреблением воды и давлением в сети давление на WDS в часы непиковой нагрузки превышает минимально допустимое давление, а большее избыточное давление увеличивает утечку в WDS.Связь между утечкой и давлением часто описывалась уравнением (1) (Thornton & Lambert 2005): (1) где — поток утечки в узле i , — постоянный коэффициент утечки узла i , который зависит от длины и количество труб, подключенных к узлу, — узловое давление узла и , а n — фиксированный параметр от 0,5 до 2,5, который зависит от типа утечки.Был выбран реальный WDS для применения вышеупомянутой методологии с целью уменьшения утечки воды и потребления энергии.Система распределения воды Mehr (MWDS) расположена на севере Ирана в городе Рашт и обслуживает до 44 000 человек. Площадь, покрываемая этой сетью, составляет 144 акра, а ее среднесуточная потребность составляет 366 м 3 в час. Перепад высот MWDS составляет около 4 метров, он имеет 371 трубу длиной 33 километра, 366 стыков, один резервуар, два PRV и насосную станцию с тремя насосами. Эта сеть состоит из восьми имеющихся в продаже размеров труб (от 90 до 500 мм). Из-за наличия в квартирах этого района бытовой цистерны для воды и насосной системы минимально допустимое давление во всех узлах было принято на уровне 20 метров.Конфигурация трубы и высота MWDS показаны на Рисунке 2.
Рисунок 2
Конфигурация трубопровода (слева) и отметка земли (справа) MWDS.
Рисунок 2
Конфигурация трубопровода (слева) и отметка земли (справа) MWDS.
Согласно профилю потребности MWDS, при отсутствии контрольного оборудования, такого как PRV или VSP, минимальное и максимальное узловое давление при максимальном времени потребности (21:00) составляет 23 и 49 метров соответственно, а минимальное и максимальное давление при минимальном времени потребления (3 часа) составляет 45 и 55 метров соответственно.Согласно уравнению (1) расчетная утечка в максимальное и минимальное время пиковой нагрузки составляет 83,36 м 3 / ч (22,77% средней часовой потребности) и 115,41 м 3 / ч (31,53% средней часовой потребности). Кроме того, потребляемая мощность насосной станции в пиковое и непиковое время составляет 135,16 кВт и 158,82 кВт соответственно. Целью данного тематического исследования является минимизация фоновой утечки и потребления электроэнергии MWDS в любое время суток за счет использования данных, передаваемых от установленного датчика давления в сети.
Для проверки кода оценки множителя спроса было сгенерировано более 100 случайных множителей в диапазоне от 0,4 до 1,4. Гидравлическая модель запускается для анализа узлового давления в сети после применения каждого сгенерированного множителя. Расчетное давление в средней точке города (точка, где установлен манометр) использовалось в качестве входного параметра кода сметчика вместо передаваемых данных с установленного манометра.Сравнение вводимых данных и оцененного множителя спроса показывает приемлемую точность. Выбор начальной совокупности 10 и номера поколения 40 для процедуры оценки приводит к точности 99,9% в течение 6 секунд для каждого множителя на ПК с 8 ГБ ОЗУ и процессором Intel i7 2,4 ГГц. Этот результат гарантирует, что величина потребления в любой данный момент будет правильно представлена в коде оптимизации управления давлением. Для управления давлением MWDS были реализованы три различных состояния следующим образом:
Состояние 1: Индивидуальный поиск оптимальных уставок PRV (давления на выходе).
Состояние 2: Индивидуальный поиск оптимальных уставок VSP (доля скорости в процентах).
Состояние 3: Совместное определение оптимальных уставок PRV и VSP.
В состоянии 1 в качестве проектных переменных использовались уставки двух установленных PRV. В состоянии 2, независимо от PRV, уставки трех VSP использовались в качестве проектных переменных. В состоянии 3 уставки PRV и VSP использовались вместе как проектные переменные.Во всех вышеупомянутых состояниях целевые функции оптимизации минимизировали математическую сумму общей узловой утечки и потребления энергии в WDS. Первоначальная популяция, а также номер поколения процедуры оптимизации DE составляли 100 и 150 соответственно. На рисунке 3 показан график оптимального распределения давления для MWDS в различных состояниях в непиковое время (3:00 утра) вместе с графиком распределения давления в неконтролируемом режиме.
Рисунок 3
Распределение давления MWDS в 3:00 а.м. (непиковое время): без контроля давления (вверху слева), с контролем PRV (вверху справа), с контролем VSP (внизу слева) и с одновременным контролем PRV и VSP (внизу справа).
Рисунок 3
Распределение давления MWDS в 3 часа ночи (непиковое время): без контроля давления (вверху слева), с контролем PRV (вверху справа), с контролем VSP (внизу слева) и с одновременным PRV и управление ВСП (внизу справа).
Результаты показывают, что использование PRV для управления давлением в WDS (состояние 1) может значительно снизить фоновую утечку, но не может снизить потребление электроэнергии насосной станцией.Использование ВСП для регулирования давления в WDS (состояние 2) дает лучшие результаты из-за одновременного снижения утечки и потребления электроэнергии. Совместное использование PRV и VSP при управлении давлением в сети (состояние 3) дает наилучший результат.
Чтобы исследовать влияние упомянутого метода на управление давлением в течение всего дня, к коду оптимизации был применен указанный множитель спроса (рис. 4).Эта информация может быть отправлена SCADA, системой телеметрии или кодом оценки множителя спроса в центральный блок управления. На рисунке 5 показаны утечка, потребление энергии, минимальное / максимальное узловое давление и уставка PRV / VSP в различных состояниях в зависимости от времени.
Рисунок 4
Зависимость множителя спроса от времени в MWDS.
Рисунок 4
Зависимость множителя спроса от времени в MWDS.
Рисунок 5
Фоновая утечка, потребление энергии, минимальное / максимальное узловое давление и уставка PRV / VSP в различных состояниях в зависимости от времени.
Рисунок 5
Фоновая утечка, потребление энергии, минимальное / максимальное узловое давление и уставка PRV / VSP в различных состояниях в зависимости от времени.
Результаты, показанные на Рисунке 5, показывают, что снижение потребления воды в ночное время приведет к увеличению давления, утечек и энергопотребления в неконтролируемом режиме. В состоянии 1 наилучшая уставка PRV была показана в разное время, чтобы снизить минимальное узловое давление и удалить избыточное давление.Ночью PRV (особенно PRV2) испытали самое низкое выходное давление. В этом состоянии фоновая утечка значительно снизилась, но потребление энергии насосами не уменьшилось. В состоянии 2 уставка ВСП (процент скорости насоса), рассчитанная с помощью кода оптимизации в разное время, путем применения упомянутой уставки к гидравлической модели вызвала снижение минимального узлового давления до минимально допустимого давления. В результате утечки и потребление энергии насосом снизились одновременно.В состоянии 3 уставки PRV и VSP показаны в разное время. Результаты показали, что фоновая утечка и потребление энергии уменьшились в большей степени, чем в двух предыдущих состояниях.
Кроме того, результаты показывают, что, в отличие от неконтролируемого состояния, узловое давление и утечка в непиковые моменты состояний 1, 2 и 3 меньше узлового давления и утечки в пиковые моменты времени. Причиной этого явления является снижение избыточного давления в сети в непиковые часы с помощью PRV и VSP, что снижает давление и фоновую утечку в WDS.Следует отметить, что снижение избыточного давления не способствует повышению качества обслуживания клиентов.
Таким образом, одновременное использование PRV и VSP для управления давлением WDS позволит достичь наилучших результатов в снижении фоновой утечки и энергопотребления. В этом состоянии расчетная утечка при максимальной и минимальной пиковой нагрузке составляет 65,51 м 3 / ч (17,9% от средней часовой потребности) и 48.56 м 3 / ч (13,27% от средней часовой потребности). Кроме того, потребляемая мощность насосной станции в периоды максимальной и минимальной пиковой нагрузки составляет 126,09 кВт и 76,18 кВт соответственно. Эти значения значительно лучше, чем в неконтролируемом состоянии. Обобщенные результаты полного дня показаны в таблице 1.
Таблица 1Снижение утечки и потребления энергии за полный день для MWDS с разными состояниями
| . | Полная утечка (M 3 / день) . | Уменьшение утечки (%) . | Энергопотребление (кВт · ч) . | Энергопотребление. снижение (%) . | ||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Без давления man. | 2,390 | — | 3,507 | |||
| Штат 1 | 1,403 | 41/30 | 3,506 | 0/03 | 3,506 | 0/03 |
| 9018 9018 9018 9018 9018 9018 2,524 | 28/03 | |||||
| Состояние 3 | 1,393 | 41/72 | 2,511 | 28/40 |
| . | Полная утечка (M 3 / день) . | Уменьшение утечки (%) . | Энергопотребление (кВт · ч) . | Энергопотребление. снижение (%) . | ||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Без давления man. | 2,390 | — | 3,507 | — | ||
| Штат 1 | 1,403 | 41/30 | 3,506 | 0/03 | 3,506 | 0/03 |
| 9018 9018 9018 9018 9018 9018 2,524 | 28/03 | |||||
| Штат 3 | 1,393 | 41/72 | 2,511 | 28/40 |
Управление давлением в системах водоснабжения с целью снижения энергопотребления и фоновых утечек | Журнал водоснабжения: исследования и технологии-Aqua
Из-за увеличения спроса на воду в городских сообществах, а также из-за сокращения водных ресурсов, управление водными потерями является одной из основных проблем, с которыми сталкиваются инженеры в наши дни.Отчеты показывают, что около 30% или даже больше от общего количества воды, поступающей в распределительную сеть, тратится впустую (Арауджо и др. 2006). Существует множество факторов, влияющих на количество утечек в системах водоснабжения (WDS), таких как давление воды, возраст трубы, качество фитингов, характеристики почвы вокруг трубы и т. Д. Из-за прямой зависимости между давлением и утечки, управление давлением — один из эффективных методов уменьшения утечки в WDS.
WDS предназначен для подачи потребителям достаточного количества воды с минимально допустимым давлением в течение всего времени работы, особенно в часы пик в дни пик. В другое время работы, «когда потребность в воде ниже», узловое давление в сети превышает минимально допустимое давление. Это вызывает увеличение фоновой утечки, выход из строя трубы, а также потери энергии (чтобы создать избыточное давление на WDS).Следовательно, регулирование давления в WDS может сыграть важную роль в снижении потерь воды и энергии, что влияет на устойчивость потребления и защиту окружающей среды. Редукционный клапан (PRV) и насос переменной скорости (VSP) чаще всего используются для управления давлением WDS. Предохранительные клапаны, независимо от изменения входного давления или расхода, могут снизить входное давление до стабильно более низкого установленного давления. PRV можно контролировать с помощью различных подходов, таких как гидравлические или электронные контроллеры (Vicente, 2016).PRV с электронным контроллером могут идеально использоваться в системах диспетчерского управления и сбора данных (SCADA) в соответствии с текущими условиями эксплуатации. ВСП — это насосы с частотно-регулируемым приводом (VSD). VSD регулирует скорость вращения электродвигателя насоса, изменяя частоту входной мощности. Изменение скорости электродвигателя может изменить гидравлические характеристики насоса (например, потребляемую мощность, расход на выходе и давление).
Было представлено много статей о методах управления давлением в WDS.Germanopoulos и Jowitt (1989) описали взаимосвязь между давлением в сети и потерями при утечке и оценили влияние контроля давления на утечку в сети водоснабжения. Они представили метод линейной теории для поиска оптимальных настроек регулирующего клапана для минимизации узлового избыточного давления, а также утечки воды. Уставка регулирующего клапана должна быть отрегулирована таким образом, чтобы давление в критической точке (соединение с самой высокой отметкой или на дальнем конце водопроводной сети) оставалось в пределах допустимого диапазона.
Araujo et al. (2006) представила модель для определения оптимального количества, расположения и выходного давления регулирующих клапанов, чтобы минимизировать давления и, как следствие, утечку WDS. Они использовали генетические алгоритмы, чтобы найти коэффициенты шероховатости трубопроводов, чтобы минимизировать избыточный узловой напор. Трубы с более высоким коэффициентом шероховатости являются потенциальными точками для установки регулирующего клапана.Они оптимизировали уставку регулирующих клапанов, чтобы уменьшить утечку в сети.
В тематическом исследовании Marunga et al. (2006) уменьшил фоновую утечку WDS города Мутаре в Зимбабве, используя управление давлением. Они снизили минимальный ночной поток (MNF) примерно на 25% с уменьшением узлового давления с 77 м до 50 м за счет регулирования давления на выходе PRV.
Николини и Зоватто (2009) предложили многоцелевой метод оптимизации для поиска оптимального количества, местоположения, а также заданного значения установленных PRV.Первая целевая функция в их исследовании заключалась в минимизации общего количества установленных PRV, в то время как вторая целевая функция заключалась в минимизации общей утечки в WDS. Они достигли фронта Парето, который показывает общую утечку в зависимости от количества установленных PRV.
Skworcow et al. (2009) предоставил метод управления энергией и давлением в WDS, чтобы минимизировать эксплуатационные расходы. Они изменили расписание работы насосов (определение количества насосов с фиксированной скоростью в рабочем состоянии) и скорость VSP, а также уставки PRV, чтобы уменьшить избыточное давление и зависимую утечку.Их метод был применен к WDS среднего масштаба, и было показано, что ежедневные затраты на электроэнергию были снижены примерно на 34%.
Баккер и др. (2013) представила модель активного контроля давления для управления давлением на выходе насосной станции в соответствии с прогнозом автономной потери давления в магистральных трубопроводах. Модель представляет собой комбинацию прогнозирующего контроллера и контроллера обратной связи. Их результаты показали снижение потребления энергии насосами на 31% и снижение потерь воды на 20% за счет применения модели на насосной станции водоочистных сооружений на Среднем Западе Польши.
Tricarico et al. (2014) предложил новую методологию управления давлением WDS. Они использовали турбины вместо обычных PRV, чтобы снизить давление в сети и одновременно вырабатывать электричество. Минимизация затрат на эксплуатацию насосов за счет снижения избыточного давления в водопроводной сети, а также одновременное увеличение вырабатываемой электроэнергии с помощью турбин также являлись целями их исследования.
Pecci et al. (2015) исследовал метод математического программирования, чтобы найти оптимальное место для PRV и управление их работой, чтобы снизить избыточное давление в WDS при множественных сценариях спроса.
Во всей ранее упомянутой литературе профиль потребности должен быть известен, чтобы определять состояние насосов и настройки клапанов для управления давлением и контроля утечек.Из-за влияния температуры окружающей среды, даты, культуры жителей и других параметров на мгновенное потребление воды использование фиксированного дневного или сезонного профиля спроса во многих случаях может не соответствовать действительности. В этой статье представлен метод управления утечками с обратной связью, чтобы минимизировать фоновую утечку и потребление энергии в WDS путем управления давлением на выходе PRV и скоростью VSP, по отдельности или вместе.
В этом методе количество мгновенных запросов оценивается с помощью кода оптимизации, который был основан на данных, переданных от установленных датчиков на WDS.Чтобы проанализировать влияние устройства управления (PRV / VSP) на утечку и снижение энергии в тематическом исследовании, метод был запущен три раза: (1) управление с помощью PRV, (2) управление с помощью VSP и (3) управление с PRV и VSP одновременно.
В этом исследовании измеренное давление в одной или нескольких точках WDS, где были установлены манометры, было использовано в качестве входных данных для кода средства оценки потребности, чтобы найти множитель мгновенной потребности.Затем оцененный мгновенный множитель используется в качестве входного параметра другой процедуры оптимизации, чтобы уменьшить избыточное узловое давление в WDS, чтобы уменьшить фоновую утечку и потребление энергии. Для этого код оптимизации должен найти оптимальные уставки установленных PRV и оптимальную скорость VSP соответственно. На рисунке 1 показана блок-схема этой методологии.
Рисунок 1
Блок-схема процесса оптимизации.
Рисунок 1
Блок-схема процесса оптимизации.
В описанном выше методе учитываются следующие допущения:
Гидравлическая модель откалибрована.
Ошибка датчика давления игнорируется.
Структура спроса всех узлов потребления одинакова.
В первой части этого исследования для оценки множителя мгновенного спроса был разработан код оптимизации с использованием алгоритма дифференциальной эволюции (DE) в программном обеспечении MATLAB на основе алгоритма, предоставленного Storn & Price (1997). Гидравлический решатель EPANET 2.0 (Россман 2000) использовался в качестве гидравлического решателя и был связан с кодом оптимизации. Узловое давление одной или нескольких точек WDS (в зависимости от сложности сети) через текущие настройки PRV и VSP используется в качестве входных данных кода оптимизации.Множитель спроса был рассмотрен в качестве проектной переменной в процедуре оптимизации. Кроме того, в качестве целевой функции рассматривалась минимизация разницы между измеренным и рассчитанным узловым давлением «в узлах, где установлены датчики давления». Код может найти фактический множитель спроса с минимальной ошибкой из-за передачи данных из WDS.
В следующей части был представлен другой код оптимизации с использованием алгоритма DE, чтобы найти оптимальную уставку установленных PRV (давление на выходе) и VSP (скорость насоса).Целью этого раздела является управление давлением WDS для уменьшения фоновых утечек и потребления энергии. В представленном коде предполагаемый множитель потребления используется в качестве входных данных модели, давление на выходе PRV и / или скорость VSP являются проектными переменными и минимизируют математическую сумму общей узловой утечки и потребления энергии (в том же порядке величины) — целевая функция.
Из-за обратной зависимости между потреблением воды и давлением в сети давление на WDS в часы непиковой нагрузки превышает минимально допустимое давление, а большее избыточное давление увеличивает утечку в WDS.Связь между утечкой и давлением часто описывалась уравнением (1) (Thornton & Lambert 2005): (1) где — поток утечки в узле i , — постоянный коэффициент утечки узла i , который зависит от длины и количество труб, подключенных к узлу, — узловое давление узла и , а n — фиксированный параметр от 0,5 до 2,5, который зависит от типа утечки.Был выбран реальный WDS для применения вышеупомянутой методологии с целью уменьшения утечки воды и потребления энергии.Система распределения воды Mehr (MWDS) расположена на севере Ирана в городе Рашт и обслуживает до 44 000 человек. Площадь, покрываемая этой сетью, составляет 144 акра, а ее среднесуточная потребность составляет 366 м 3 в час. Перепад высот MWDS составляет около 4 метров, он имеет 371 трубу длиной 33 километра, 366 стыков, один резервуар, два PRV и насосную станцию с тремя насосами. Эта сеть состоит из восьми имеющихся в продаже размеров труб (от 90 до 500 мм). Из-за наличия в квартирах этого района бытовой цистерны для воды и насосной системы минимально допустимое давление во всех узлах было принято на уровне 20 метров.Конфигурация трубы и высота MWDS показаны на Рисунке 2.
Рисунок 2
Конфигурация трубопровода (слева) и отметка земли (справа) MWDS.
Рисунок 2
Конфигурация трубопровода (слева) и отметка земли (справа) MWDS.
Согласно профилю потребности MWDS, при отсутствии контрольного оборудования, такого как PRV или VSP, минимальное и максимальное узловое давление при максимальном времени потребности (21:00) составляет 23 и 49 метров соответственно, а минимальное и максимальное давление при минимальном времени потребления (3 часа) составляет 45 и 55 метров соответственно.Согласно уравнению (1) расчетная утечка в максимальное и минимальное время пиковой нагрузки составляет 83,36 м 3 / ч (22,77% средней часовой потребности) и 115,41 м 3 / ч (31,53% средней часовой потребности). Кроме того, потребляемая мощность насосной станции в пиковое и непиковое время составляет 135,16 кВт и 158,82 кВт соответственно. Целью данного тематического исследования является минимизация фоновой утечки и потребления электроэнергии MWDS в любое время суток за счет использования данных, передаваемых от установленного датчика давления в сети.
Для проверки кода оценки множителя спроса было сгенерировано более 100 случайных множителей в диапазоне от 0,4 до 1,4. Гидравлическая модель запускается для анализа узлового давления в сети после применения каждого сгенерированного множителя. Расчетное давление в средней точке города (точка, где установлен манометр) использовалось в качестве входного параметра кода сметчика вместо передаваемых данных с установленного манометра.Сравнение вводимых данных и оцененного множителя спроса показывает приемлемую точность. Выбор начальной совокупности 10 и номера поколения 40 для процедуры оценки приводит к точности 99,9% в течение 6 секунд для каждого множителя на ПК с 8 ГБ ОЗУ и процессором Intel i7 2,4 ГГц. Этот результат гарантирует, что величина потребления в любой данный момент будет правильно представлена в коде оптимизации управления давлением. Для управления давлением MWDS были реализованы три различных состояния следующим образом:
Состояние 1: Индивидуальный поиск оптимальных уставок PRV (давления на выходе).
Состояние 2: Индивидуальный поиск оптимальных уставок VSP (доля скорости в процентах).
Состояние 3: Совместное определение оптимальных уставок PRV и VSP.
В состоянии 1 в качестве проектных переменных использовались уставки двух установленных PRV. В состоянии 2, независимо от PRV, уставки трех VSP использовались в качестве проектных переменных. В состоянии 3 уставки PRV и VSP использовались вместе как проектные переменные.Во всех вышеупомянутых состояниях целевые функции оптимизации минимизировали математическую сумму общей узловой утечки и потребления энергии в WDS. Первоначальная популяция, а также номер поколения процедуры оптимизации DE составляли 100 и 150 соответственно. На рисунке 3 показан график оптимального распределения давления для MWDS в различных состояниях в непиковое время (3:00 утра) вместе с графиком распределения давления в неконтролируемом режиме.
Рисунок 3
Распределение давления MWDS в 3:00 а.м. (непиковое время): без контроля давления (вверху слева), с контролем PRV (вверху справа), с контролем VSP (внизу слева) и с одновременным контролем PRV и VSP (внизу справа).
Рисунок 3
Распределение давления MWDS в 3 часа ночи (непиковое время): без контроля давления (вверху слева), с контролем PRV (вверху справа), с контролем VSP (внизу слева) и с одновременным PRV и управление ВСП (внизу справа).
Результаты показывают, что использование PRV для управления давлением в WDS (состояние 1) может значительно снизить фоновую утечку, но не может снизить потребление электроэнергии насосной станцией.Использование ВСП для регулирования давления в WDS (состояние 2) дает лучшие результаты из-за одновременного снижения утечки и потребления электроэнергии. Совместное использование PRV и VSP при управлении давлением в сети (состояние 3) дает наилучший результат.
Чтобы исследовать влияние упомянутого метода на управление давлением в течение всего дня, к коду оптимизации был применен указанный множитель спроса (рис. 4).Эта информация может быть отправлена SCADA, системой телеметрии или кодом оценки множителя спроса в центральный блок управления. На рисунке 5 показаны утечка, потребление энергии, минимальное / максимальное узловое давление и уставка PRV / VSP в различных состояниях в зависимости от времени.
Рисунок 4
Зависимость множителя спроса от времени в MWDS.
Рисунок 4
Зависимость множителя спроса от времени в MWDS.
Рисунок 5
Фоновая утечка, потребление энергии, минимальное / максимальное узловое давление и уставка PRV / VSP в различных состояниях в зависимости от времени.
Рисунок 5
Фоновая утечка, потребление энергии, минимальное / максимальное узловое давление и уставка PRV / VSP в различных состояниях в зависимости от времени.
Результаты, показанные на Рисунке 5, показывают, что снижение потребления воды в ночное время приведет к увеличению давления, утечек и энергопотребления в неконтролируемом режиме. В состоянии 1 наилучшая уставка PRV была показана в разное время, чтобы снизить минимальное узловое давление и удалить избыточное давление.Ночью PRV (особенно PRV2) испытали самое низкое выходное давление. В этом состоянии фоновая утечка значительно снизилась, но потребление энергии насосами не уменьшилось. В состоянии 2 уставка ВСП (процент скорости насоса), рассчитанная с помощью кода оптимизации в разное время, путем применения упомянутой уставки к гидравлической модели вызвала снижение минимального узлового давления до минимально допустимого давления. В результате утечки и потребление энергии насосом снизились одновременно.В состоянии 3 уставки PRV и VSP показаны в разное время. Результаты показали, что фоновая утечка и потребление энергии уменьшились в большей степени, чем в двух предыдущих состояниях.
Кроме того, результаты показывают, что, в отличие от неконтролируемого состояния, узловое давление и утечка в непиковые моменты состояний 1, 2 и 3 меньше узлового давления и утечки в пиковые моменты времени. Причиной этого явления является снижение избыточного давления в сети в непиковые часы с помощью PRV и VSP, что снижает давление и фоновую утечку в WDS.Следует отметить, что снижение избыточного давления не способствует повышению качества обслуживания клиентов.
Таким образом, одновременное использование PRV и VSP для управления давлением WDS позволит достичь наилучших результатов в снижении фоновой утечки и энергопотребления. В этом состоянии расчетная утечка при максимальной и минимальной пиковой нагрузке составляет 65,51 м 3 / ч (17,9% от средней часовой потребности) и 48.56 м 3 / ч (13,27% от средней часовой потребности). Кроме того, потребляемая мощность насосной станции в периоды максимальной и минимальной пиковой нагрузки составляет 126,09 кВт и 76,18 кВт соответственно. Эти значения значительно лучше, чем в неконтролируемом состоянии. Обобщенные результаты полного дня показаны в таблице 1.
Таблица 1Снижение утечки и потребления энергии за полный день для MWDS с разными состояниями
| . | Полная утечка (M 3 / день) . | Уменьшение утечки (%) . | Энергопотребление (кВт · ч) . | Энергопотребление. снижение (%) . | ||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Без давления man. | 2,390 | — | 3,507 | |||
| Штат 1 | 1,403 | 41/30 | 3,506 | 0/03 | 3,506 | 0/03 |
| 9018 9018 9018 9018 9018 9018 2,524 | 28/03 | |||||
| Состояние 3 | 1,393 | 41/72 | 2,511 | 28/40 |
| . | Полная утечка (M 3 / день) . | Уменьшение утечки (%) . | Энергопотребление (кВт · ч) . | Энергопотребление. снижение (%) . | ||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Без давления man. | 2,390 | — | 3,507 | — | ||
| Штат 1 | 1,403 | 41/30 | 3,506 | 0/03 | 3,506 | 0/03 |
| 9018 9018 9018 9018 9018 9018 2,524 | 28/03 | |||||
| Штат 3 | 1,393 | 41/72 | 2,511 | 28/40 |
Управление давлением в системах водоснабжения с целью снижения энергопотребления и фоновых утечек | Журнал водоснабжения: исследования и технологии-Aqua
Из-за увеличения спроса на воду в городских сообществах, а также из-за сокращения водных ресурсов, управление водными потерями является одной из основных проблем, с которыми сталкиваются инженеры в наши дни.Отчеты показывают, что около 30% или даже больше от общего количества воды, поступающей в распределительную сеть, тратится впустую (Арауджо и др. 2006). Существует множество факторов, влияющих на количество утечек в системах водоснабжения (WDS), таких как давление воды, возраст трубы, качество фитингов, характеристики почвы вокруг трубы и т. Д. Из-за прямой зависимости между давлением и утечки, управление давлением — один из эффективных методов уменьшения утечки в WDS.
WDS предназначен для подачи потребителям достаточного количества воды с минимально допустимым давлением в течение всего времени работы, особенно в часы пик в дни пик. В другое время работы, «когда потребность в воде ниже», узловое давление в сети превышает минимально допустимое давление. Это вызывает увеличение фоновой утечки, выход из строя трубы, а также потери энергии (чтобы создать избыточное давление на WDS).Следовательно, регулирование давления в WDS может сыграть важную роль в снижении потерь воды и энергии, что влияет на устойчивость потребления и защиту окружающей среды. Редукционный клапан (PRV) и насос переменной скорости (VSP) чаще всего используются для управления давлением WDS. Предохранительные клапаны, независимо от изменения входного давления или расхода, могут снизить входное давление до стабильно более низкого установленного давления. PRV можно контролировать с помощью различных подходов, таких как гидравлические или электронные контроллеры (Vicente, 2016).PRV с электронным контроллером могут идеально использоваться в системах диспетчерского управления и сбора данных (SCADA) в соответствии с текущими условиями эксплуатации. ВСП — это насосы с частотно-регулируемым приводом (VSD). VSD регулирует скорость вращения электродвигателя насоса, изменяя частоту входной мощности. Изменение скорости электродвигателя может изменить гидравлические характеристики насоса (например, потребляемую мощность, расход на выходе и давление).
Было представлено много статей о методах управления давлением в WDS.Germanopoulos и Jowitt (1989) описали взаимосвязь между давлением в сети и потерями при утечке и оценили влияние контроля давления на утечку в сети водоснабжения. Они представили метод линейной теории для поиска оптимальных настроек регулирующего клапана для минимизации узлового избыточного давления, а также утечки воды. Уставка регулирующего клапана должна быть отрегулирована таким образом, чтобы давление в критической точке (соединение с самой высокой отметкой или на дальнем конце водопроводной сети) оставалось в пределах допустимого диапазона.
Araujo et al. (2006) представила модель для определения оптимального количества, расположения и выходного давления регулирующих клапанов, чтобы минимизировать давления и, как следствие, утечку WDS. Они использовали генетические алгоритмы, чтобы найти коэффициенты шероховатости трубопроводов, чтобы минимизировать избыточный узловой напор. Трубы с более высоким коэффициентом шероховатости являются потенциальными точками для установки регулирующего клапана.Они оптимизировали уставку регулирующих клапанов, чтобы уменьшить утечку в сети.
В тематическом исследовании Marunga et al. (2006) уменьшил фоновую утечку WDS города Мутаре в Зимбабве, используя управление давлением. Они снизили минимальный ночной поток (MNF) примерно на 25% с уменьшением узлового давления с 77 м до 50 м за счет регулирования давления на выходе PRV.
Николини и Зоватто (2009) предложили многоцелевой метод оптимизации для поиска оптимального количества, местоположения, а также заданного значения установленных PRV.Первая целевая функция в их исследовании заключалась в минимизации общего количества установленных PRV, в то время как вторая целевая функция заключалась в минимизации общей утечки в WDS. Они достигли фронта Парето, который показывает общую утечку в зависимости от количества установленных PRV.
Skworcow et al. (2009) предоставил метод управления энергией и давлением в WDS, чтобы минимизировать эксплуатационные расходы. Они изменили расписание работы насосов (определение количества насосов с фиксированной скоростью в рабочем состоянии) и скорость VSP, а также уставки PRV, чтобы уменьшить избыточное давление и зависимую утечку.Их метод был применен к WDS среднего масштаба, и было показано, что ежедневные затраты на электроэнергию были снижены примерно на 34%.
Баккер и др. (2013) представила модель активного контроля давления для управления давлением на выходе насосной станции в соответствии с прогнозом автономной потери давления в магистральных трубопроводах. Модель представляет собой комбинацию прогнозирующего контроллера и контроллера обратной связи. Их результаты показали снижение потребления энергии насосами на 31% и снижение потерь воды на 20% за счет применения модели на насосной станции водоочистных сооружений на Среднем Западе Польши.
Tricarico et al. (2014) предложил новую методологию управления давлением WDS. Они использовали турбины вместо обычных PRV, чтобы снизить давление в сети и одновременно вырабатывать электричество. Минимизация затрат на эксплуатацию насосов за счет снижения избыточного давления в водопроводной сети, а также одновременное увеличение вырабатываемой электроэнергии с помощью турбин также являлись целями их исследования.
Pecci et al. (2015) исследовал метод математического программирования, чтобы найти оптимальное место для PRV и управление их работой, чтобы снизить избыточное давление в WDS при множественных сценариях спроса.
Во всей ранее упомянутой литературе профиль потребности должен быть известен, чтобы определять состояние насосов и настройки клапанов для управления давлением и контроля утечек.Из-за влияния температуры окружающей среды, даты, культуры жителей и других параметров на мгновенное потребление воды использование фиксированного дневного или сезонного профиля спроса во многих случаях может не соответствовать действительности. В этой статье представлен метод управления утечками с обратной связью, чтобы минимизировать фоновую утечку и потребление энергии в WDS путем управления давлением на выходе PRV и скоростью VSP, по отдельности или вместе.
В этом методе количество мгновенных запросов оценивается с помощью кода оптимизации, который был основан на данных, переданных от установленных датчиков на WDS.Чтобы проанализировать влияние устройства управления (PRV / VSP) на утечку и снижение энергии в тематическом исследовании, метод был запущен три раза: (1) управление с помощью PRV, (2) управление с помощью VSP и (3) управление с PRV и VSP одновременно.
В этом исследовании измеренное давление в одной или нескольких точках WDS, где были установлены манометры, было использовано в качестве входных данных для кода средства оценки потребности, чтобы найти множитель мгновенной потребности.Затем оцененный мгновенный множитель используется в качестве входного параметра другой процедуры оптимизации, чтобы уменьшить избыточное узловое давление в WDS, чтобы уменьшить фоновую утечку и потребление энергии. Для этого код оптимизации должен найти оптимальные уставки установленных PRV и оптимальную скорость VSP соответственно. На рисунке 1 показана блок-схема этой методологии.
Рисунок 1
Блок-схема процесса оптимизации.
Рисунок 1
Блок-схема процесса оптимизации.
В описанном выше методе учитываются следующие допущения:
Гидравлическая модель откалибрована.
Ошибка датчика давления игнорируется.
Структура спроса всех узлов потребления одинакова.
В первой части этого исследования для оценки множителя мгновенного спроса был разработан код оптимизации с использованием алгоритма дифференциальной эволюции (DE) в программном обеспечении MATLAB на основе алгоритма, предоставленного Storn & Price (1997). Гидравлический решатель EPANET 2.0 (Россман 2000) использовался в качестве гидравлического решателя и был связан с кодом оптимизации. Узловое давление одной или нескольких точек WDS (в зависимости от сложности сети) через текущие настройки PRV и VSP используется в качестве входных данных кода оптимизации.Множитель спроса был рассмотрен в качестве проектной переменной в процедуре оптимизации. Кроме того, в качестве целевой функции рассматривалась минимизация разницы между измеренным и рассчитанным узловым давлением «в узлах, где установлены датчики давления». Код может найти фактический множитель спроса с минимальной ошибкой из-за передачи данных из WDS.
В следующей части был представлен другой код оптимизации с использованием алгоритма DE, чтобы найти оптимальную уставку установленных PRV (давление на выходе) и VSP (скорость насоса).Целью этого раздела является управление давлением WDS для уменьшения фоновых утечек и потребления энергии. В представленном коде предполагаемый множитель потребления используется в качестве входных данных модели, давление на выходе PRV и / или скорость VSP являются проектными переменными и минимизируют математическую сумму общей узловой утечки и потребления энергии (в том же порядке величины) — целевая функция.
Из-за обратной зависимости между потреблением воды и давлением в сети давление на WDS в часы непиковой нагрузки превышает минимально допустимое давление, а большее избыточное давление увеличивает утечку в WDS.Связь между утечкой и давлением часто описывалась уравнением (1) (Thornton & Lambert 2005): (1) где — поток утечки в узле i , — постоянный коэффициент утечки узла i , который зависит от длины и количество труб, подключенных к узлу, — узловое давление узла и , а n — фиксированный параметр от 0,5 до 2,5, который зависит от типа утечки.Был выбран реальный WDS для применения вышеупомянутой методологии с целью уменьшения утечки воды и потребления энергии.Система распределения воды Mehr (MWDS) расположена на севере Ирана в городе Рашт и обслуживает до 44 000 человек. Площадь, покрываемая этой сетью, составляет 144 акра, а ее среднесуточная потребность составляет 366 м 3 в час. Перепад высот MWDS составляет около 4 метров, он имеет 371 трубу длиной 33 километра, 366 стыков, один резервуар, два PRV и насосную станцию с тремя насосами. Эта сеть состоит из восьми имеющихся в продаже размеров труб (от 90 до 500 мм). Из-за наличия в квартирах этого района бытовой цистерны для воды и насосной системы минимально допустимое давление во всех узлах было принято на уровне 20 метров.Конфигурация трубы и высота MWDS показаны на Рисунке 2.
Рисунок 2
Конфигурация трубопровода (слева) и отметка земли (справа) MWDS.
Рисунок 2
Конфигурация трубопровода (слева) и отметка земли (справа) MWDS.
Согласно профилю потребности MWDS, при отсутствии контрольного оборудования, такого как PRV или VSP, минимальное и максимальное узловое давление при максимальном времени потребности (21:00) составляет 23 и 49 метров соответственно, а минимальное и максимальное давление при минимальном времени потребления (3 часа) составляет 45 и 55 метров соответственно.Согласно уравнению (1) расчетная утечка в максимальное и минимальное время пиковой нагрузки составляет 83,36 м 3 / ч (22,77% средней часовой потребности) и 115,41 м 3 / ч (31,53% средней часовой потребности). Кроме того, потребляемая мощность насосной станции в пиковое и непиковое время составляет 135,16 кВт и 158,82 кВт соответственно. Целью данного тематического исследования является минимизация фоновой утечки и потребления электроэнергии MWDS в любое время суток за счет использования данных, передаваемых от установленного датчика давления в сети.
Для проверки кода оценки множителя спроса было сгенерировано более 100 случайных множителей в диапазоне от 0,4 до 1,4. Гидравлическая модель запускается для анализа узлового давления в сети после применения каждого сгенерированного множителя. Расчетное давление в средней точке города (точка, где установлен манометр) использовалось в качестве входного параметра кода сметчика вместо передаваемых данных с установленного манометра.Сравнение вводимых данных и оцененного множителя спроса показывает приемлемую точность. Выбор начальной совокупности 10 и номера поколения 40 для процедуры оценки приводит к точности 99,9% в течение 6 секунд для каждого множителя на ПК с 8 ГБ ОЗУ и процессором Intel i7 2,4 ГГц. Этот результат гарантирует, что величина потребления в любой данный момент будет правильно представлена в коде оптимизации управления давлением. Для управления давлением MWDS были реализованы три различных состояния следующим образом:
Состояние 1: Индивидуальный поиск оптимальных уставок PRV (давления на выходе).
Состояние 2: Индивидуальный поиск оптимальных уставок VSP (доля скорости в процентах).
Состояние 3: Совместное определение оптимальных уставок PRV и VSP.
В состоянии 1 в качестве проектных переменных использовались уставки двух установленных PRV. В состоянии 2, независимо от PRV, уставки трех VSP использовались в качестве проектных переменных. В состоянии 3 уставки PRV и VSP использовались вместе как проектные переменные.Во всех вышеупомянутых состояниях целевые функции оптимизации минимизировали математическую сумму общей узловой утечки и потребления энергии в WDS. Первоначальная популяция, а также номер поколения процедуры оптимизации DE составляли 100 и 150 соответственно. На рисунке 3 показан график оптимального распределения давления для MWDS в различных состояниях в непиковое время (3:00 утра) вместе с графиком распределения давления в неконтролируемом режиме.
Рисунок 3
Распределение давления MWDS в 3:00 а.м. (непиковое время): без контроля давления (вверху слева), с контролем PRV (вверху справа), с контролем VSP (внизу слева) и с одновременным контролем PRV и VSP (внизу справа).
Рисунок 3
Распределение давления MWDS в 3 часа ночи (непиковое время): без контроля давления (вверху слева), с контролем PRV (вверху справа), с контролем VSP (внизу слева) и с одновременным PRV и управление ВСП (внизу справа).
Результаты показывают, что использование PRV для управления давлением в WDS (состояние 1) может значительно снизить фоновую утечку, но не может снизить потребление электроэнергии насосной станцией.Использование ВСП для регулирования давления в WDS (состояние 2) дает лучшие результаты из-за одновременного снижения утечки и потребления электроэнергии. Совместное использование PRV и VSP при управлении давлением в сети (состояние 3) дает наилучший результат.
Чтобы исследовать влияние упомянутого метода на управление давлением в течение всего дня, к коду оптимизации был применен указанный множитель спроса (рис. 4).Эта информация может быть отправлена SCADA, системой телеметрии или кодом оценки множителя спроса в центральный блок управления. На рисунке 5 показаны утечка, потребление энергии, минимальное / максимальное узловое давление и уставка PRV / VSP в различных состояниях в зависимости от времени.
Рисунок 4
Зависимость множителя спроса от времени в MWDS.
Рисунок 4
Зависимость множителя спроса от времени в MWDS.
Рисунок 5
Фоновая утечка, потребление энергии, минимальное / максимальное узловое давление и уставка PRV / VSP в различных состояниях в зависимости от времени.
Рисунок 5
Фоновая утечка, потребление энергии, минимальное / максимальное узловое давление и уставка PRV / VSP в различных состояниях в зависимости от времени.
Результаты, показанные на Рисунке 5, показывают, что снижение потребления воды в ночное время приведет к увеличению давления, утечек и энергопотребления в неконтролируемом режиме. В состоянии 1 наилучшая уставка PRV была показана в разное время, чтобы снизить минимальное узловое давление и удалить избыточное давление.Ночью PRV (особенно PRV2) испытали самое низкое выходное давление. В этом состоянии фоновая утечка значительно снизилась, но потребление энергии насосами не уменьшилось. В состоянии 2 уставка ВСП (процент скорости насоса), рассчитанная с помощью кода оптимизации в разное время, путем применения упомянутой уставки к гидравлической модели вызвала снижение минимального узлового давления до минимально допустимого давления. В результате утечки и потребление энергии насосом снизились одновременно.В состоянии 3 уставки PRV и VSP показаны в разное время. Результаты показали, что фоновая утечка и потребление энергии уменьшились в большей степени, чем в двух предыдущих состояниях.
Кроме того, результаты показывают, что, в отличие от неконтролируемого состояния, узловое давление и утечка в непиковые моменты состояний 1, 2 и 3 меньше узлового давления и утечки в пиковые моменты времени. Причиной этого явления является снижение избыточного давления в сети в непиковые часы с помощью PRV и VSP, что снижает давление и фоновую утечку в WDS.Следует отметить, что снижение избыточного давления не способствует повышению качества обслуживания клиентов.
Таким образом, одновременное использование PRV и VSP для управления давлением WDS позволит достичь наилучших результатов в снижении фоновой утечки и энергопотребления. В этом состоянии расчетная утечка при максимальной и минимальной пиковой нагрузке составляет 65,51 м 3 / ч (17,9% от средней часовой потребности) и 48.56 м 3 / ч (13,27% от средней часовой потребности). Кроме того, потребляемая мощность насосной станции в периоды максимальной и минимальной пиковой нагрузки составляет 126,09 кВт и 76,18 кВт соответственно. Эти значения значительно лучше, чем в неконтролируемом состоянии. Обобщенные результаты полного дня показаны в таблице 1.
Таблица 1Снижение утечки и потребления энергии за полный день для MWDS с разными состояниями
| . | Полная утечка (M 3 / день) . | Уменьшение утечки (%) . | Энергопотребление (кВт · ч) . | Энергопотребление. снижение (%) . | ||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Без давления man. | 2,390 | — | 3,507 | |||
| Штат 1 | 1,403 | 41/30 | 3,506 | 0/03 | 3,506 | 0/03 |
| 9018 9018 9018 9018 9018 9018 2,524 | 28/03 | |||||
| Состояние 3 | 1,393 | 41/72 | 2,511 | 28/40 |
| . | Полная утечка (M 3 / день) . | Уменьшение утечки (%) . | Энергопотребление (кВт · ч) . | Энергопотребление. снижение (%) . | ||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Без давления man. | 2,390 | — | 3,507 | — | ||
| Штат 1 | 1,403 | 41/30 | 3,506 | 0/03 | 3,506 | 0/03 |
| 9018 9018 9018 9018 9018 9018 2,524 | 28/03 | |||||
| Штат 3 | 1,393 | 41/72 | 2,511 | 28/40 |
4 причины контролировать давление в системах водоснабжения — C.C. Lynch & Associates, Inc.
Скачки давления воды возникают при резком изменении расхода. Эти события, также известные как гидравлические удары, могут сократить срок службы труб, вызвать утечки или основные разрывы и поставить под угрозу качество воды. Регулярный мониторинг давления может позволить коммунальным службам снизить частоту событий, связанных с давлением, при одновременном снижении эксплуатационных расходов.
1. Предотвращение выхода из строя труб и крупных разрывов
Сильные колебания уровней давления могут вызвать нагрузку на трубы по всей распределительной системе.Многие коммунальные предприятия по всей стране имеют дело со стареющей инфраструктурой. Эти события могут усугубить и без того хрупкое состояние.
Перепад давления также может вызвать утечки, а в более серьезных случаях — основные поломки. Эти события требуют, чтобы система производила больше воды, что увеличивает эксплуатационные расходы. Ежегодно в США происходит примерно 237 600 перерывов, что составляет 2,8 миллиарда долларов потерянного дохода (Американская ассоциация водопроводных сооружений).
2. Сохранение качества воды
Скачки низкого давления могут позволить грунтовым водам просачиваться в трубы, расположенные ниже уровня грунтовых вод.Внезапная потеря давления также может позволить вирусам и химическим веществам проникнуть из почвы. Падение давления ниже минимальных стандартов может потребовать от коммунальных предприятий выпуска уведомлений о «кипячении воды» для защиты здоровья населения.
В ходе исследования 2001 года было протестировано 66 образцов почвы и воды из 6 коммунальных предприятий, расположенных в 8 штатах. Исследование показало, что 56 процентов образцов оказались положительными на вирусы в почве или грунтовых водах (EPA). В число вирусов входили энтеровирусы, Norwalk и гепатит A, «обеспечивающие явное свидетельство фекального загрязнения непосредственно за пределами трубы» (EPA).
3. Снижение эксплуатационных расходов
Контроль давления может помочь снизить затраты на электроэнергию, техническое обслуживание системы и утечку воды. Эти данные могут улучшить управление насосом, помогая снизить потребление энергии. Варианты снижения давления могут привести к меньшим потерям воды при одновременном снижении вероятности трещин в трубах и основных разрывов. Ограничение потерь воды приводит к снижению общего производства, облегчая требования к системной инфраструктуре.
Мониторинг давления может снизить количество жалоб клиентов или разработчиков.Это сокращает время и ресурсы, необходимые для исследования и возможного устранения проблем.
4. Уменьшите частоту вариантов давления
Непрерывный сбор данных может определить влияние сбоев инфраструктуры и повседневных операционных практик на варианты давления. Сбои системы, такие как закрытие клапана, разрыв трубы или остановка насоса, нарушают поток и могут привести к скачку высокого или низкого давления. Другие процедуры, такие как запуск и останов насоса и работа гидранта, также могут усугубить проблему.
Измерение влияния этих методов на уровни давления может позволить коммунальным службам устранить проблему в ее источнике, помогая обеспечить положительный опыт клиентов, одновременно смягчая все другие последствия, связанные с вариантами давления.
Постоянный мониторинг давления в распределительной системе в декабре 2000 года выявил отключение электроэнергии на 24 секунды на насосной станции, что привело к отрицательному давлению на 4,4 фунта на квадратный дюйм (EPA). Размещение регистраторов давления по всей системе позволяет коммунальным предприятиям изучать эти события и вносить обоснованные корректировки.
Решения для контроля давления
Регистраторы давлениямогут быть размещены в сети с помощью сервисной опоры или на гидранте. Беспроводные регистраторы отправляют данные на веб-сервер через сотовую связь. Стандартные регистраторы давления требуют загрузки данных в полевых условиях.
Беспроводные регистраторы давления, такие как Trimble Telog PR-32iA (для водопровода) и HPR-32iA (для гидрантов), имеют преимущество предоставления данных и предупреждений в реальном времени во время событий высокого или низкого давления.Регистратор Trimble Telog также сохраняет форму волны переходных процессов давления, обнаруженных в сети.
Беспроводные регистраторы, такие как Trimble Telog 32-Series, также могут визуализировать данные на удобной для пользователя карте. Trimble Software использует ГИС для отображения данных датчиков на карте распределительной сети. Пользователи могут просматривать данные о давлении в каждом месте на карте, помогая им ориентироваться в проблемных областях.
Сбор данных о давлении может осуществляться путем долгосрочной установки регистратора давления на трубе или гидранте или путем краткосрочного исследования.Независимо от того, как собираются данные, они могут иметь жизненно важное значение для сохранения качества воды, сокращения утечек и потерь воды, не связанных с доходами (NRW), а также снижения эксплуатационных расходов. Измерения позволяют понять, что в противном случае может стать неоднозначной проблемой для нашей отрасли.
Свяжитесь с нами для получения технических характеристик или предложений по лучшему записывающему устройству для вашего приложения.
Проектирование и разводка труб водопровода в дом
Схема системы и трубопроводы
Система водоснабжения должна быть спроектирована таким образом, чтобы обеспечивать соответствующее давление и расход воды, а также избегать загрязнения питьевой воды.
На этой странице:
- Давление воды
- Расход воды
- Расход и размер трубы Допустимые решения
- Схема системы
- Подключение к электросети
- Обратный поток
- Подключение к сети
- Материалы и характеристики труб
См. Также установку, шумовые и воздушные затворы, системы соединения труб, а также клапаны и средства управления.
Система должна не только предотвращать загрязнение и обеспечивать нужное давление и расход, но и подходить для температуры переносимой воды.Хорошо спроектированная и установленная система также будет долговечной, сведет к минимуму шум от потока воды и от таких проблем, как гидравлический удар, и будет поддерживать эффективное использование воды.
Во всех системах водоснабжения используется комбинация труб (разных размеров и из материалов), клапанов и выпускных отверстий для подачи воды пользователям здания. В некоторых системах водоснабжения также используются накопительные резервуары и насосы. Проектирование системы водоснабжения включает в себя правильную настройку всех этих элементов, чтобы чистая вода доставлялась пользователю с соответствующей скоростью и температурой.
Давление воды
Если цель состоит в том, чтобы удовлетворить потребности пользователей здания при одновременном эффективном использовании воды, правильное давление воды имеет решающее значение. Если давление воды слишком низкое, это будет неудобно, например, для пользователей зданий, поскольку в душах слабый поток воды, а наполнение ванны занимает много времени. Если давление слишком высокое, это приведет к неэффективному расходу воды, а также к высокому износу системы.
Как правило, в новых зданиях в районах с водопроводом есть системы напорного водоснабжения.Существующие здания и здания, не подключенные к водопроводу, могут иметь системы низкого давления или системы неравного давления (с разным давлением для горячего и холодного водоснабжения).
В качестве примера разницы в использовании воды, поток душа в системе горячего водоснабжения низкого давления может составлять в среднем около 7 литров в минуту, в то время как поток душа с основным давлением может составлять в среднем около 1220 литров в минуту.
Для систем давления в сети требуются клапаны ограничения и понижения давления для регулирования давления и температуры воды.Обычно клапаны ограничения или понижения давления используются для регулирования давления в системах горячего водоснабжения, питаемых от сети, или там, где высокое давление может привести к таким проблемам, как разрыв труб.
Для систем низкого давления требуется несколько клапанов или элементов управления. В системах с низким или неравным давлением давление может быть увеличено до адекватного уровня путем хранения воды в напорном резервуаре (обычно в пространстве под потолком), чтобы можно было использовать силу тяжести для создания давления воды. Если используется резервуар, см. Публикации BRANZ Water and Plumbing для получения подробной информации о требованиях к установке.
Давление также можно поднять до необходимого уровня с помощью нагнетательного насоса. В этом случае может потребоваться использование клапанов ограничения и понижения давления.
Расход воды
Строительный кодекс требует, чтобы сантехническая арматура и приборы имели адекватное водоснабжение с адекватной скоростью потока.
Как и в случае с давлением воды, решающее значение имеет скорость потока. Слишком высокая скорость потока приведет к потере воды, а слишком низкая скорость потока будет означать, что сантехнические приборы и приборы не работают должным образом.
На скорость потока влияют:
- Давление воды
- Диаметр трубы Чем меньше внутренний диаметр трубы, тем ниже давление и скорость потока. (Обратите внимание, что трубы обычно обозначаются по их внутреннему номинальному диаметру (DN), но на самом деле имеет значение внутренний диаметр; труба с номинальным диаметром DN 15 может иметь фактический внутренний диаметр в пределах 1018 мм.)
- Температура воды выше температура будет иметь тенденцию к повышению давления и скорости потока (примечание: также см. материалы ниже).
Регулятор расхода может использоваться для поддержания постоянного расхода независимо от давления воды. Например, если кто-то принимает душ и кран на кухне открыт на полную мощность, температура и поток, вероятно, останутся более стабильными, если используется регулятор потока.
Ограничение потока для крана или устройства до разумной скорости помогает сбалансировать доступное давление во всей системе. Регулирование потока позволяет упростить конструкцию и минимальные размеры труб, поскольку можно точно указать пиковые скорости потока, а также снизить шум, разбрызгивание крана и гидравлический удар.
При выборе регулирующих клапанов и выпускных отверстий (краны, смесители и душевые лейки) следует обращаться к рекомендациям производителя для получения информации о давлении и расходе.
Скорость потока также можно контролировать, задав выходы с низким расходом.
Расход и размер трубы Приемлемые решения
Приемлемое решение строительных нормВ G12 / AS1 указаны скорости потока и размеры труб. Размеры труб должны соответствовать расходам, указанным в таблице 3 (см. Таблицу ниже), или трубы должны иметь размер в соответствии с таблицей 4.
При расчете размера трубы скорость (скорость) воды, движущейся по трубам, не должна превышать 3,0 м / с.