专利名称：可利用建筑排水能量的高层建筑辅助供水系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及高层建筑给排水技术，尤其是可节约高层建筑供水能耗的基于高层建筑排水的辅助供水系统，属建筑给排水技术领域。
背景技术：
随着能源危机的日益加重，节能减排如今已成为全世界共同关注的热点话题。以中国为例，建筑耗能约占社会总能耗的三分之一，建筑耗能已与工业耗能、交通耗能并列，成为能源消耗的三大“耗能大户”，因此建筑节能越来越受到人们的重视。
设水泵、水箱的串联给水与并联给水是高层建筑中常采用的给水方式。在串联给水方式中，各分区均设有水泵和水箱，上区的水泵从下区的水箱中抽水，这种方式适用于允许分区设置水箱和水泵的各类高层建筑，建筑高度超过100米的超高层建筑适宜采用这种供水方式；在并联给水方式中，各分区独立设置水箱和水泵，水泵集中布置在建筑底层或地下室，各区水泵独立向各区的水箱供水，这种方式在允许分区设置水箱且高度不超过100米的高层建筑中被广泛采用。另外，高层建筑的排水系统按排水水质来分为粪便污水排水系统与生活废水排水系统。粪便污水排水系统主要排除从大便池、小便池排除的污水；生活废水排水系统主要排除从卫生器具排出的各种废水，其中含有洗涤剂、毛发和细小的悬浮物等。高层建筑排水具有很大的势能，但现有的建筑给排水方式都是直接排掉，未将这部分能量进行利用。关于高层建筑排水能量的再利用，有人提出，用这部分能量来进行发电，但由于高层排水具有较大的势能，需要采取措施减小排水的流速，如增加管内壁粗糙度，立管上隔一定距离设“乙字弯”等方法，实施起来有一定的困难。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可利用建筑排水能量的高层建筑辅助供水系统，该系统利用高层建筑高区用户生活废水排水的高度水头来作为中下层用户供水的动力，在不影响原给排水系统的正常运行的前提下有效降低供水能耗。本发明所述问题是以下述技术方案实现的
一种可利用建筑排水能量的高层建筑辅助供水系统，它包括串联设置的低区水箱、中区水箱和高区水箱，所述低区水箱、中区水箱分别设有低区增压水泵和中区增压水泵，特别之处是，所述系统还包括高区排水立管、中低区排水立管和压力供水罐，压力供水罐内由隔膜分隔为内腔和外腔；在高区排水立管与中低区排水立管之间设置生活废水缓冲箱，生活废水缓冲箱高于中区水箱，生活废水缓冲箱底部设有排水管，排水管经电磁三通阀与压力供水罐的内腔连通；所述低区水箱经第一止回阀、第一闸阀与压力供水罐外腔的进口连通，压力供水罐外腔出口经第二止回阀、第二闸阀与中区水箱连通，压力供水罐的高度低于低区水箱。上述可利用建筑排水能量的高层建筑辅助供水系统，所述压力供水罐内设置的隔膜为褶皱隔膜，所述隔膜展开后面积与压力供水罐内表面积相匹配。上述可利用建筑排水能量的高层建筑辅助供水系统，所述压力供水罐上部设有连通内腔的内腔自动排气阀和连通外腔的外腔自动排气阀。上述可利用建筑排水能量的高层建筑辅助供水系统，所述系统还设有排水横干管，所述电磁三通阀的两个通道一个将排水管与压力供水罐的内腔连通，另一个将排水横干管与压力供水罐的内腔连通，排水横干管经顺水三通与中低区排水立管连通。上述可利用建筑排水能量的高层建筑辅助供水系统，所述高区排水立管下端连通生活废水缓冲箱，所述生活废水缓冲箱上部设有溢流口，溢流口与中低区排水立管的上端连通。上述可利用建筑排水能量的高层建筑辅助供水系统，所述排水管上设有电接点压力表，所述电接点压力表电连接控制器，控制器控制电磁三通阀。上述可利用建筑排水能量的高层建筑辅助供水系统，所述中区水箱设有溢水管，溢水管连通低区水箱。上述可利用建筑排水能量的高层建筑辅助供水系统，所述生活废水缓冲箱底部设有过滤器，排水管上端连通过滤器。本发明针对有效利用高层建筑生活废水的排水能量问题，提出了一种基于高层建筑排水的辅助供水系统。所述系统在不影响原高层建筑给排水正常运行的前提下，在高层用户的中低区用户生活废水排水立管中间设置了一个生活废水缓冲水箱，通过生活废水缓冲水箱的排水管与压力供水罐的隔膜内腔连通，压力供水罐的隔膜外腔与低区生活水箱连通，利用生活废水缓冲水箱排水位能及生活废水缓冲水箱与中区用户生活水箱的高度差，将压力供水罐中的生活给水输送到中区生活水箱，从而节省供水能源。一旦压力供水罐出现故障，则高层建筑的原给排水系统能够正常运行。所述系统建筑成本低，易于实施，它既适用于新建高层建筑，也适用于老建筑给排水系统改造。
下面结合附图对本发明作进一步说明。图I是本发明示意图； 图2是压力供水罐给水充水、生活废水排出状态示意图。图3是压力供水罐废水生活废水充水、给水上供状态示意图。附图中各标号清单为1A、低区水箱，1B、低区增压水泵，2A、中区水箱，2B、中区增压水泵，3、高区水箱，4A、高区排水立管，4B、中低区排水立管，5、生活废水缓冲箱，6、压力供水罐，6A、内腔自动排气阀，6B、隔膜，6C、外腔自动排气阀，6D、内腔，6E、外腔，7、电磁三通阀，8、电接点压力表,9、控制器，10A、第一止回阀，10B、第一闸阀，11A、第二止回阀，11B、第二闸阀，12、过滤器，13、排水横干管，14、顺水三通，15、排水管，16、溢流口，17、溢水管，18、常开排水闸阀。
具体实施例方式参看图1，本发明对高层串联给水方式进行了改进，它包括串联设置的低区水箱1A、中区水箱2A和高区水箱3。低区水箱内的水由市政给水供给，低区水箱处设有低区增压水泵1B，低区增压水泵IB可将低区水箱内的水泵入中区水箱；中区水箱处设有中区增压水泵2B，中区增压水泵2B定时将中区水箱内的水泵入高区水箱3中。所述系统还包括用于排放生活废水的高区排水立管4A、中低区排水立管4B和压力供水罐6。在高区排水立管4A与中低区排水立管4B之间设置生活废水缓冲箱5，高区排水立管4A下端连通生活废水缓冲箱5，生活废水缓冲箱上部设有溢流口 16，溢流口与中低区排水立管4B的上端连通。所述生活废水缓冲箱高于中区水箱2A，生活废水缓冲箱5内设有过滤器12，生活废水缓冲箱下部设有排水管15，排水管15上端连通过滤器12，排水管15下端经电磁三通阀7与压力供水罐6的内腔6D相通。所述中区水箱设有溢水管17，溢水管17连通低区水箱1A。参看图1-3，所述压力供水罐6的高度低于低区水箱1A，压力供水罐内由环状隔膜6B分隔为内腔6D和外腔6E，其中内腔6D用于储存生活废水，外腔6E用于储存生活给水。低区水箱IA经第一止回阀10A、第一闸阀IOB与压力供水罐6外腔6E的进口连通，压力供水罐6外腔出口经第二止回阀11A、第二闸阀IlB与中区水箱2A连通。所述隔膜6B为褶皱隔膜6B，隔膜6B展开后的面积与压力供水罐6的内表面积相匹配。在压力供水罐6上部设有连通内腔6D的内腔自动排气阀6A和连通外腔6E的外腔自动排气阀6C。仍参看图1-3，所述电磁三通阀7的两个通道中，一个将排水管15与压力供水罐6的内腔6D连通，另一个将排水横干管13与压力供水罐6的内腔6D连通，排水横干管13经顺水三通14与中低区排水立管4B连通。排水管15上设有电接点压力表8，电接点压力表8电连接控制器9，控制器9控制电磁三通阀7。仍参看图1-3，本发明的工作过程如下低区水箱IA的生活给水通过第一闸阀10B、第一止回阀IOA进入压力供水罐6的外腔6E，隔膜6B被压缩，内腔自动排气阀6A排气，使生活给水基本充满整个压力供水罐6，此时电磁三通阀7将排水横干管13与压力供水罐6的内腔6D连通，如图2所示；生活废水缓冲箱5不断收集高区排水立管4A的生活废水，当水位上升到一定高度时(如图I所示高度H时)，通过电接点压力表8测量的压力，把压力信号传给控制器9，控制器控制电磁三通阀7动作，将排水管15与压力供水罐6的内腔6D连通，生活废水进入压力供水罐6内腔，隔膜6B被鼓起，在水位高度产生的压力作用下将生活给水通过第二止回阀11A、第二闸阀IlB送入中区水箱2A，外腔自动排气阀6C排气。控制器9可采用时间控制的方式，经过若干分钟后(时间根据生活废水缓冲箱5与压力供水罐6的容积而定，即根据一次供水量的大小)，控制电磁三通阀7动作，将生活废水通过排水横干管13、顺水三通14送入中低区排水立管4B，这样就完成了一个供水过程，上述过程周而复始，通过压力供水罐6不断将低区水箱IA的水输送到中区水箱2A。上述过程，高区生活废水的排水量与通过压力供水罐向中区水箱的供水量相等。若生活废水缓冲箱5的液位超过溢流口 16，则生活废水通过中低区排水立管4B排走；若中区水箱2A中的生活给水液位超过溢水管17的上口，则生活给水通过溢水管17排到低区水箱IA ;若高区生活废水的排量低于中区生活给水量，则中区水箱2A内设置的浮球阀或液位控制器动作，启动低区增压水泵IB向中区水箱补水；若压力供水罐故障或检修时，则由低区增压水泵IB向中区水箱2A供水(此时第一闸阀10B、第二闸阀11B、排水闸阀18关闭，与现有供水系统相同)。以下给出本发明可行性的计算设该建筑内中区水箱与低区水箱的高差为30 米(约10层楼的高度)，横干管长度取10米。设管内的流速为v=lm/s，则由体积流量
ρ= WlD3 /4 ,可得管道管径D=O. 103m=103mm,通过查《建筑给排水设计手册》可选取D108x3. 5的无缝钢管，其流速v=0. 9m/s,比摩阻R=17 mmH20/m,实际流量为Q=28. 08 m3/h。取管道总长为L=70m(废水管、供水管各约30m，水平管道长10m)，生活供水局部阻力损失的计算可按占沿程阻力损失的25% 35%进行，这里取K=35%。则总阻力损失Λ P为
Δ P=LXR (Κ+1) =70X 17X 1. 35=1606. 5mmH20=l. 6 mH20从计算结果来看，只需要生活废水缓冲箱与中区给水箱的高度差为1.6 m，就能克服管道系统的总阻力损失。
权利要求
1.一种可利用建筑排水能量的高层建筑辅助供水系统，它包括串联设置的低区水箱(1A)、中区水箱(2A)和高区水箱(3)，所述低区水箱、中区水箱分别设有低区增压水泵(IB)和中区增压水泵(2B)，其特征在于，所述系统还包括高区排水立管(4A)、中低区排水立管(4B)和压力供水罐(6);所述压力供水罐内由隔膜(6B)分隔为内腔(6D)和外腔(6E);在高区排水立管(4A)与中低区排水立管(4B)之间设置生活废水缓冲箱(5)，生活废水缓冲箱高于中区水箱(2A)，生活废水缓冲箱底部设有排水管(15)，排水管经电磁三通阀(7)与压力供水罐(6)的内腔(6D)连通；所述低区水箱经第一止回阀(10A)、第一闸阀(IOB)与压力供水罐(6 )外腔(6E )的进口连通，压力供水罐(6 )外腔出口经第二止回阀(IIA)、第二闸阀(IlB)与中区水箱连通，压力供水罐(6)高度低于低区水箱(1A)。
2.根据权利要求I所述的可利用建筑排水能量的高层建筑辅助供水系统，其特征在于，所述压力供水罐(6)内设置的隔膜(6B)为褶皱隔膜，所述隔膜(6B)展开后面积与压力供水罐(6)内表面积相匹配。
3.根据权利要求2所述的可利用建筑排水能量的高层建筑辅助供水系统，其特征在于，所述压力供水罐(6)上部设有连通内腔(6D)的内腔自动排气阀(6A)和连通外腔(6E)的外腔自动排气阀(6C)。
4.根据权利要求3所述的可利用建筑排水能量的高层建筑辅助供水系统，其特征在于，所述系统还设有排水横干管(13)，所述电磁三通阀(7)的两个通道一个将排水管(15)与压力供水罐(6)的内腔(6D)连通，另一个将排水横干管(13)与压力供水罐(6)的内腔(6D)连通，排水横干管(13)经顺水三通(14)与中低区排水立管(4B)连通。
5.根据权利要求4所述的可利用建筑排水能量的高层建筑辅助供水系统，其特征在于，所述高区排水立管(4A)下端连通生活废水缓冲箱(5)，所述生活废水缓冲箱上部设有溢流口( 16 )，溢流口与中低区排水立管(4B )的上端连通。
6.根据权利要求5所述的可利用建筑排水能量的高层建筑辅助供水系统，其特征在于，所述排水管(15)上设有电接点压力表(8)，所述电接点压力表(8)电连接控制器，控制器控制电磁三通阀(7)。
7.根据权利要求6所述的可利用建筑排水能量的高层建筑辅助供水系统，其特征在于，所述中区水箱设有溢水管(17)，溢水管(17)连通低区水箱(1A)。
8.根据权利要求7所述的可利用建筑排水能量的高层建筑辅助供水系统，其特征在于，所述生活废水缓冲箱底部设有过滤器(12)，排水管(15)上端连通过滤器(12)。
全文摘要
一种可利用建筑排水能量的高层建筑辅助供水系统，它包括低区水箱、中区水箱和高区水箱，特别之处是，所述系统还包括高区排水立管、中低区排水立管和压力供水罐，压力供水罐内由隔膜分隔为内腔和外腔；在高区排水立管与中低区排水立管之间设置生活废水缓冲箱，生活废水缓冲箱高度高于中区水箱，生活废水缓冲箱底部设有排水管，排水管经电磁三通阀与压力供水罐的内腔连通；所述低区水箱与压力供水罐外腔的进口连通，压力供水罐外腔出口与中区水箱连通，压力供水罐高度低于低区水箱。本发明利用高层建筑高区用户生活污水排水的高度水头来作为中区用户供水的动力，在不影响原给排水系统的正常运行的前提下有效降低供水能耗。
文档编号E03C1/122GK102966141SQ20121052504
公开日2013年3月13日 申请日期2012年12月10日 优先权日2012年12月10日
发明者张旭涛, 杨晓强, 杨贺, 刘生丞, 范天舒 申请人:华北电力大学(保定)