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減壓閥的應用
這期微信我們將繼續介紹衛生冷熱水的供水壓力，主要會分析介紹減壓閥下游超壓保護、減壓閥安裝事項及系統圖示，以及為重要的，減壓對于節水的作用。
減壓閥下游超壓保護
如果減壓閥下游壓力增加，它的運行方式類似于止回閥。為了更好地理解這一點，不妨參照下圖，可以看到：下游高壓對膜片形成推力，使減壓閥活塞關閉。通過這種方式，用戶水和減壓閥之間的水被*截斷。
但是，如果減壓閥下游的水溫升高，就會造成水量增加壓力急劇上升。終可能會導致減壓閥膜片破裂。
在使用儲水式熱水器的小型系統中，減壓閥下游壓力的增加一般是由于熱水器加熱，熱水升溫所引起的。
熱水加熱導致的上升壓力無法“泄出”，因為用戶端沒有用水，而減壓閥又處于關閉狀態。
解決方法是在減壓閥和鍋爐之間安裝一個膨脹罐，吸收膨脹的水量，抵消壓力的增加。
導致壓力增加的另一個現象多見于大型系統，通常存在于多個減壓閥串聯安裝時。這種情況下，如果兩個減壓閥臨近，那中間管道的水量有限，水的膨脹容易被管道吸收；相反，如果兩個減壓閥距離較遠，膨脹量就不容小覷（在大型供水系統中）了，它膨脹導致的升壓甚至會造成減壓閥膜片的斷裂。
在大中型系統中，除了熱源附近外，管道內的水也可能因管道沿線輸送被動加熱而導致壓力上升。
例如，配有雙減壓閥的大型管網系統其管道受陽光或其它熱源加熱的情況。
類似于小型安裝系統，這一問題可以通過加裝適當的膨脹罐予以解決。
循環系統與減壓閥
服務于多層建筑或塔樓的生活用水供水系統主要向高處延伸，層高造成的靜壓差別大。因此，必須沿著管線安裝多個減壓閥。
同時，為了避免生活熱水供水自然冷卻，還需要有熱水循環系統。為了保證系統正確工作，服務于熱水供水系統的減壓閥不得安裝在循環管道內。
減壓閥的工作原理之所以不允許這樣安裝，是因為當所有的用水關閉時，減壓閥下游壓力等于熱水管網壓力，減壓閥活塞處于關閉狀態，這樣就阻止了系統循環。
打開活塞的方法就是用循環泵產生一個高于管網壓力和減壓閥設定壓力之差的揚程：這一差值一般在1~6 bar之間，傳統循環泵難以達到。
反之，即便循環泵能夠提供此必要的揚程，維持該循環系統的能耗成本也難以讓人接受。
安裝示意圖
下面介紹一下減壓閥的一些典型安裝圖示。
首先我們將分析家用生活冷水供水系統；然后探討多層建筑供水系統，通過這些分析我們將了解到調節正確供水壓力的必要性。
后，我們還將提供生活熱水系統的正確供水圖示。
家庭應用
此類安裝一般服務于二、三層建筑的小型供水系統。
這類系統中的隱患來自供水管網的超壓，或是持續超壓，或是一天中的某些時段超壓，這在自來水供水系統中較為常見。
為了保護系統，在自來水入戶處安裝總減壓閥。
壓力一般設定在1.5到3 bar之間。
多層建筑
在多層建筑供水系統中，用戶的水壓隨著層高增加而下降：每層的壓降通常在0.3-0.4 bar。
這通常會導致兩種情況出現:
可用壓力充足時，能保證不利用戶（一般為高層）的供水壓力；低層承壓高。
可用壓力不足時，不利用戶（一般為高層）供水壓力無法保證；低層壓力較正常。
對于4-5層以上的建筑，這兩種情況的供水問題都會出現。
可用壓力充足
可用壓力足夠給不利位置的用戶供水，因此可以把供水按區分為多個立管。每個立管服務4-5層；服務于低區的立管可以通過減壓閥調節至適當壓力。
生活熱水供應
生活熱水的產生方式有：
集中式，熱力站儲水箱和專門的供水系統;
自力式，通過用戶熱力站、壁掛式鍋爐或熱水器。
集中式
現在分析一下多層建筑中的集中式生活熱水系統的供水壓力。
除了與冷水供應相關的那些問題以外，還要考慮以下幾個方面：
高溫易引起氣蝕現象;
高溫對系統部件材料的影響;
減壓閥錯誤安裝時可能給循環系統帶來的故障。
高約10或15層的中高層建筑中（案例1），可以考慮使用一個供水立管，每層或每單元兩個減壓閥：一個用于冷水減壓，另一個用于熱水減壓。如前所述，須考慮到熱水系統的減壓閥耐高溫性能。
在塔式建筑中（案例2），鑒于其高度，好避免分成多個立管供水，與前面章節中講的生活用冷水系統情況相反。
這種情況之所以不劃算是因為除了冷熱水供應主管道外，還要考慮多個熱水循環支管路。
從經濟角度看，這類管網對總成本影響巨大。此外，熱水（以及循環）管網越長，熱量散失越嚴重，這會造成進一步的經濟損失。
基于這些原因，可以只將冷水管網拆分，將熱水生產置于中間層，即所謂的設備層。
通過這種方式，管網的長度明顯縮短，系統部件（鍋爐和減壓閥）不必承受高壓。在冷水和熱水管網上，每層或每戶安裝一個減壓閥，可以保證正確的供水壓力。
另一種解決方案是安裝熱交換器取代鍋爐，因為該部件更耐高壓。
各種可能性都必須在設計階段對可行性和成本加以評估。
自主生產
技術和經濟層面上沒有實現集中熱水系統的優勢時，可以通過比如“用戶熱力站”等設備產生熱水。
推薦參閱第42期《水力雜志》，其中詳細介紹了利用熱電聯產熱量產生即熱式熱水的換熱設備。
通過這種方式，只需保證冷水供應系統的正確壓力即可。
這一類系統的好處是：
管道安裝成本低；
更低的熱量流失，無需維持熱水管道的循環；
生活熱水系統常見的分層加熱導致的細菌產生可能小。
中高層和塔式建筑中都可以采用自主式熱水生產。
種系統里（案例3），在每層或每戶安裝一個減壓閥足夠了。
第二種系統里（案例4）則需要串聯安裝兩個減壓閥，以避免超壓和運行過程中減壓比過高。
節水
生活供水管道中正確的壓力分布對于正確的用水調節和避免出現噪聲以及管道水錘現象至關重要。實際上，壓力過高會導致流量超出實際需要，從而造成能源尤其是飲用水的浪費。
用水過量主要是因為普通水在沒有限流裝置的情況下，隨著上游壓力的增加其流出的水量也隨之增大。
下圖的例子就說明了這一現象。
這類用水設備的用水特性與容積相關。而其它更多用水設備的用水特性與時間相關，這類設備流量的增加是主要的費水原因。比如，洗手、淋浴或刷盤子等基本上都是要保持水打開一定的時間。
這些情況下，管網給水的供水壓力越大，即供水流量越大，水的消耗量就越大。
以過高壓力給用戶供水造成的消耗，如圖所示，可以達到正常壓力供水的兩倍以上。
對于一個普通家庭用戶來說，由時間所決定的耗水量其百分比可以估算在總用水量的50%到60%之間。
自來水的供水管道壓力變化較大的一個例子就是高層建筑：實際上，高度造成的靜壓會使低層水的可用壓力相應地升高。
范例
為了更好地理解自來水的消耗和浪費現象，我們舉例分析一棟9層建筑的供水情況。
在范例中，采用的是三根立管，每根服務于每層兩個衛生間。供水管道的選型參考第5期卡萊菲手冊。
為了簡便起見，立管底部的壓力視為相同。供水圖示和相關的壓力變化見下圖。可以看到，為了保證高層的正確壓力，隨著高度的下降，壓力逐漸增加。
關于日耗水量，可以參照以下數據：
• 每層人數 : 8
• 人均總用水量 : 240 l
• 容積所決定的用水量 45% : 110 l
• 時間所決定的用水量 55%: 130 l
建筑總需水量為 17.3 m³ 。
如上面所示，用水浪費取決于受時間影響的用水量，而它又受到供水壓力的影響。
下面的案例中，將計算不同系統類型所造成的用水浪費情況。
案例1中所示的是一根供水立管，每層沒有減壓閥，水上也沒有節流裝置。這種情況下，由于低層壓力大，自來水的平均消耗量比所有按設計流量供水的理想狀態要高出29%。
案例2和3中分析的兩種情況，供水壓力通過使用不同壓力的多根立管來保持比較固定的供水壓力。
案例2中為兩根立管供水：一根服務于較高的四層，另一根服務于余下的幾層。從圖中數據可以看出，與只有一根立管的情況相比，供水壓力更佳，耗水量較小，不過仍然比理想狀態要高出16%。
案例3中分析的是三根立管供水情況：從這一案例中也可以看出，比起所有以正常設計流量工作的參照狀態，供水壓力越均衡，造成耗水量增加就越少。
后，在案例4中所示的是由一根立管和每層安裝減壓閥組成的供水系統。這種方案保證每個水的壓力都非常接近設計值即正確的供水流量。通過在水上安裝流量控制閥也可以取得類似效果，不過，需要注意的是，在供水壓力的上游進行控制更為有效和耐用，另外，末端的用水設備可能會被用戶更換為不帶流量調節類別的。正如前面簡短分析的，以均衡壓力供水設計的管道系統，除了可以保證正常工作外，還可以明顯地節約用水。