Vergleich des Energieverbrauchs von Einzel- und Zonen-Split-Booster-Systemen

Jun 09, 2023

Seit der Antike haben Staatsherrscher großen und hoch aufragenden Bauwerken große Bedeutung beigemessen, um den Eindruck von Reichtum und Macht zu vermitteln. Heute sind Hochhäuser zu Hafen- und Handelszentren großer Städte mit ständig wachsender Bevölkerung geworden. Die Zahl der Hochhäuser ist aufgrund der Verbesserungen in der Bautechnik und der Hinwendung von Bauherren zu Hochhäusern aufgrund des Interesses an solchen Bauwerken gestiegen. Laut der National Fire Protection Association (NFPA) werden Gebäude mit einer Höhe von mehr als 23 Metern (75 Fuß) als Hochhäuser klassifiziert [1].

Hochhäuser verursachen aufgrund der Anzahl ihrer Bewohner einen hohen Energieverbrauch. In dieser Stellungnahme wird der Energieverbrauch, der für die Förderung der Reinwasserversorgung in Hochhäusern erforderlich ist, experimentell untersucht.

Küçükyalı hat die Bedeutung des Einsatzes effizienter Druckerhöhungssysteme in Hochhäusern und der Druckzoneneinteilung für Systemdesigns hervorgehoben. Laut dem Autor und Ingenieur Rüknettin Küçükyalı besteht das Ziel der Druckzoneneinteilung darin, den statischen Druck zu reduzieren, die obere/untere Druckdifferenz zu verringern und den Flüssigkeitsfluss zu steuern [2].

Darüber hinaus fasste er die Maßnahmen, die in Booster-Systemen ergriffen werden können, wie folgt zusammen [2]:

Wenn man diese experimentelle Studie und ihre Ergebnisse betrachtet, zeigt sich, dass die Empfehlungen von Küçükyalı unterstützt werden.

In der Studie wurden die Unterschiede zwischen der Methode zur Aufteilung des Reinwasserversorgungssystems des Gebäudes in Zonen und Einzelzonensystemen in Reinwasserversorgungsanwendungen untersucht.

Die Studie wurde in zwei Blöcken identischer Gebäude am selben Standort durchgeführt. Diese Wohngebäude haben die gleiche Anzahl an Stockwerken, Wohnungen und eine ähnliche Anzahl an Bewohnern.

Beide Gebäudeblöcke verfügen über Stockwerke und 62 Wohnungen. In der Studie werden die Blocknamen als B2 und B3 bezeichnet, wie sie auf der Website benannt sind. (Bild 1).

Bei der Gebäudekonstruktion wird die Druckerhöhung von sauberem Wasser durch Druckerhöhungsanlagen gewährleistet. Das Stadtwasser speist zwei Wassertanks mit 25 Kubikmetern (m3), insgesamt 50 m3 in jedem Gebäude im zweiten Stock. In beiden Gebäuden ist die Anlage in zwei Zonen unterteilt, eine obere und eine untere Zone. Die Pumpensysteme, die jede Zone unter Druck setzen, sind separat konzipiert. Die untere Zone versorgt die Wasserversorgung vom ersten bis zum sechsten Stockwerk und die obere Zone vom siebten bis zum 14. Stockwerk. So sieht das Design des Reinwassersystems in den Blöcken B2 und B3 aus. (Bild 2)

Der Reinwassersystemtyp von Block B2 ist ein Zweizonensystem. Das Gebäude verfügt über zwei Zonen, die jeweils mit einem separaten Booster gespeist werden. Im unteren Bereich wird mit zwei 200-Liter-Druckbehältern ein konstanter Druck von 6 bar bereitgestellt. Im oberen Bereich wird mit zwei 300-Liter-Druckbehältern ein konstanter Druck von 10 bar bereitgestellt. Booster-Informationen der unteren Zone sind in Tabelle 1 dargestellt, die der oberen Zone in Bild 2.

Der Reinwassersystemtyp Block B3 ist ein Doppelzonensystem. Das Gebäude verfügt über zwei Zonen, die mit einem Booster gespeist werden. Im System kommen zwei 300-Liter-Druckbehälter zum Einsatz, die einen konstanten Druck von 10 bar bereitstellen. (Bild 2).

In beiden Gebäuden wurden Booster der gleichen Marke verwendet. Die Booster verwendeten vertikale mehrstufige Kreiselpumpen aus Edelstahl. Für den Antrieb der Booster in beiden Gebäuden kam ein Frequenzumrichter zum Einsatz.

Alle Booster verfügen über drei Pumpen. (Bild 3).

Der Wasserverbrauch wurde den Wasserzählern in den Gebäuden entnommen, der Stromverbrauch den an den Boostern angebrachten Stromzählern. Der Messzeitraum dauerte etwa drei Wochen und die Datenauslesung erfolgte im Durchschnitt dreimal pro Woche. Mit Lesungen über festgelegte Zeiträume hinweg werden Zahlen aus beiden Gebäuden untersucht. Der Wasserverbrauch in den Gebäuden wird gemessen und der Energieverbrauch der Booster ausgewertet. Somit wird die effizienteste Methode für beide Gebäude ermittelt.

Nach den Messungen und Ablesungen sind die Verbrauchsunterschiede zwischen den beiden Gebäuden deutlich zu erkennen. (Tabelle 5).

Betrachtet man zunächst die Betriebsdauer der Booster-Sets, sind 41 Stunden zusätzlicher Betrieb während des 433-stündigen Experiments deutlich zu erkennen. Obwohl die unteren und oberen Drucksollwerte sowie die Drücke und Volumina der Druckbehältertanks alle gleich sind, arbeitete der in der einzelnen Zone betriebene Booster 41 weitere Stunden für die Wasserversorgung.

Betrachtet man die Unterschiede zwischen den Gesamtenergieverbräuchen, so zeigt sich, dass für die Anhebung in der einzelnen Zone 119.475 Kilowattstunden (kWh) mehr Energie benötigt wurden. Obwohl die Gebäude identisch sind und eine ähnliche Auslastung aufweisen, wurde ein Unterschied von 10.6386 m3 Wasserverbrauch gemessen. Der Wasserverbrauch im Einzonengebäude beträgt 10.6386 m3 mehr. Es wird davon ausgegangen, dass der Stromverbrauch durch diese Differenz nicht beeinflusst wurde. Obwohl der Gesamtwasserverbrauch der Bewohner im Block B3 höher ist, lässt sich beim Vergleich der beiden Gebäude nach Einheiten immer noch deutlich erkennen, dass das Einzonensystem mehr Energie verbrauchte als das Zweizonensystem. Die Tabellen 2,3 und 4 sind im Detail zu sehen.

Der Hauptgrund für diesen hohen Verbrauch liegt darin, dass die Booster im Einzonensystem weiter entfernt von ihrem besten Effizienzpunkt (BEP) arbeiten. Darüber hinaus führten die Druckminderer zum Schutz der einzelnen Wasserversorgungssysteme der Wohnungen im ersten bis sechsten Stock zu Energieverlusten.

Es wird davon ausgegangen, dass die Systemverluste in beiden Gebäuden gleich sind, da beide Gebäude über das gleiche Wasserversorgungssystem verfügen.

Beim Vergleich des Energieverbrauchs mit dem Wasserverbrauch wurde das Gesamtenergieverbrauchsverhältnis (TECR) unabhängig vom Gesamtwasserverbrauch berechnet und die Differenz dazwischen lag um 29,42 % höher. Der Einzelzonen-Booster in Block B3 verbrauchte 29,42 % mehr Energie als das Doppelzonen-System.

Wie aus der experimentellen Studie hervorgeht, konnte festgestellt werden, dass die Wasserdruckmethode mit geteilter Zonenaufteilung in Hochhäusern im Vergleich zu Systemen mit nur einer Zone definitiv weniger Energie bei der Wasserversorgung verbraucht.

Allerdings ist auch die Gebäudehöhe ein Faktor für die Zoneneinteilung des Gebäudes. Diese Studie hat gezeigt, dass in einem 14-stöckigen Gebäude eine Energieeinsparrate von 30 % erreicht wurde. In Gebäuden mit weniger als 14 Stockwerken erweist es sich möglicherweise als nicht so effektiv, in Gebäuden mit mehr Stockwerken können jedoch mehr als zwei Zonen zur Energieeinsparung erforderlich sein.

MAS-DAF Mak. San. ALS. hat finanzielle Unterstützung für die in der Studie verwendete Ausrüstung bereitgestellt.

1. NFPA 20. Ausgabe 2019. NFPA 20-Standard für die Installation stationärer Pumpen für den Brandschutz.

2. KÜÇÜKYALI. R. 2003. Sanitär in hohen Blöcken. VI. Nationaler Kongress und Ausstellung für Sanitärtechnik. 328-2

Aytac Yildiz arbeitet bei der MASDAF Pump Manufacturing Company in Istanbul, Türkei. Er kann unter [email protected] erreicht werden.