高層建筑生活給水二次加壓設(shè)計的節(jié)能措施

周述林

(中國建筑西南設(shè)計研究院,四川成都610018)

1 生活給水量用水量標準的選取

在以往的設(shè)計中，很多設(shè)計人員在不同性質(zhì)建筑類型人員確定生活用水定額時，大都是取設(shè)計用水定額較大值，其主要原因是擔(dān)心隨著用戶經(jīng)濟收入的增加，只要舒服、舒適，多花一些水費，多用一些水無所謂，而設(shè)計上需要且應(yīng)當為多用水的情況留有余地。然而，我們知道，一旦設(shè)計用水定額偏大，設(shè)計管道在保證經(jīng)濟流速的前提下，其管徑就會放大，對應(yīng)低位調(diào)節(jié)水箱容積就會變大，所選二次加壓水泵的配電功率就會增加，相應(yīng)配電柜就要變大，設(shè)備占地就會加大，工程建設(shè)的一次性投資和日常設(shè)備維護費、日常水泵電耗能量也都放大了?，F(xiàn)在，隨著水作為一種資源的概念逐漸深入人心，國家對水資源的管理日益強化，節(jié)約用水已不再是一種口號。很多城市(特別是用水量大的省會城市和國家直轄市)，隨著集中人口增加而帶來用水量的激增，延續(xù)保質(zhì)保量提供合格的自來水已成為城市管理者的一個不得不面對的問題和難題。國家標準《民用建筑節(jié)水設(shè)計標準》已經(jīng)頒布實施，在這種情況下，依筆者的意見，在用水量生活給水定額標準的選取時，設(shè)計人員應(yīng)對照新版《建筑給水排水設(shè)計規(guī)范》和《民用建筑節(jié)水設(shè)計標準》，結(jié)合當?shù)氐挠盟?xí)慣和實際狀況，選取《建筑給水排水設(shè)計規(guī)范》用水定額中間偏低值，選取《民用建筑節(jié)水設(shè)計標準》用水定額中間偏高值，使得最終確定的生活給水量、用水量標準盡可能符合《建筑給水排水設(shè)計規(guī)范》和《民用建筑節(jié)水設(shè)計標準》兩個標準的要求，從設(shè)計源頭節(jié)約能源和水資源，從而縮減生活給水配水管徑，節(jié)省生活水泵配電功率，減省水泵日常電耗。

2 不同樓層生活供水豎向給水分區(qū)的確認

我們知道，管道承壓過大，對用水器具、管道都不好。因此，《建筑給水排水設(shè)計規(guī)范》規(guī)定了建筑樓層每個豎向給水分區(qū)的承壓能力范圍。在設(shè)計過程中，通過水泵選型，我們經(jīng)常會遇到這樣的矛盾，即：當某兩個相鄰的豎向給水分區(qū)的二次加壓水量均較小時，可能按這兩個相鄰豎向給水分區(qū)的二次加壓水量水壓分別選取的水泵的配電功率之和會大于將這兩個相鄰豎向給水分區(qū)作為一個加壓區(qū)所選水泵的配電功率。針對這種情況，依筆者的經(jīng)驗，當某兩個相鄰的豎向給水分區(qū)的二次加壓水量之和小于10.0～12.0 l/s時，宜采用將這兩個相鄰豎向給水分區(qū)作為一個加壓區(qū)選取水泵進行二次加壓，在管網(wǎng)布置時，將這兩個相鄰豎向給水分區(qū)的低區(qū)部分設(shè)置一套(一用一備)先導(dǎo)式減壓閥組，確保減壓閥組后的水壓仍符合《建筑給水排水設(shè)計規(guī)范》規(guī)定的承壓能力要求，不會造成用水器具水壓過大浪費水量。這樣做實際上更節(jié)能，同時還節(jié)省一次性投資和水泵占地，簡化建筑物的生活給水管網(wǎng)系統(tǒng)。

3 豎向供水二次加壓系統(tǒng)供水方式的選擇

《建筑給水排水設(shè)計規(guī)范》規(guī)定：生活給水加壓系統(tǒng)采用變頻水泵供水系統(tǒng)，水泵出水流量應(yīng)按設(shè)計秒流量取值，系統(tǒng)如采用低位水泵加高位水箱的聯(lián)動供水系統(tǒng)，水泵出水流量應(yīng)按設(shè)計最大時流量取值；一般說來，設(shè)計秒流量是設(shè)計最大時流量的2.5～3.0倍，水泵出流量大，能耗必然就大，管道的管徑和阻力必然就大；因此，在有條件時，設(shè)計人員在進行系統(tǒng)設(shè)計時，應(yīng)有優(yōu)先考慮加壓系統(tǒng)選擇低位水泵加高位水箱的聯(lián)動供水系統(tǒng)。當然，這里存在一個“有條件”的前提。什么是“有條件”？依筆者的理解，以下幾種情況都可以按符合“有條件”進行處理。

(1)當建筑物在最高、最不利用水點的上方允許設(shè)置高位水箱，市政水壓可以滿足在非用水高峰期的水壓要求。據(jù)此，可以只設(shè)屋頂高位生活水箱，不設(shè)二次加壓水泵，配管管徑按設(shè)計最大時流量取值。

(2)市政水壓可以直接進入高位水箱，但其最高、最不利用水點的出水水壓不符合規(guī)范規(guī)定；在此情況下，可采用在屋頂配置增加泵，從屋頂水箱取水，對局部壓力不夠的用水部位增壓的措施，節(jié)約二次加壓電耗。

(3)當建筑物用水性質(zhì)在不同時段變化較大，按全日最大用水量的15 %～20 %儲存在高位水箱內(nèi)的用水量的絕對值相對不大，高位水箱的體積和荷重對建筑外形的美觀、結(jié)構(gòu)重量不會造成顯著影響。就具體建筑而言，多功能高層建筑(帶住宅性質(zhì)的高層建筑除外)一般都可考慮采用低位水泵加高位水箱的聯(lián)動供水加壓系統(tǒng)。

(4)當建筑小區(qū)自來水引入水管須根據(jù)用水性質(zhì)差異在某些部位配置倒流防止器。鑒于每個倒流防止器處會降低市政供水壓力3～5 m，但有時候我們所需建筑物用水樓層所需水壓如降低市政供水壓力3～5 m就需被迫設(shè)置二次加壓，在這種情況下，設(shè)計時就應(yīng)當在系統(tǒng)管道配管時注意讓倒流防止器安裝在需要配置的用水終點，必要時多設(shè)幾個倒流防止器，用以保證系統(tǒng)最不利點的水壓符合規(guī)范而避免采用二次加壓。

4 疊壓供水系統(tǒng)的選擇

在市政供水水壓較大的一些城市，直接供水高度可以到達建筑所在區(qū)域十多層的高度，城市供水管網(wǎng)又是環(huán)狀管網(wǎng)，供水穩(wěn)定，不易停水。同時，城市供水部門又允許建筑物二次加壓供水從市政管網(wǎng)上直接吸水。在這種情況下，建筑物二次加壓供水采用疊壓供水系統(tǒng)是最佳選擇。疊壓供水系統(tǒng)有充分利用市政供水余壓的優(yōu)點，但也有缺乏調(diào)節(jié)水量、在用水高峰期可能與周圍用戶搶水的弱點，并不象某些在疊壓供水設(shè)備生產(chǎn)廠家所宣稱的那樣神奇和完美。當城市市政供水水壓在建筑物入口接管處的水壓不足24.0 m時，建筑物二次加壓供水如采用疊壓供水系統(tǒng)就得不償失，既達不到充分利用市政水壓節(jié)能的目的，還縮減了必要的建筑物調(diào)節(jié)水量，在城市供水臨時出現(xiàn)故障停水時，最高供水樓層的供水水壓安全也得不到保障。因此，筆者認為，只有當建筑物的供水條件如果滿足北京市、天津市自來水水公司對疊壓供水設(shè)備的入網(wǎng)(城市自來水管網(wǎng))條件，建筑物二次加壓供水才可以優(yōu)先考慮采用疊壓供水系統(tǒng)。

5 屋頂高位專用水箱的節(jié)能節(jié)材要點

根據(jù)《高層民用建筑防火設(shè)計規(guī)范》，在建筑物的最高處，應(yīng)設(shè)置屋頂高位消防水箱。在高層建筑的裙樓屋頂時常需要設(shè)計成品冷卻塔，冷卻塔的補水在市政水壓無法滿足直接補水的條件時，時常采用高位平衡水箱以保證冷卻塔的補水。采取何種方式為屋頂高位消防水箱、裙房屋頂冷卻塔補水，不同的設(shè)計人員做法不盡相同。依筆者之見，可在保證生活水水質(zhì)不會出現(xiàn)倒流污染的前提下，分具體情況采取以下不同的補水方式。

(1)當屋頂設(shè)有高位生活水箱時，可將高位生活水箱的進水水位標高定在其它高位專用水箱進水水位之上，讓高位生活水箱向其它高位專用水箱補水，簡化建筑物生活給水二次加壓供水的水泵啟閉控制方式，節(jié)能節(jié)材。

(2)當建筑物靠近屋頂層的樓層生活給水是采用變頻調(diào)速泵作為二次加壓供水時，可根據(jù)高位專用水箱所需補水量和進水水位，在選取生活給水變頻調(diào)速泵時，利用水泵小流量(非高峰用水時段)其出水水壓增大的特性，在選泵時考慮滿足高位專用水箱補水因素，解決高位專用水箱補水問題，節(jié)材節(jié)能。

(3)當無法采取(1)、(2)兩種方式時，則可以考慮在生活水泵房內(nèi)設(shè)置專用補水泵向其它高位專用水箱補水。

6 橫向供水二次加壓系統(tǒng)供水方式的選擇

當新建建筑小區(qū)有多棟高層建筑和多層建筑時，使用生活用水的住戶很多，橫向供水區(qū)域較大。每組生活給水二次加壓設(shè)備的供水半徑應(yīng)控制在多長的范圍內(nèi)？每組生活給水二次加壓設(shè)備的供水人數(shù)應(yīng)控制在多長的范圍內(nèi)？規(guī)范對此沒有規(guī)定，不同的設(shè)計人員對此也有不同的觀點。

對于每組生活給水二次加壓設(shè)備的供水半徑，依筆者意見，應(yīng)按100～120 m進行控制。其原因在于設(shè)計選擇管徑時，設(shè)計人員都以在不同管徑對應(yīng)的經(jīng)濟流速狀態(tài)下確定管徑。當管道過長，管道所造成的阻力損失就放大，由此增大二次加壓設(shè)備的配電功率，浪費水泵的無謂電耗。

對于每組生活給水二次加壓設(shè)備的供水人數(shù)，依筆者意見，應(yīng)按建筑面積25×104～30×104m2進行控制，或以每組生活給水二次加壓設(shè)備的主管管徑不大于100 mm進行控制。其原因在于供水人數(shù)過多，管道所負擔(dān)的用水負荷相對就較大，連接水泵房的主管管徑必然就較大，而生活給水二次加壓設(shè)備大多布置在高層建筑的地下室內(nèi)，大管徑懸吊在地下室上空，會加大整個地下室的層高，增加建材消耗，增大工程造價；否則就無法保證水泵房所在層的地下室凈高。

當每組生活給水二次加壓設(shè)備的供水半徑超過100～120 m、供水范圍超過建筑面積25×104～30×104m2、供水主管管徑大于100 mm時，就宜分設(shè)兩個生活泵房，分別進行控制，減少建材、節(jié)省能耗，控制因為事故停水對居民的影響范圍，方便維護管理。

7 超高層建筑設(shè)置轉(zhuǎn)輸生活水箱時須注意的要點

在設(shè)計超高層建筑時，為了配水水壓合理，往往需要在避難層設(shè)置轉(zhuǎn)輸生活水箱或在屋頂設(shè)置高位生活水箱。設(shè)置轉(zhuǎn)輸生活水箱，在確定轉(zhuǎn)輸水箱的轉(zhuǎn)輸有效調(diào)節(jié)容積時，既要考慮向轉(zhuǎn)輸生活水箱輸水的二次加壓供水設(shè)備的轉(zhuǎn)輸水量水壓變化狀態(tài)，又要考慮從轉(zhuǎn)輸生活水箱吸水的二次加壓供水設(shè)備的轉(zhuǎn)輸水量水壓變化狀態(tài)，而轉(zhuǎn)輸生活水箱有時還兼有某豎向供水分區(qū)高位水箱的供水功能。在這些情況下，設(shè)計人員在確定二次加壓系統(tǒng)供水方式時，須優(yōu)先注意以下幾個方面。

(1)設(shè)計上盡可能將該水箱兼作為避難層以下區(qū)域一個或數(shù)個生活給水豎向分區(qū)的供水高位水箱。這樣，該水箱的功能和作用都會發(fā)揮得更全面，水箱水質(zhì)會因為水量周轉(zhuǎn)較快保持的更好，對避難層以下區(qū)域一個或數(shù)個生活給水豎向分區(qū)的水壓穩(wěn)定有較好的保證，能節(jié)水和延續(xù)管材及用水器具的使用年限。

(2)當避難層所設(shè)轉(zhuǎn)輸生活水箱只具有單純的轉(zhuǎn)輸功能，如存在向轉(zhuǎn)輸水箱供水的低位水泵配電功率加上從避難層所設(shè)轉(zhuǎn)輸生活水箱吸水的轉(zhuǎn)輸水泵配電功率大于從低位直接向最高位用水點供水所選水泵的配電功率時，應(yīng)放棄設(shè)置避難層轉(zhuǎn)輸生活水箱，豎向供水較低部位用水點的超壓采用減壓閥組控制水壓符合使用需求。

(3)當建筑物很高，低位水泵直接向建筑物較高用水點直接供水，在用水低谷時，生活水泵對應(yīng)低谷出流量的出水水壓在泵房會超過2.50 MPa,為防止生活二次加壓系統(tǒng)所選閥門、管材管件的承壓能力超過2.50 MPa,節(jié)省給水系統(tǒng)投資和減少閥門、管材管件承受高壓對用水安全的負面影響，設(shè)計人員在這種情況下，應(yīng)在避難層設(shè)轉(zhuǎn)輸生活水箱或在屋頂設(shè)置高位生活水箱，對較高用水點供水采用從高位生活水箱吸水局部增壓的方式滿足使用要求。

8 不同用途的給水二次加壓系統(tǒng)供水方式

當新建建筑小區(qū)不僅有多棟高層建筑和多層建筑，而且用水性質(zhì)涵蓋有住宅、商業(yè)、辦公、酒店、消防、學(xué)校、綠化、水景、餐飲、車輛沖洗、物管用水等多個用途時，在保證各用水單位正常使用、正確計量的前提下，如何減少、簡化建筑小區(qū)內(nèi)的給水二次加壓系統(tǒng)供水方式是設(shè)計人員在設(shè)計時必須優(yōu)先考慮的設(shè)計內(nèi)容。要做好此項工作，首先需要設(shè)計人員落實新建建筑小區(qū)所在地自來水公司對不同用水性質(zhì)的水價計量收費方式。例如，成都市自來水公司根據(jù)用水性質(zhì)把不同用水分為住宅用水、商業(yè)用水、特種行業(yè)用水三類計價，將商場、辦公、酒店、餐飲、學(xué)校歸入商業(yè)用水，將綠化、消防、物管用水歸入住宅用水，將公共游泳池、飲用水凈化灌裝、公共浴室用水、車輛沖洗歸入特種行業(yè)用水；而重慶市則將綠化、消防用水再歸類，要求設(shè)計時另行敷管，在自來水公司人員容易方便查表的位置單獨設(shè)表計量。

9 結(jié)束語

針對有多棟高層建筑和多層建筑、而且用水性質(zhì)復(fù)雜的綜合樓及新建建筑小區(qū)，為減少給水二次加壓系統(tǒng)的設(shè)置套數(shù)，為簡化管網(wǎng)的種類，為簡化和方便計量及檢修，為替業(yè)主節(jié)省更多的日常水費，設(shè)計人員應(yīng)在落實新建建筑小區(qū)所在地自來水公司對不同用水性質(zhì)的水價計量收費方式的基礎(chǔ)上、在比較1～6條選擇生活給水二次加壓系統(tǒng)供水方式的合理性后，確定用水性質(zhì)復(fù)雜的綜合樓及新建建筑小區(qū)之生活給水二次加壓系統(tǒng)供水方式，這既是設(shè)計人員技術(shù)水平的重要體現(xiàn)，也是設(shè)計人員貫徹綠色、環(huán)保、低碳、節(jié)能、節(jié)材的重要具體設(shè)計內(nèi)容，同時也是決定給排水設(shè)計內(nèi)容是否節(jié)能節(jié)材的關(guān)鍵所在。簡化管網(wǎng)的種類,既可節(jié)省水泵房、水泵和水箱，也可簡化生活給水二次加壓系統(tǒng)，節(jié)省投資及長期運營費用。