基于層次分析法的住宅生活給水方式優(yōu)化選擇

魏天云（福建船政交通職業(yè)學院道路工程系，福州350007）

基于層次分析法的住宅生活給水方式優(yōu)化選擇

魏天云
（福建船政交通職業(yè)學院道路工程系，福州350007）

摘要：建筑住宅生活給水方式的選擇是一個十分復雜的綜合性工程問題，首先介紹了住宅生活給水方式及其特點，然后應用經(jīng)驗法進行定性判斷，最后應用9標度層次分析法進行定量選擇，根據(jù)各種給水方式的綜合評價指標排序結果，確定最優(yōu)的給水方式，為工程技術人員合理選擇給水方式提供參考依據(jù)。

關鍵詞：給水方式；選擇；經(jīng)驗法；層次分析法

D01：10.19329/j.cnki.1673-2928.2016.04.017

建筑住宅生活給水方式的選擇涉及的因素非常多，包括用戶對水壓、水量以及水質(zhì)的要求，還需考慮工程造價、技術和管理等方面的條件，因此，它是一個十分復雜的綜合性工程問題，是住宅生活給水系統(tǒng)設計的關鍵［1］，必須結合經(jīng)驗和理論應用科學、合理的分析，來正確選擇給水方式。

1住宅生活給水方式及特點

住宅建設中，供水系統(tǒng)一般選擇豎向分區(qū)，這使得室外管網(wǎng)壓力能夠得到充分的利用，且避免下層管道靜水壓力出現(xiàn)過大的現(xiàn)象。供水方式可以劃分為高位水箱式和無水箱式兩大類。其中減壓閥式、減壓水箱式、串聯(lián)式以及并聯(lián)式均屬于高位水箱式，而變頻調(diào)速泵并聯(lián)供水方式以及氣壓設備并聯(lián)供水方式屬于無水箱式。

減壓閥減壓供水可以集中布置設備，而且水泵的數(shù)量得到有效減少，有利于維護保養(yǎng)；其次簡化管線布置，降低成本；最后采用減壓閥代替各分區(qū)減壓水箱，占地面積少，容易安裝，節(jié)約成本。分區(qū)減壓水箱供水方式可以集中設備的布置空間，減少水泵數(shù)量，便于維修保養(yǎng)，安裝在各分區(qū)中的減壓水箱主要是釋放靜水壓力，所占容積不大。分區(qū)水箱串聯(lián)供水方式并不用高壓水泵和高壓管線，因為各個水箱所需的用水量只需要由相應的水泵來完成，所以，可以簡化設備以及管道的布置，同時，可以根據(jù)各區(qū)的用水需求來設計各分區(qū)的水泵揚程，從而使水泵的效率獲得了較大幅度的提高，運行動力費用較低，節(jié)能效果較明顯。分區(qū)水箱并聯(lián)供水方式每個分區(qū)相互獨立，互不影響，提高了供水的可靠性；水泵的布置較為集中，有利于維護管理，其運行動力成本不高，也是一種較為節(jié)能的供水方式。變頻調(diào)速泵并聯(lián)供水方式可以不用安裝水箱，占用建筑面積??；水泵集中布置，維護管理方便；消耗能源較少。

2應用經(jīng)驗法的給水方式優(yōu)化選擇

對于多層住宅建筑，其供水高度低于市政管網(wǎng)水壓的，應盡量利用市政管網(wǎng)水壓，以利于節(jié)能，若用水高峰期，出現(xiàn)水壓不夠的現(xiàn)象，可添置一個高位水箱。

住宅建筑小區(qū)的高層用水很難通過外管網(wǎng)壓力獲得滿足，一般可以考慮設置供水水泵來進行解決。據(jù)統(tǒng)計，供水水泵消耗的電量占據(jù)我國總用電量的大約26%，有相當一部分被浪費了。若泵在運行過程，其速度保持不變，則為恒速運行，這種泵比較耗能。若泵在運行過程中，其運行速度可以隨著泵的負荷發(fā)生變化的，為變速運行，即變速水泵，這種水泵比較節(jié)能。并聯(lián)分區(qū)的給水方式尤其適用于高層建筑，從節(jié)能角度考慮，分區(qū)時，市政管網(wǎng)水壓線以下的樓層劃分為低區(qū)，其供水由市政管網(wǎng)來提供，這樣能夠減少一部分的耗能［2-3］。

如果供水管網(wǎng)壓力小于供水壓力時，或者小區(qū)內(nèi)的用水量出現(xiàn)不均勻的情況，可以考慮采用水泵和水箱聯(lián)合給水的模式來解決。為了使水泵能夠在高效率區(qū)間運行，采用液壓水位繼電器來控制水泵的啟停，即處于低水位時，水位繼電器工作，水泵自動接通，若處于高水位時，水泵自動停止運行。采用這種供水方式，供水安全可靠，并且水泵運行在高效狀態(tài)，是最經(jīng)濟合理的。

3應用層次分析法的給水方式優(yōu)化選擇

為了能夠更好地將定性分析與定量分析統(tǒng)一起來用于決策受多因素影響的問題，而產(chǎn)生了層次分析法，它是由美國的T·L·Saaty首先提出來的，主要適用于對問題按優(yōu)劣次序進行排序［4-7］。高層建筑的給水方式所受的影響因素比較多，因此也適合采用層次分析法進行優(yōu)化選擇。

3.1建立層次之間的結構模型

建筑給水方式模型主要由三層構成，即目標層、準則層和方案層。其中目標層是高層建筑給水方式；準則層根據(jù)調(diào)查主要包括設備成本、管理方便程度、占地面積、能量消耗以及供水可靠性，并且它們的重要性是依據(jù)專家以及客戶的意見確定；常見的給水方式有八種，如表1所示，建筑給水方式層次模型如圖1所示。

表1　建筑供水方式

3.2構建判斷矩陣

根據(jù)工程師的經(jīng)驗以及專家的建議，同時采用9標度方法來確定判斷矩陣元素的取值大?。?］，如表2～表7所示。

圖1　建筑給水方式結構模型圖

表2　高層建筑給水方式?jīng)Q策目標表

表3　高層建筑給水方式設備成本指標表

表4　高層建筑給水方式管理方便程度指標表

表5　高層建筑給水方式占地面積指標表

表6　高層建筑給水方式能量消耗指標表

表7　高層建筑給水方式供水可靠性指標表

3.3一致性檢驗

一般采用特征值法判斷矩陣的一致性：

公式中的CI表示一致性指標，λmax表示最大特征值，n表示的是因素的數(shù)量，即階數(shù)。

平均隨機一致性指標 RI可以由表8查得，一致性比例CR：

只有CR＜0.1，層次排序結果的一致性才能接受?？偱判蛞恢滦詸z驗：

3.4計算結果及分析

本文應用層次分析法軟件yaahp V.9.1進行求解計算，其主要結果如表9所示，其中最大特征值λmax由軟件yaahp V.9.1求得；一致性指標CI根據(jù)公式（1）來求；RI的值可以由表8查得；一致性比例 CR由公式（2）來求；總排序一致性檢驗根據(jù)公式（5）可知，CR總=0.0214＜0.1，說明總排序結果也具有滿意的一致性。

表8　平均隨機一致性指標與矩陣階數(shù)的關系

表9　高層建筑給水方式權重計算表

由表9可以看出，當考慮設備成本時，減壓水箱供水方式與高位水箱減壓閥供水方式是最好的；當考慮管理方便程度時，變頻調(diào)速供水方式是最佳的；當考慮占地面積時，高位水箱并聯(lián)供水方式是最佳的；當考慮能量消耗時，高位水箱串聯(lián)或并聯(lián)供水方式是最佳的；當考慮供水可靠性時，高位水箱并聯(lián)供水方式、減壓水箱供水方式與高位水箱減壓閥供水方式是較好的。

由總排序結果可知，方式4的綜合權重（0.1916）是最大的，即高位水箱減壓閥供水方式可以作為優(yōu)先考慮，其次是減壓水箱供水方式、高位水箱并聯(lián)供水方式、變頻調(diào)速供水方式、高位水箱串聯(lián)供水方式、氣壓罐供水方式。

4結論

1）根據(jù)住宅建筑常用的供水方式及特點，指出給水方式必須依據(jù)用戶對水質(zhì)、水壓、水量和安全性的要求，并結合室外管網(wǎng)所能提供的水質(zhì)水量和水壓的情況進行綜合確定。

2）利用9標度層次分析法優(yōu)化建筑給水方式，得出采用高位水箱減壓閥供水方式的綜合權重（0.1916）最大，可以作為優(yōu)先考慮的給水方式。

參考文獻：

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［3］劉德明.節(jié)能住宅給水系統(tǒng)分區(qū)和分區(qū)層數(shù)探討［J］.給水排水，2009（1）：77-80.

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［7］閆敏慧，姚秀萍，王蕾，等.用層次分析法確定氣象服務評價指標權重［J］.應用氣象學報，2014（4）：470-475.

［8］魏天云.建筑生活給水系統(tǒng)能耗分析與節(jié)能優(yōu)化研究［D］.福州：福州大學，2015.

（責任編輯：郝安林）

中圖分類號：TU82

文獻標志碼：A

文章編號：1673-2928（2016）04-0055-04

收稿日期：2015-10-22

基金項目：福建省教育廳科技項目（JA15655）、（JB12356）資助。

作者簡介：魏天云（1979-），女，福建連江人，副教授、高級工程師，碩士，主要從事市政工程與給排水技術方面的教學與研究工作。

Optimal Selection on Residential Life Water-supply Way based on Analytic Hierarchy Process

WEI Tianyun
（Department of Road Engineering，F(xiàn)ujian Chuanzheng Communications College，F(xiàn)uzhou 350007，China）

Abstract:It is the very complex engineering problem to choose the residential life water-supply way.The way and characteristics of residential life water-supply were introduced.Empirical method was applied to judge qualitatively.Analytic Hierarchy Process（AHP）used 9 scaling was applied to optimize the way of water-supply quantitatively.The optimal water-supply way was determined according to the sorting result of comprehensive evaluation index.It could provide the reference to select the reasonable water-supply way for the engineers.

Key words:water-supply way；choose；empirical method；AHP