民用建筑室內給排水的設計問題探討

史 云 劉 斌

（1.天津市頤和城市建筑設計有限公司；2.河北省石油化工設計院有限公司天津分公司，河北，300060）

民用建筑室內給排水的設計問題探討

史 云1劉 斌2

（1.天津市頤和城市建筑設計有限公司；2.河北省石油化工設計院有限公司天津分公司，河北，300060）

本文在分析建筑室內生活排水系統(tǒng)排水特點和國內外建筑排水設計秒流量計算方法的基礎上，結合國外常用的用于室內給水計算的概率方法，即亨特概率法，提出了基于概率論的建筑室內排水設計秒流量計算方法。

建筑排水；排水設計秒流量；亨特概率法

一、問題的提出和意義

隨著我國全面建設小康社會事業(yè)的展開，居民對高質量、高品位生活環(huán)境的追求也在提高，但在室內排水方面，大多數(shù)住宅建筑都還是在采用傳統(tǒng)的室內排水做法。雖然傳統(tǒng)的室內排水技術在我國應用已有幾十年的歷史，但是一些難題仍然沒有解決，像噪音問題、廢水溢出問題、滴水和滲漏問題等等，并且隨著時代的發(fā)展，一些新的問題又凸現(xiàn)出來，如衛(wèi)生器具擺放受限制等。這些問題輕則影響居民生活，重則會引起民事糾紛、疾病擴散，造成嚴重的后果。獨立、完整、自由、節(jié)省、健康是建筑室內排水系統(tǒng)的未來發(fā)展方向，因此傳統(tǒng)的室內排水系統(tǒng)的改進和優(yōu)化愈來愈顯示出迫切性和重要性，加強室內排水系統(tǒng)的改進和優(yōu)化研究是十分必要的。

二、傳統(tǒng)排水設計流量計算存在的問題

排水設計秒流量反映了室內生活排水管道的設計負荷，是確定各管段管徑的依據(jù)。因此研究合理的排水設計秒流量計算方法具有重要的現(xiàn)實意義。

建筑內部排水設計秒流量有三種傳統(tǒng)計算方法：經(jīng)驗法、平方根法和概率法。我國目前采用平方根法。

我國現(xiàn)行的排水設計秒流量計算方法反映的因素不夠全面，公式適用的范圍小，在理論上及實際應用中存在以下問題：

①式 (2.1)和式(2.2) 都沒有考慮生活排水的隨機性；

②式(2.1)對影響排水量的各種實際因素如衛(wèi)生器具使用頻率、衛(wèi)生器具組合形式、單位器具負荷人數(shù)等，反映不夠充分。

③計算管段上排水量最大的一個衛(wèi)生器具的排水流量qmax是式(2.1)的修正項，它體現(xiàn)了公式的經(jīng)驗性，但當衛(wèi)生器具較多，Np較大的情況下，計算結果比較大，qmax也就失去了相應的修正作用。

④按式(2. 1)計算設計的工程有時出現(xiàn)管徑偏小、排水不暢的情況，反映了計算公式的不合理性。

⑤根據(jù)規(guī)范規(guī)定，衛(wèi)生器具較少時，式(2.1)計算結果有時會大于該管段上衛(wèi)生器具排水流量的總和，則應按衛(wèi)生器具排水流量的累加值進行計算。這也反映了計算公式的不合理性。

三、建筑室內排水設計流量計算的優(yōu)化和改進

1、亨特概率法

假設某給水管段上連接有 N個衛(wèi)生器具，各個器具的開啟和關閉相互獨立，每個衛(wèi)生器具的額定秒流量為q0，則通過該計算管段的最大給水秒流量為q0N，最小給水秒流量為零，任意時刻通過該管段的給水秒流量為 q(0≤q≤q0N)。設計系統(tǒng)應降低管材耗量，并保證不間斷供水，以滿足用戶的需要。因此，可以只研究極限情況，即最大日最大時的用水量。假設最大時每個衛(wèi)生器具的使用概率為p，則不被使用的概率為 (1-p)，對于只有一種衛(wèi)生器具構成的單一系統(tǒng)，表示如下：

其中：Pm—至多有m個器具同時的概率值，即給水保證率，為0. 99；

m —衛(wèi)生器具同時使用個數(shù)設計值；

p —用水高峰期單個衛(wèi)生器具的使用概率；

N —管段連接的衛(wèi)生器具數(shù)。

根據(jù)3.1式在已知N、p 的條件下，可求出滿足Pm≥0.99的m值。衛(wèi)生器具同時

使用個數(shù)設計值的概念是與設計秒流量的概念相對應的，計算管段的設計秒流量為：

式中，qg—計算管段的設計秒流量，L/s；

q0—單個衛(wèi)生器具的額定秒流量，L/s。

2、結合亨特概率法計算室內排水設計秒流量

（1）模型的建立

由于每個衛(wèi)生器具的排水都是隨機過程，衛(wèi)生器具在使用中互不影響，若每個衛(wèi)生器具類型相同且服務人數(shù)相同，則衛(wèi)生器具在用水高峰期所觀察時段正在排水的概率p 是相同的。假設有n 個相同的衛(wèi)生器具，我們知道任何一個衛(wèi)生器具在每次觀察時只有排水和不排水兩種情況，若把第 i 個衛(wèi)生器具在觀察時的使用情況用隨即變量 Yi表示，衛(wèi)生器具使用和不使用兩種情況分別用 1 和 0 來表示，則有下面的表示式：

（2）衛(wèi)生器具排水概率 p 和排水保證率 Pm 的確定

在用亨特概率法建立的排水設計秒流量計算模型中，計算管段的同種衛(wèi)生器具的個數(shù) n 和衛(wèi)生器具的排水額定流量 q0都可以確定，但要想求得 m 值，還需要確定單個衛(wèi)生器具的排水概率 p 和排水保證率 Pm。

① 衛(wèi)生器具的排水概率 p 的確定：

器具排水概率 p是重要的設計參數(shù)，其值直接影響設計秒流量的大小。建筑的性質、居民生活習慣、氣候、使用人數(shù)和集中用水時間的長短等因素都會影響p的取值。根據(jù)下式來確定p：

式中，t —衛(wèi)生器具單次排水時間，s；

s —用水高峰時間段人均使用次數(shù)，次/人；

r —使用人數(shù)；

T —用水高峰時間長度，h。

② 排水保證率 Pm的確定：

排水保證率Pm決定衛(wèi)生器具最大排水個數(shù) m，Pm值的選定對排水設計秒流量有直接影響。在亨特概率法中的給水保證率取為 0.99，即在實際應用過程中，設計管段出現(xiàn)實際用水流量大于設計用水流量的可能性是 0.01。在建筑排水中，若實際排水流量若大于設計排水流量(即有超過m 個衛(wèi)生器具在同時排水)時會造成建筑內部排水不暢，污水外溢到室內地面，或管內氣壓波動，有毒有害氣體進入房間，危害人體健康，影響室內環(huán)境衛(wèi)生，其危害性很大，從影響程度來講，排水保證率的取值要高于給水保證率，綜合考慮Pm取為 0.998。

（3）計算管段的總設計秒流量

確定排水概率和排水保證率后，逐個求出計算管段各種類型衛(wèi)生器具的同時排水器具最大數(shù) mi和設計秒流量mi0iq ，則計算管段的總設計秒流量：

式中，k—計算管段衛(wèi)生器具的種類。

四、結論

本文從排水管道設計秒流量計算方面對建筑室內排水系統(tǒng)進行了優(yōu)化研究。建筑室內生活排水系統(tǒng)的排水設計秒流量計算應采用概率法來計算。本文結合建筑室內生活排水的特點，建立了基于概率論二項分布理論的數(shù)學模型。

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【文章編號】1674-3954（2011）03-0205-01