建筑供排水系統設計研究

中圖分類號：U417.3 文獻標識碼：A 文章編號：1008-925X(2011)07-0053-01

摘要：在對高層樓宇建筑供排水系統目前研究現狀進行歸納總結后，認識到供排水系統設計研究的重要性。并結合自我工作經驗，分別對高層樓宇建筑供水模式設計和高層樓宇建筑排水系統勢能消除設計技術要點進行詳細分析研究。

關鍵詞：高層樓宇建筑 供水模式 排水消能設計

城市基礎設施建設的不斷進行，建設可用樓宇建筑修筑的土地資源也越來越緊缺，建設高層、超高層集辦公、丙谷胺、商場、住宅、以及娛樂場所等功能為一體的復雜建筑已成為城市樓宇建筑建設發展的主要方向。供排水系統在是樓宇建筑中的一個重要系統，其運行功能特性不僅直接影響到住宅用戶對供排水系統的基本功能需求，同時還影響到整個樓宇建筑能否安全可靠、節能經濟的高效運行。目前，我國建筑供排水系統在設計、施工等過程中其技術規范已日趨完善，在很大程度上提高了建筑供排水系統綜合技術功能水平，但由于樓宇建筑功能結構的復雜性，在設計和施工過程中依然存在一些缺陷和問題。因此，對樓宇建筑供排水系統設計方案進行研究時，在滿足樓宇建筑供排水基本功能的前提下，結合先進的設計理念和技術裝備措施，構筑完善可靠、高效節能的供排水系統方案就顯得非常有工程實際意義。

1 高層樓宇建筑供水模式設計

隨著高層或超高層樓宇建筑供排水系統研究的不斷深入，很多先進的節能降耗技術也被成功應用到樓宇建筑供排水系統節能、節水工程中。從大量文獻資料和實際設計經驗可知，重力供水和變頻供水模式的節能經濟性，在供排水系統設計、施工等學術探討領域中存在比較大的分歧，各有各的優缺點，目前我國還沒有對這兩種供水模式的節能技術經濟性編寫相應的法規或行業標準。就筆者所參與的幾個高層樓宇建筑供排水系統設計和方案嚴重來看，個人認為對于辦公和起居住宅為主的高層樓宇建筑而言，采用變頻調速的供水模式其在節能技術經濟性方面更為優越。在高層和超高層樓宇建筑結構設計過程中，通常會每隔15層設置一個避難層兼建筑機電設備層，也就是說在進行供排水系統設計時，可以樓宇建筑結構中第一個避難層或每隔一個避難層按照相應供水容量需求，設置一套中間轉輸水箱體系，并在每兩個避難層中間樓層處選擇一套匹配的變頻調速控制系統，分別向兩個避難層間的兩個小分區供水，即將每兩個避難層看成一個供水大區，然后采用減壓閥分別向上下兩個分區供水，這樣一方面可以利用變頻調速控制系統自身動態調節控制功能，達到節能降耗的目的；另一方面可以只在樓宇建筑第一個避難層及第三個避難層處設置該大區的中間轉輸水箱，從而有效減少樓宇建筑給排水系統機房占地面積，提高樓宇建筑建筑面積的綜合利用效率。按照上述的變頻調速供水模式進行高層樓宇建筑供排水系統設計時，其供水機械設備及相應管材的最大承壓為樓宇建筑垂直高度一層和三避難層的中間高度，也就是說按照15層每一個避難層進行計算，供排水系統的總承受壓力不會超過2MPa，就目前相關技術水平和市場中的相關設備材料的耐壓能力而言，其能在2MPa壓力調節下安全穩定運行。另外在供排水系統中采用變頻加壓水泵配置方案設計時，采用一個大容量水泵配一個小容量水泵，加上一個氣壓水罐并設計備用一臺大容量泵的供水選型搭配模式，這樣供排水系統整體流量分配可以按照100%、50%、30%三種模式進行運行，同時當主供水泵出現問題時，備用大容量水泵會自動接替主供水泵的所有負荷，同時也能滿足100%、50%、30%等運行模式，從而使整個給排水系統的水泵的總出水量基本能與整個系統總需求水量間保持平衡，而且輸水泵在變頻調速控制模式下，可以有效確保所有水泵均處于高效區運行，達到變頻節能降耗的目的，且大大減少了給排水系統水泵機房的面積，以及優化系統結構降低可能導致的二次污染機率。

2 高層樓宇建筑排水系統勢能消除設計

樓宇建筑高度的不斷增加，對排水系統設計也提出了更高的要求。由于建筑高度引起的水勢能如何消除是高層樓宇建筑排水系統設計研究的一個重要內容。水流從上百米的高空在重力作用下下落，按理論分析，其會將自身勢能逐步轉變為動能，這樣勢必會對排水管道系統造成嚴重破壞。同時受到高層水流的沖擊，較低層的水是否能夠保持其應有的特性都是高層樓宇建筑排水系統設計研究的重點。從大量模擬仿真實驗和流體動力學分析可知，由于管道內部存在空氣、摩擦等影響因素，高層樓宇建筑排水立管中的水流呈現明顯的斷續、非均勻等特性，即排水管道中的水在下落時，會形成一個水氣相混合不穩定復雜流體，流量、流速等時大時小，排水立管滿流和非滿流工況交替出現。高層樓宇建筑給排水系統立管中水流其具體演變過程為：從附壁螺旋流到水膜流，再到等速水膜流，最后形成柱塞流，而從工程實際應有效果分析來看，對排水管道系統造成破壞的主要水流狀態為柱塞流。因此，在進行高層樓宇建筑排水系統設計時，要確保立式排水管道系統具有較高的安全可靠和節能經濟性能，首先在方案設計時，要從先進設計理念出發，采取先進的設計方案確保排水立管中的水流始終不能形成柱塞流，將水流有效維持在等速水膜流狀態，也就是說在進行高層樓宇建筑供排水系統設計時，應結合工程實際特性和供排水負荷需求進行嚴格水力計算，有效將立管設計流量的荷極限值控制在相關規范和技術標準要求范圍內。此外在高層樓宇排水管道系統設計時，應采取相應消能技術措施，減小由于勢能引起的水流下降速度增加量，降低水流沖擊對供排水系統管道的沖擊破壞性。從試驗數據分析表明，在高層樓宇建筑排水系統立管上隔一定的距離設計一個 “乙”字彎型結構，大約可以降低50%的流速，同時根據樓宇建筑工程實際情況，通常按照自頂層起每隔6層選配一整套消能裝置，這樣可以有效保證整個排水管道系統具有較高的性能水平。在高層樓宇給排水系統設計過程中，設置專用的通氣立管與大氣相通也是一個常用的降速減能設計方案，利用釋放排水管系內部的正壓力以彌補給水流中由于空氣造成的負壓，使排水系統立管中的氣壓始終接近大氣壓力，確保排水管道內的空氣流通性能，排除排水管道中可能存在大的有害氣體成分，有效保護衛生器具等排水設備的水封性能，有效提高整個排水系統綜合性能水平。

參考文獻

[1] 趙寶山.建筑給排水設計施工中一些問題的探討[J].給水排水動態，2008，（02）：10-12.

[2] CB50015-2003，建筑給水排水設計規范．