高層住宅建筑給排水環保節能設計要點
——以某工程為例

林金堤

漳州市城市規劃設計研究院（363000）

高層住宅建筑給排水環保節能設計要點
——以某工程為例

林金堤

漳州市城市規劃設計研究院（363000）

我國是一個人口眾多，人均資源極其有限的國家。因此環保節能問題，已經成為了各行業可持續發展的關鍵性問題。住宅建筑作為建設部指定要求采用環保節能技術的建筑物之一，正確認識住宅建筑給水排水設計中的環保節能問題，尋求環保節能的優良措施顯得越來越重要。這里以某住宅小區為例對住宅建筑給水排水的環保節能措施提出了一些看法，與大家共同探討。

高層建筑；給排水環保節能；設計

1 工程概況

該項目位于漳州某地區,建筑總高度約85.15 m,地下室1層，地上共28層，1層為商業服務網點，2層及以上為住宅，共有8棟28層住宅，一棟14層住宅，一棟幼兒園。在該項目的給排水設計應用中，分別為:給水系統、排水系統和消防系統。排水系統由生活污廢水排水系統和雨水排水系統組成；消防系統分為消火栓系統、自動噴水滅火系統、氣體滅火系統和滅火器系統。該工程的地下1層和1層商業服務網點設置自動噴水滅火系統，配電室及發電機房設置氣體滅火系統。

2 生活給水系統設計

1）合理確定用水量的定額。該項目有套房970套，每套按3.5人算，店面4 100 m2，住宅每人每天150 L（按《民用建筑節水設計標準》GB 50555-2010取值），店面每平方6 L，該小區最高日用水量Qd= 540 m3，最高時用水量Qh=56.0 m3。

2）充分利用市政管網壓力，采用分區給水方式并合理確定分區的個數。由于市政給水管網水壓0.25 MPa，只能滿足地下室至四層的水壓要求,根據《建筑給水排水設計規范》（2009年版），居住建筑入戶管給水壓力不應大于0.35 MPa；《民用建筑節水設計標準》GB 50555-2010，分區內低層部分應設減壓設施保證各用水點處供水壓力不大于0.20 MPa，所以采取分區供水的方式對建筑供水。與其他供水方式相比，分區供水既減少能耗，降低壓力浪費，又避免大量設備的使用，同時避免個別區域噪聲污染。在高層建筑給水系統豎向分區當中，應遵循節能、節水、經濟的原則，參考其他已竣工的優秀工程實例，并設計多個方案比較，使選取的分區供水方式節省能源、經濟環保。又根據漳州市自來水廠的要求每個分區不超過6層，通過諸方案的比較，將該建筑生活給水設計為5個區，供水方式均為下行上給式。為充分利用市政壓力，地下一層車庫至地上4層由市政管網直接供給;5層以上分為4個區，5～10層為加壓1區，11～16層為加壓2區，17～22層為加壓3區；23～28層為加壓4區。將需要加壓的4個區的豎向供水方式制定了兩種方案，即高位水箱結合減壓閥供水方式和無水箱并列供水方式。最低區供水壓力在市政提供的壓力范圍之內，由于商業用水的機動性，該區完全符合用水要求，無需泵等相關設備，合理利用資源，減少電力等能源的浪費。

方案1:由于該建筑為普通高層建筑，為合理利用空間，不設避難層，無法在各區設置水箱獨立供水，只能在頂層設立高位水箱，向下供水。水泵房設置2臺大功率水泵，1用1備，為高位水箱供水。根據規范，各分區最低衛生器具配水點處的靜水壓不宜大于0.45 MPa,特殊情況下不宜大于0.55 MPa,所以應在各分區設立總減壓閥，并通過計算，在各區壓力超過規定的入戶端設分戶減壓閥。假設每個分區的流量都是Q，加壓1、2、3、4區的揚程分別為2 H、3 H、4 H、5 H，因為該方案所有的用水量都是先加壓到水箱，所以揚程均為5 H，水泵總能耗為5H× 4Q=20H×Q。方案1系統如圖1所示。

方案2:按照分區高低不同分別設置并列4組給水立管,每個分區由2臺變頻水泵直接獨立供水,無需水箱儲水或減壓，給水立管均設在管道井內,根據規范計算各分區入戶端水壓，在超壓處設分戶減壓閥,同方案1。水泵總能耗為5H×Q+4H×Q+3H×Q+2H×Q=14H×Q。方案2系統如圖1所示。

圖1 方案1、方案2系統圖

方案1與方案2的對比如表1所示。從建筑安全和節能節水角度分析，方案2更適合高層建筑給水系統分區。

3）使用節水器材、器具，禁用淘汰產品，減少用水量及加壓能耗。閥門及管道容易泄漏，所以閥門選擇正規廠家的合格產品，給水干管及立管采用內襯塑料鋼塑復合管,支管采用PPR給水塑料管,能減少漏水的可能，延長使用壽命，同時減少阻力損耗及熱損耗，達到節能節水的目的。

閥門是建筑給排水中最常用的配件之一，其類型和質量的好壞影響用水質量。一般截止閥比閘閥關的嚴，閘閥比蝶閥關得嚴。當同等條件時，我們就應當選用更能夠節水的低阻力閥門和倒流防止器。

使用小容積水箱大便器。為減少沖洗水量，使用沖水量6 L水箱節水型大便器。廚房洗滌盆、沐浴水嘴和盥洗室的面盆龍頭采用充氣水嘴。

4）給水用水量計量，是節水的重要措施之一。采用一戶一表。水表的使用期限，DN15～DN20不超過6年，DN25～DN50不超過4年。住宅每戶設分戶水表計量，其他需要獨立計量的管道系統（如道路澆灑用水、汽車沖洗用水、地面沖洗用水等）單設水表計量。

3 排水系統設計

3.1 高層排水系統特點

高層建筑既要求將污水安全地排出室外，還要盡量減小管道內的氣壓波動，防止管道系統水封破壞，避免排水管道中的有害氣體進入室內。高層建筑內排水均屬于生活污廢水排放，污物變化比較穩定。為了節約能量，地上部分可以采用重力排水，地下集水坑采用壓力排水，在和設備方面較合理。但是重力排水也會產生一系列影響住戶生活的后果:水封一旦被破壞，管道中難聞氣味會從衛生器具進入住戶，污染居室空氣，產生惡劣影響;高層排水進入立管，水躍高度大，使底層管道受壓大且集中，對管道質量產生嚴重腐蝕和沖擊，底層用戶也會受到噪聲的影響;衛生器具大量使用，一次集中排水較頻繁，排水瞬時流量較大，在管道橫向轉彎處容易產生堆積堵塞，一旦處理不當，對整個高層排水系統和人們的正常生活將產生不利影響。為了防止以上情況的發生,該項目根據《建筑給水排水設計規范》（2009年版）盡量做到:自衛生器具至排出管的管道最省，排水立管盡量靠近大便器，能迅速排出污廢水，水力條件好，使管內氣壓穩定，防止管道系統水封被破壞和水塞形成；管道及設備的安裝必須牢固，防止震后位移、漏水。

3.2 排水系統選擇

表1 高層給水系統豎向分區兩種方案對照表

該高層排水主要從污水、廢水和雨水3個方面入手制定系統方案。由于建筑高度大，雨水比較集中，瞬時流量相對污水大，采用獨立排水，陽臺雨水單獨設置排水立管，方便雨水快速排出，不發生長時間淤積，雨水立管采用HDPE塑料管。

對于污廢水系統，制定了兩種方案:方案1，污廢分流排水系統，衛生間設一根排水立管和一根專用通氣立管（同一戶兩個衛生間靠在一起的可采用同一根專用通氣立管），廚房設一根排水立管;方案2，污廢合流排水系統，衛生間設一根排水立管，采用特殊單立管排水系統，廚房設一根排水立管。

方案1的特點:1）單管排水又排氣。高層建筑不需要排氣立管，單管實現排氣和排水。通過管件內部葉片形成螺旋水流下水，水流貼管壁旋轉減速排出，同時形成中空排氣。2）節約空間。由于省去了排氣管，系統只占一個排水管空間。同時，該系統的噪音很低。3）安裝維修更簡捷。單管系統安裝和維修都更方便簡捷,又節省了安裝人工和費用成本。安裝時就可以逐層檢測，不存在雙管系統安裝中排水和排氣管道配合的問題，每套系統每層只需要打一個安裝孔,并且可以通過壓力檢測口接頭逐層安裝、逐層檢查，保證系統安裝質量。

方案2的特點:1）有豐富的經驗和實際的使用效果，無論是施工還是設計都比較成熟。2）運行比較穩定，噪聲低。3）造價與特殊單立管比較低。

圖2 方案1、方案2排水系統

通過比較兩種方案的優缺點，后來與甲方協商確定使用方案2，并使用了噪聲比較小的內螺旋消音塑料排水管。

4 消防系統設計

4.1 基本參數

該項目屬于一類高層民用建筑（普通住宅），建筑高度超過50 m，根據《高層民用建筑設計防火規范》,室外消防用水量20 L/s,室內消防用水量20 L/s,火災延續時間為2 h，屋頂消防水箱為20 m3，自動噴水滅火系統地下室按照中危險II級，地上部分按照中危險I級，采用濕式枝狀供水系統，噴水強度為地下室8.0 L/min·m2，地上部分6.0 L/min·m2，作用面積為160 m2，持續時間為1 h。

4.2 消防系統

高層建筑火災類型和危險等級比普通多層建筑復雜。建筑高度越大，風速越大，一旦發生火災，火勢猛烈，向高處蔓延迅速。高層建筑內有大量可燃性物品，燃燒產生濃煙和熱量，不斷向上發展，使發生火災層以上的住戶來不及疏散。火災可能影響到通訊，使上下樓層住戶與外界通訊阻斷，即使收到火災消息，也會因火勢猛烈或通道集中，在消防系統不完善的情況下,造成大量人身和財產損失。在高層建筑各系統中,消防系統是重要的組成部分，消防系統的選擇是重中之重。

4.2.1 自動噴水滅火系統和滅火器系統

高層消防系統分為消火栓系統、自動噴水滅火系統和滅火器系統。該高層建筑內，自動噴水滅火系統布設在地下車庫、一層的商業服務網點,報警閥設置在該建筑地下一層報警閥室。電信營業廳設置水流指示器、信號閥及末端試水裝置。濕式報警閥以前的管網應布置成環狀，以后的管網布置成枝狀。住宅的電梯前室設置簡易噴淋，接自消火栓立管。整套系統與電氣專業合理配合，在有效地反應火情并自動報警和噴射足夠水量的前提下，盡最大程度節約電能等能源。噴淋系統變化比較單一，通過計算即可合理布置管線和分配消防給水流量，盡量節省鋼管，在此不做詳細介紹。

4.2.2 消火栓系統的選擇

消火栓系統包含大量相關設施和配件，需要在保證配水合理的基礎上合理配置消防管道，選擇更優分區系統，有效地節材節能節水，達到事半功倍的效果。根據《高層民用建筑防火規范》GB 50045-95(2005年版),消火栓栓口的靜水壓力不應大于1.00 MPa，當大于1.00 MPa時，應采取分區給水系統。消火栓栓口的出水壓力大于0.50 MPa時，應采取減壓措施。該項目共有8棟28層住宅，一棟16層住宅，28層的建筑總高度約85.15 m,在加上最高層的消火栓靜壓不小于7 m,地下室高度5 m,所以:85.15 m-3 m（層高）+1.1 m（消火栓口高度）+7 m+5 m+2 m（消防水箱高度）=95.25 m，消火栓系統可以不分區，但是后因建筑的限高問題，消防水箱只能設置在屋面上,滿足不了最高層的消火栓靜壓不小于7 m的要求,在消防水箱出水口設置增壓穩壓設備，導致底層消火栓栓口的靜水壓力大于1.00 MPa。消火栓系統共分兩個區,考慮其中有棟14層的建筑，14層及以下為低區，15層及以上為高區。進水管與地下室環狀管網連接，并在室內形成環狀。目前，工程上高低兩區消防給水方案基本有兩種:方案1，兩個分區各設一套消火栓加壓泵(并列型)；方案2，每個分區各設一套消火栓加壓泵(串聯型)。方案1、方案2消火栓供水系統如圖3所示。方案1消火栓供水系統從消防安全與節能等方面比較兩種方案，方案1每個分區相互獨立，極大提高了消防安全性。方案2的水泵揚程低，功率小,可以減少電力等能源的消耗，管線較方案1短，使用一般管線就可以滿足壓力要求，最大限度地節省了建材。但是串聯方式將兩個分區供水系統相聯系，一旦某個分區供水系統出現問題，另一個分區不能正常供水，可能會造成嚴重的后果。該項目高層建筑不設避難層，為了建筑空間有效利用，無法在中間層設高位水箱和水泵間，不能滿足方案2的配置條件。在高層建筑消防系統應用中，方案1以供水安全性好，管理方便等特點受到推廣。在滿足供水安全的前提下，可以從消火栓的合理布置、優化管線敷設等方面考慮節能等問題。該高層建筑選擇方案1(并列型)作為消火栓系統供水方式。

圖3 消火栓供水系統

5 結論

1）高層建筑生活給水系統建議采用不設水箱并列供水方式，排水系統建議采用污廢水合流排水方式，消火栓系統建議采用并列型供水方式。

2）作為建筑給排水設計人員在保證建筑物基本使用功能的設計當中應同時貫徹“建筑節能、節地、節水、和環?！钡姆结?，應在技術合理、經濟可行的條件下，積極采用節能技術，處理好節能與經濟性之間的關系。