高層建筑給水系統(tǒng)探析

梁 光 文李敏

(1.西安愿景房地產(chǎn)開發(fā)有限公司，陜西西安 710021;2.西安市環(huán)境保護局，陜西西安 710021)

1 供水現(xiàn)狀

近年來，隨著中國經(jīng)濟的高速發(fā)展，各大城市均出現(xiàn)了大面積的住宅、商業(yè)、辦公、醫(yī)院等高層建筑和超高層建筑。這些建筑對供水的水質(zhì)、水量和水壓均有較高的要求。因此，在高層建筑給水設計中，系統(tǒng)的豎向分區(qū)和給水方式的選擇是高層建筑生活給水系統(tǒng)設計的關(guān)鍵，這直接關(guān)系到生活給水系統(tǒng)的使用和工程造價。根據(jù)國家建設部管網(wǎng)供水壓力服務規(guī)范要求，城市供水服務壓力為0.14 MPa。在西安，城市自來水管網(wǎng)的供水壓力平均為0.30 MPa～0.35 MPa之間，按照30%損失計算，也就意味著西安市自來水管網(wǎng)能提供到21 m～24.5 m的范圍，即自來水管網(wǎng)不通過外部加壓設施最高能輸送到7層樓的范圍。但在城市自來水管網(wǎng)末梢的區(qū)域，只能保證供水至3層。那么4層以上的區(qū)域應該為加壓送水區(qū)域。

2 規(guī)范要求

根據(jù)GB 50015-2003建筑給水排水設計規(guī)范(以下簡稱《規(guī)范》)第3.3.3條規(guī)定:“給水系統(tǒng)的豎向分區(qū)應根據(jù)建筑物用途、層數(shù)、使用要求、材料設備性能、維護管理、節(jié)約供水、能耗等因素綜合確定”;3.3.5條規(guī)定“高層建筑生活給水系統(tǒng)應豎向分區(qū)，豎向分區(qū)壓力應符合下列要求:1)各分區(qū)最低衛(wèi)生器具配水點處的靜水壓力不宜大于0.45 MPa;2)靜水壓力大于0.35 MPa的入戶管(或配水橫管)，宜設減壓或調(diào)壓設施;3)各分區(qū)最不利配水點的水壓，應滿足用水水壓要求”。

GB 50016-2006高層民用建筑設計防火規(guī)范規(guī)定:“采用高壓給水系統(tǒng)時，可不設高位消防水箱。當采用臨時高壓給水系統(tǒng)時，應設高位消防水箱”。因此，在高層建筑中的給水系統(tǒng)除了要進行合理的豎向分區(qū)，更應該兼顧消防給水系統(tǒng)的給水方式。我國目前消防給水系統(tǒng)中臨時高壓制居多，一般高層建筑都采用屋頂消防水池、消防水泵和穩(wěn)壓設施等組成的給水系統(tǒng)以及氣壓給水裝置，采用變頻調(diào)速水泵恒壓供水的生活(生產(chǎn))和消防合用給水系統(tǒng)均為臨時高壓消防給水系統(tǒng)。

根據(jù)《規(guī)范》要求:建筑高度不超過100 m的建筑的生活給水系統(tǒng)，宜采用垂直分區(qū)并聯(lián)供水或分區(qū)減壓的供水方式。建筑高度超過100 m的建筑，宜采用垂直串聯(lián)供水方式。

分區(qū)給水方式，即低區(qū)部分直接由城市給水管網(wǎng)供水，高區(qū)部分由水泵加壓供水。而水泵加壓供水又分為高位水箱給水系統(tǒng)、變頻調(diào)速水泵給水系統(tǒng)、氣壓罐給水系統(tǒng)等。

3 給水系統(tǒng)研究

以下就對這些給水系統(tǒng)進行分析和研究。

三種給水系統(tǒng)的優(yōu)勢和劣勢:

1)高位水箱減壓給水系統(tǒng):在高位水箱有效容積增加不多的情況下，生活貯水與消防貯水同時貯存于一個水箱中，這既經(jīng)濟又便于管理。高位水箱具有穩(wěn)壓作用，使系統(tǒng)水壓保持平衡。

但這就需要在分區(qū)層設立減壓水箱或者減壓閥門。減壓水箱需占用一定的建筑面積，有可能給水帶來二次污染，且有噪聲影響。而減壓閥雖然占地面積大大減小，也不影響水質(zhì)，但造價頗高，對于開發(fā)商而言，一次性投入以及維護費用頗大，目前這種供水方式已被其他綜合供水方式取代。

2)氣壓罐給水系統(tǒng):氣壓罐是水泵可以進入睡眠的前提條件，利用水的壓縮性極小的性質(zhì)，用外力將水儲存在罐內(nèi)，氣體受到壓縮壓力升高，當外力消失壓縮氣體膨脹可將水排除。由于水的壓縮比遠遠小于氣體，當管網(wǎng)有小流量的泄漏可造成壓力大幅度的下降，可使水泵頻繁啟動。

氣壓罐的作用:主要用于變頻生活供水系統(tǒng)、消防(噴淋)穩(wěn)壓系統(tǒng)。對于高層建筑生活給水一般用于少數(shù)樓層水壓不足時的增壓。

3)變頻調(diào)速水泵給水系統(tǒng):變頻恒壓供水系統(tǒng)是指在供水管網(wǎng)中用水量發(fā)生變化時，出口壓力保持不變的供水方式。供水管網(wǎng)的出口壓力值是根據(jù)用戶需求確定的。

其運行原理為離心泵原理，在相似情況下水泵的流量、揚程和功率分別與其轉(zhuǎn)速的一次方、二次方和三次方成正比。由于用水量的變化，使供水壓力發(fā)生變化，通過壓力傳感器將壓力變化信號傳送給運行控制器，經(jīng)控制器電腦與設定壓力比較判斷后，調(diào)整變速泵轉(zhuǎn)速或水泵運行臺數(shù)，調(diào)整供水量使供水壓力重新回到設計的壓力值，滿足用水要求。

對于用水經(jīng)常變化的場合，尤其是目前的高層建筑物，以居民住宅樓為例，白天用水量較少，早晨和傍晚用水量激增。這種住宅式小區(qū)如果采用變頻調(diào)速泵供水，可以顯著降低節(jié)流損耗，具有明顯的節(jié)能效果。

西安陸港集團開發(fā)的100畝地塊，擁有23萬m2的建筑，有6棟板式高層，2棟商業(yè)樓，13棟花園洋房。此小區(qū)坐落在西安市東北角的國際港務區(qū)，為市政自來水供水末端，其管網(wǎng)壓力只有0.16 MPa，這就需要在本小區(qū)中進行垂直分區(qū)供水。經(jīng)開發(fā)商與設計院共同計算，且經(jīng)過采購、安裝、維護費用的對比，此小區(qū)按照變頻調(diào)速水泵與氣壓罐給水系統(tǒng)結(jié)合的方式進行供水:一共分為4個區(qū)域，即低壓區(qū)(2層及2層以下為低區(qū)，利用市政給水管網(wǎng)的壓力直接供給)，中壓1區(qū)(3層～12層，由地下車庫生活水泵房內(nèi)的中區(qū)1變頻調(diào)速泵組加壓后供水)，中壓2區(qū)(13層～22層為中區(qū)2，由地下車庫生活水泵房內(nèi)的中區(qū)2變頻調(diào)速泵組加壓后供水)，高壓區(qū)(22層以上為高區(qū)，由地下車庫生活水泵房內(nèi)的高區(qū)變頻調(diào)速泵組加壓后供水)。具體參數(shù)表見表1。

表1 區(qū)域設備參數(shù)表

經(jīng)調(diào)試實測，通過變頻調(diào)速水泵與氣壓罐結(jié)合供水方式給此小區(qū)住宅、商鋪供水，可以保證小區(qū)的用水質(zhì)量、水壓強度，以及節(jié)省了輸送水時所消耗的電能，且此套設備在地下車庫中設置，避免了噪聲對居民的影響。且運行1年來，該套設備并未發(fā)生故障，這就證明了此套供水系統(tǒng)的可行性。

近年來，隨著變頻調(diào)速技術(shù)的日益成熟，其顯著的節(jié)能效果和可靠穩(wěn)定的控制方式，在供水系統(tǒng)中得到了廣泛的應用。且該系統(tǒng)自動化程度高，可實現(xiàn)恒壓變量、生活供水、消防供水雙恒壓等控制方式，多種啟停控制方式，節(jié)能效果顯著。故變頻調(diào)速水泵與氣壓罐結(jié)合供水方式是目前高層建筑中比較經(jīng)濟合理的給水方式。

［1］GB 50015-2003，建筑給水排水設計規(guī)范［S］.

［2］GB 50016-2006，高層民用建筑設計防火規(guī)范［S］.

［3］王增長.建筑給水排水工程［M］.第5版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2005.

［4］王生太.高層建筑給水系統(tǒng)分區(qū)設計探討［J］.給水排水，2012(8)：82-83.

［5］沈亞輝.水泵變頻調(diào)速在供水系統(tǒng)中的應用［J］.中國給水排水，2006(22)：36-37.