淺談高層建筑給水節水技術

郭幸麗++孫超

摘 要：高層建筑已越來越成為現代建筑的主流，但其給水系統若采用同一管線，則垂直方向由于管線過長導致下層管道靜水壓力過大，造成不必要的水資源浪費和嚴重的管件損失。該文通過分析造成高層建筑水資源浪費的原因和危害，利用消防用水的孔板減壓理論，結合實例，得出高層建筑孔板減壓的可行性。

關鍵詞：高層建筑 節水 孔板減壓

中圖分類號：TU99 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）10（b）-0038-01

隨著人們生活水平的提高，生活用水量也逐年增加，同時，在城市建設中，為節約土地資源，高層建筑越來越成為現代建筑的主流，而高層建筑若采用同一給水系統供水，就會存在垂直方向管線長，底層管道靜水壓力大的問題，必然會使得啟閉龍頭、閥門產生水錘，引發噪聲，同時高壓下還會損壞管道和附件，導致漏水；且由于入戶出水設備前水壓過大，流速過快，使得同時間段出水流量增大，不僅造成水資源的“隱形”浪費，還會影響高層供水的安全性。

1 高層建筑給水形式及優缺點

為改善高層建筑同一給水系統供水，下層管道靜水壓力過大的弊病，高層建筑給水系統應采取豎向分區供水，其基本形式及優缺點如表1[1]。

由表1可知，高層建筑給水系統采用豎向分區雖然從一定程度上解決了底層靜水壓力過大的弊病，但仍然存在供水不夠安全，水箱容積大等問題。消防系統自動噴水滅火系統分支多，每個噴頭位置不同，噴頭出口壓力也不同，為了使各分支管段水壓均衡，采用了減壓孔板等方法消除多余水壓[2]，因此根據孔板減壓的原理，將其應用在高層建筑給水系統中來解決底層管道靜水壓力過大的問題。

2 孔板的減壓原理

由水力學知識可知，流動液體產生水頭損失必須具備兩個條件：（1）液體具有粘滯性；（2）由于固體邊界的影響，液流內部質點間產生相對運動。水是具有粘滯性的，圖1為水流通過孔板時的流線分布。

A—A斷面處，流體未受到孔板的影響，流束與管道中心平行，遇到孔板后流束開始收縮，收縮到B—B處達到最小斷面為止，由于受邊界條件的制約，邊緣流體向中心加速，導致流束斷面減小，流體速度隨之增加，壓強也相應降低，到B—B斷面處，斷面最小，流速最大，壓強最低，此后，流束斷面又逐漸擴張至與管道中心平行，平行后壓強也升至最大值；在此整個過程中流體在孔板前后形成漩渦，產生水頭損失，而由于水流的粘滯作用，漩渦經過孔板后一段距離便逐漸消失。綜上所述，水流通過孔板前后形成漩渦，它們的形成、運動和分裂過程中摩擦力做功，產生較大的能量損失，這便是孔板減壓原理[3]。

π定理：假設有一物理過程函數式中包括有N個物理量，其中K個量具有基本量綱，則此函數式可以用N—K個無量綱所組成的函數式來表示[4]。

利用π定理量綱分析理論推導出孔板水頭損失計算公式為

其中V為水管中流速，D為水管管徑，v為水流通過孔板時流速，d為孔板孔徑，為液體密度，為動力粘滯系數，為孔板切角，為雷諾數。

通過上式我們可以看出，對水介質而言，在一定溫度下，孔板阻力系數是個關于D，d，Re的復雜函數。當流量、孔徑D和孔板孔徑d一定時，便可測定水流通過孔板的水頭損失[4]。

3 減壓孔板的應用

上海交通大學用自制5 mm微孔減壓鋼板，用于浴室出水管線減壓，使同量的水用于洗澡的時間由4 h增加為7 h，節水率可達43%，節水效果明顯[5]。天津大學用自制不同孔徑的減壓孔板，用于天津大學土建館和教師新元村宿舍的水管減壓。采取減壓措施后，出流量大幅降低，節水效率可達21%～55%，同時篩選出適合安裝孔板的用水點，條件為（1）孔板前壓力對應的流量超過0.240 L/s；（2）孔板后壓力對應的流量不低于0.182 L/s；（3）孔板后工作壓力高于 0.0587 Mpa[6]。

4 結語

在高層建筑當中底層管道壓力過大造成“隱形”水資源浪費不容忽視，在給水系統設計中應合理設置給水壓力，根據水質和管徑大小選擇合適的給水方式及減壓裝置，孔板減壓以其系統簡單，投資較少，管理方便的優勢應廣泛試用到高層建筑給水系統中，從而有效解決超壓出流現象，節約水資源。

參考文獻

[1] 王增長.建筑給水排水工程[M].北京：中國建筑工業出版社，2005.

[2] 李大美，楊小亭.水力學[M].武漢：武漢大學出版社，2004.

[3] 余海靜，李天鳴.超高層建筑給水系統的供水方式及設計參數選擇探討[J].中國給水排水，2013（8）：66-70.

[4] 吳常軍.孔板的減壓原理及孔徑計算的探討[J].安徽建筑，2001（2）：103-104.

[5] 付婉霞，劉劍瓊，王玉明.建筑給水系統超壓出流現狀及防治對策[J].建筑給排水，2002，28（10）：48-51.

[6] 關躍華.高層建筑供水系統節水節能技術研究[D].天津，天津大學，2007.endprint