淺談生活用高位水箱水量的確定

孫揚才

摘 要：根據規范并結合工程實例，針對不同的水箱設置狀況（低位補水泵與高位水箱一對一、一對多等），對生活用高位水箱的水量進行分析；提出當多個高位水箱共用一組補水泵時，較不利位置的水箱（離補水泵距離較遠或安裝位置較高）的調節水量應結合管道特性曲線計算后確定；為保護補水泵，水箱起停泵水位應在設定的啟泵頻率和補水泵依次為各水箱補水的條件下確定。通過優化計算，可以在保證供水可靠性的前提下，控制高位水箱的容積，節省建設費用，提高供水水質。

關鍵詞：高位水箱；啟泵水位；停泵水位

1 概述

根據《建筑給水排水設計規范GB50015-2003（2009年版）》（以下簡稱水規），第3.7.5條，由水泵聯動提升進水的水箱的生活用水調節容積，不宜小于最大用水時水量的50%[1]。而為了保證用水的安全，設計人員在計算完高位水箱容積后，往往評經驗附加一定的余量，造成水箱偏大，建造成本增加；同時水箱容積增加，水在水箱中停留時間加長，在建筑入住率低時，實際用水量遠低于設計用水量，用水水質便難以得到保證。

在對供水可靠性和用水質量要求越來越高的今天，當由水泵聯動提升進水時，如何確定屋頂高位水箱的容積，保證供水的可靠性和經濟型便顯得尤為必要。為合理的確定高位水箱的容積，將高位水箱的水量分為如下幾部分：

①當水箱的設置高度無法滿足最高層用戶用水壓力需求時，需要采取局部增壓措施，需要一定的水深來保證增壓泵的吸水，可將此水深定為報警（低）水位。

②當用水最高峰時，用水量大于補水量，水箱水位持續下降，因此需要一定的調節水量來保證供水可靠性，當水箱內調節水量的部分開始被動用時，需要啟動補水泵進行補水，即水箱調節水量為報警（低）水位與啟泵水位之間的水量。

③為了保護補水泵電機，補水泵啟動不宜過于頻繁，啟泵水位與停泵水位之間需要一定的緩沖水量來減少起泵次數。根據《建筑給水排水設計手冊（第二版）》（以下簡稱手冊），補水次數一般取4～8次/h[2]，根據啟泵頻率可計算所需的緩沖水量，并設置停泵水位。

2 工程實例

2.1 一組補水泵單個高位水箱補水

以上海某公建塔樓為例，該樓最大時用水量為13.2m3，設計秒流量10.9L/s（39.2m3/h）。生活補水泵型號為KQDL50-10×8，流量14m3/h，揚程84.8m。

①頂層局部增壓泵（SP70-7），根據該水泵樣本，啟泵所需最小水深≥0.1+0.26×（1.124-0.636）=0.23m，此處取0.30m，即為高位水箱的報警（低）水位。

②調節水量取最大小時用水量的50%：

Vt=50%×最大時用水量=13.2×50%=6.6m3

調節水量取6.6m3，結合水箱底面積（2.5m×3m），啟泵水位為1.20m。

③緩沖水量：

用水量q，緩沖水量V，補水泵流量14m3/h，補水頻率為4次/h時：

V/（14-q）+V/q=1/4h

當q=7m3/h時，緩沖水量最大值Vmax=0.875m3，停泵水位設為1.35m。

2.2 一組補水泵為多個等高度水箱補水

當一組水泵供給多個等高度水箱，其調節水量便不能簡單的根據取0.5h的最大小時用水量，而應在所有水箱同時補水工況下進行管道水力分析計算。

2.2.1 項目簡介

現以上海某小區為例，補水泵同時供1、3、4、5、6號樓5個單體的生活用水，單體液位高度與地下泵房高差為106m。各單體的最大時用水量：1號樓11m3，3號樓11m3，4號樓15m3，5號樓16m3，6號樓15m3。選泵為100SFL72-20*6，Q=72m3/h，H=120m，N=37kW。

各單體及泵房的位置及接管示意見圖一：

圖一 各單體及泵房分布平面

2.2.2 調節水量計算

根據水規3.6.10和3.6.11的公式：

水頭損失HW=1.3×i×L（為便于計算，局部損失取沿程損失的30%）

單位長度水損i=105×ch-1.85×dj-4.87×qg1.85

高位水箱補水水頭H=H0+Hw （因流速水頭較小，此處忽略）

式中，H0為高差（m）；Hw為管線水頭損失（m）；L為管線長度（m）；ch為海澄-威廉系數，此處取140；dj為管道計算內徑（m）；qg為管線流量（m3/s）。

根據上述公式計算不同補水流量下管道入口所需揚程，如當6號樓補水量為11.6m3/h時：

5號樓調節水量：（16-13.4）×2+0.5×16=13.2m3

6號樓調節水量：（15-11.6）×2+0.5×15=14.3m3

2.2.3 緩沖水量計算。考慮極端情況，當主泵依次為各水箱補水，且各水箱均在前一水箱補水完成，補水泵停泵后發出啟泵信號時（即各單體均單獨補水），啟泵頻率最高（啟泵頻率上限取為8次/h）。當最近端的3號樓單獨補水時，繪制特性曲線得到：水泵流量60.1m3/h，揚程127m，效率71%，則3號樓水箱緩沖水量為60.1/8=7.5m3。同理可得到4號樓緩沖水量為6.8m3，1號樓6.9m3，5號樓6.5m3，6號樓6.4m3。

2.2.4 小結。匯總上述計算結果如下表二：

表二

注：報警（低）水位為0.3m；水位均為相對于水箱底的高度；括號內為該水量占最高日用水量的比例。

由上可見，對于調節水量，水力條件較優的1、3、4號樓可根據規范來確定；而在五棟樓集體補水時，水力條件較差的5、6號樓用水高峰期的補水量小于其最大小時用水量，需要根據1、3、4號樓的補水時間來放大調節水量。

對于緩沖水量，需要根據各單體單獨補水時的流量來計算。

2.3 一組補水泵為多個不同高度水箱補水。通常而言，對于不同高度的建筑一般在地下室單獨設置補水泵。但通過筆者進一步的分析，同一生活泵供不同高度的高位水箱也存在實施的可能。

2.3.1 項目簡介。現以上海某小區為例，生活水泵房位于地下車庫一層，同時供6、7、8號樓3個單體用水。6號樓兩個單元各設一個高位水箱，水箱液位與水泵房高差77m；7、8號樓各設一個高位水箱，高差95m。各單體的最大時用水量：6號樓6.1×2m3、7號樓8.7m3、8號樓8.7m3

選泵為65SFL30-15×7 Q=30m3/h，H=105m，N=18.5kW。

各單體及泵房的排布見圖三。