某農村住宅給水、消防及其附屬配電系統改造

仇麗娉 王清勤 吳偉偉 何春霞 趙健仁 王博雅 呂行

1哈爾濱工業大學建筑學院

2中國建筑科學研究院

“十二五”時期，我國農村集中式供水受益人口比例由2010年底的58%提高到2015年底的82%，農村自來水普及率為76%[1]。但是仍有部分地區尤其是貧困農村地區受限于自然條件和經濟條件的制約，公共配套設施如給水設施、消防設施水平將無法全部普及，部分農村在較長一段時間內仍需維持采用井水等分散式供水的方式。

但是這種供水方式安全防護措施差，存在墜井風險。雨水、揚塵、垃圾、污物易于進入井中，井水水質難以保障。人力取水用水，便利性差。冬季路面結冰，易造成摔傷事故。此外，農村地區消防隱患突出，可燃物資堆放較多，一旦發生火災，井水不足以作為滅火的及時性水源，缺乏自救能力。

用水、消防安全關系千家萬戶的福祉，2016年，我國已啟動實施農村飲水安全鞏固提升工程，對已建工程進行配套、改造、升級。響應國家號召，采用適宜改造技術，解決農村用水、消防隱患，對于改善農村生活條件，促進農村社會與經濟發展意義重大意義。

1 改造案例背景

為解決上述井水用水安全性、便利性問題，以河北省遵化市西留鄉東留村某戶為例進行給水、消防、配電改造。此庭院建于1990年，為坡屋頂單層建筑（平面圖見圖1），屬于這一地區代表性的農房建筑。

圖1 改造區域平面圖

改造前，該住宅采用水泵抽水加室內儲水缸的用水方式取水費力且冬季取水地上易結冰，影響出行安全；且建立初期未設置任何消防設施，村民消防意識淡薄，農忙時院前院后會有作物秸稈堆積，極易引起火災。

基于此，對住宅的改造目標有：

1）設置符合住宅家庭需求的給水系統，取代之前老舊的人力水井，為生活用水帶來便利的同時也減少了安全隱患，保障了水質安全。

2）建立消防系統，配置消防設施，火災發生時可正面出擊，直接消滅火點，迅速出水，緩解火情。

3）針對消防用水系統進行配電改造，避免室內停電時，給水、消防系統用電問題。

2 改造設計

2.1 給水設計

2.1.1 水量計算

根據《農村給水設計規范》 CECS82:96中的要求（見表1）計算用水量。

按表1，改造住宅屬于“戶內有給水排水和衛生設備、無淋浴設備，地區類型為村莊”，最高日用水量為40～100L/人，小時變化系數為2.5～1.5。保守計算選擇最高日用水量100L/人。因為住宅主要用水為炊事和清洗，用水集中，最大時用水量與平均時用水量差別會比較大，為了保證管道在高峰用水時能滿足要求，小時變化系數按2.5計算。

表1 農村生活用水定額

以該住宅內有5人居住為例計算，規范[2]要求分散型的住宅采用設計秒流量的計算方法，得到設計秒流量為0.5L/s。

2.1.2 管徑及水力計算

根據規范[2]對生活給水管道水流速度的要求（見表2），以及計算得到的給水量推算出給水管徑。

表2 生活給水管道的水流速度

經計算，給水系統的給水管徑均為DN15。

2.1.3 給水壓力

由規范[3]可知，農村給水系統給水干管最不利點的最小服務水頭單層建筑可按5～10m計算，即0.05～0.1MPa。

2.2 消防設計

針對我國農村現有消防基礎設施和傳統消防管理機制薄弱的特點，綜合考慮住宅用水量及周邊環境，基于村內沒有自來水及水庫的現狀，農村住宅消防裝置設計的原則為：消防設施主要用于阻止戶內小火勢的蔓延，大型火災需由消防隊滅火。因此戶內建造地下室儲水罐兼作消防水源（圖2），建立地下閥門井，設置泄水閥，且在室外墻上設置消火栓[4]。

圖2 給水、消防系統圖

1）消防水量。農村不具有給水管網條件，消防用水只能與生活用水合并，配置一支消防水槍，根據規范[4]，消防水量為5L/s，消防給水管徑不小于100mm，消防給水壓力最小為0.1MPa，按照小火勢10分鐘計算，所需消防水量為3m3。

2）消防距離。消防水帶的長度需要滿足火災發生時，消防水槍可以顧及到建筑中各個角落，經測量，消防水槍設置點到戶內最遠點的距離是33m，消防水槍射程遠、水量大，因此選擇消防水帶長度為30m。

3 給水、消防系統改造

3.1 澆筑地下室

為保證使用人員安全問題，避免村民掉入井中，在井口周圍澆筑地下室，將取水口置于地下室，井中放置潛水泵用來提水，并將水存放于地下室中的儲水罐，再經由儲水罐配送至用水點。地下室有一定保溫防凍作用，使得儲水罐中的水不至于結冰，可以保證常年使用而不凍。還可以儲存蔬菜，一室多用。

3.2 設備選型

基于當地農村用水分散、家家都有水井的特點，以原有取水方式（水泵抽水加室內儲水缸）進行改造，需要選型的設備為潛水泵、儲水罐。

1）儲水罐。經計算，給水設計流量為0.5L/s，住宅中用水零散，主要用在衛生間與廚房，一般沒有大量用水的可能，儲水罐按照1小時用水量來計算則需要1.7m3的容量；消防水量為5L/s，消防給水管徑不小于100mm，消防給水壓力最小為0.1MPa，按照小火勢10分鐘計算，所需消防水量為3m3。綜上選擇家用壓力儲水罐容積為5m3，尺寸Φ1800×2000mm。

圖3 潛水泵位置圖

2）潛水泵。將潛水泵置于井水下距地下室地面3m處（圖3），則潛水泵將井水送至儲水罐入口，所需揚程為5m，選擇水泵揚程時考慮1.2倍的保證系數，經過選型潛水泵參數為揚程7m，流量7m3/h，電壓220V，尺寸19cm×19cm×47cm，轉速2900r/min。

3）消防水槍。消防水槍設置于前院便于取用的位置，其保護半徑約為10～12m，槍頭部設置可旋轉的噴水調節頭，以應對不同的火災類型，增強滅火效果。

3.3 自控系統

將水泵與儲水罐統稱為提水裝置，其主要功能是將井水提至儲水罐中。為此系統設置自動控制系統（圖4），由壓力傳感器與電控箱控制儲水罐水位，解決了人工提水的不便。

圖4 自動控制示意圖

以儲水罐內壓力作為控制對象，電控箱作為控制器，潛水泵作為執行器。通過反饋儲水罐內空氣壓力來控制潛水泵的啟閉。當儲水罐內空氣壓力低于設定參數時，潛水泵工作。當儲水罐內空氣壓力高于設定參數時，潛水泵停止工作，從而達到控制儲水罐內水位的功能。

1）儲水罐壓力設定值。由前文可知生活用水點壓力最小為0.05～0.1 MPa，消防用水點最小給水壓力為0.1 MPa，因此用水系統最小給水壓力為0.1 MPa，若不設置給水泵，則需要儲水罐中保持一定壓力從而保證系統中用水點壓力滿足規范要求。綜上，儲水罐中空氣壓力應大于1.54 MPa。

2）控制系統。儲水罐中空氣壓力為控制參數，為保證系統水壓要求自控系統的設定參數為0.3～0.4 MPa。壓力傳感器反饋儲水罐內空氣壓力，壓力傳感器反饋值與設定值經過控制器計算比較，控制潛水泵運行或停止工作，從而控制儲水罐內的空氣壓力。即當水罐內空氣壓力低于設定值0.3 MPa時，潛水泵工作；當儲水罐內空氣壓力高于0.4 MPa時，潛水泵停止工作。壓力在 0.3 MPa 與0.4 MPa 時分別代表最低水位與最高水位。

3.4 閥門井

由圖5，閥門井中設置泄水閥與截止閥。閥門井位于地下 2 m，井有保溫防凍作用，井內管道、閥門在冬季不凍壞，均可正常使用。在火災發生時，抽取儲水罐中的水配以簡單的消防水槍，達到滅火的目的。截止閥在滅火后需關閉，防止消防水槍因人為或其他原因損壞而導致非火災期間出水工作。并且打開泄水閥，將消火栓豎管內的水放盡，避免積水在管中導致管道侵蝕、冬季時凍壞豎管的情況。達到雙重保障效果。

圖5 閥門井

4 配電改造

1）配電現狀。農村用電通常是從室外總閘箱將電引入室內配電箱，再將電配置給各個用電設備，現改造的給水及消防水系統中的潛水泵及控制系統也將在戶內取電。

2）現有需求。若戶內非正常斷電時（火災、保險絲損壞等），潛水泵與控制系統將因斷電而無法正常工作，導致系統癱瘓而停止供水，會嚴重影響住宅的正常生活用水，更甚者將造成消防系統無法運行、火情無法控制緩解從而蔓延的后果，對人身財產安全造成巨大威脅。因此，現有農村配電方式存在室內用電發生異常時給水消防系統也將不能正常運行的問題。

圖6 配電改造后

3）改造方式。為解決以上問題，給水及消防系統的配電將單獨從戶外引入。戶內設置兩個用電箱，一個負責給水及消防系統，保證其正常工作。另一個負責室內其他設備的供電，從而解決戶內斷電時給水及消防系統無法工作的問題。將用水系統的配電改造為直接從室外總閘箱接線，如此，在戶內斷電時，給水及消防系統仍舊可以保持正常運作，保證了消防和生活用水（圖6）。此時每戶要配置兩塊電表，文明取電。

5 實施效果

1）給水系統改造效果。改造后，戶內用水在安全性、便利性上得到了很大的提高。取水口置于地下室，人員掉入井中幾率大大降低。井水污染途徑漸少，提高井水水質。無需人力提水，用水十分便利。不會在冬日路上漏水成冰，妨礙出行。澆筑的地下室保溫防凍、一室多用，不僅作為用水系統儲水罐的設備間，且還可以放置瓜果蔬菜，做儲備用。

2）消防改造效果。此住宅最初無滅火措施，而消防系統的建立為生命和財產安全提供了重要保障，有助于減少農村火災事故，降低死傷和重大財產損失，提高農村總體安全水平，進一步充實了農村的滅火力量，保證了在消防人員到來之前能夠有效開展撲救。

3）配電改造效果。配電改造解決了給水及消防系統的使用連續性、安全性問題，保障用戶在停電時的用水需求。且在火災發生時，消防水系統可正常運行，及時控制火勢。配電改造結合以上兩項技術共同改造對住宅確有實效。

6 結論

經過對該戶進行用水系統、消防、配電等改造，提高了住宅用水的便利性及房屋的安全性。現有以下兩點需要說明：

1）文中的改造方法對以井水為水源的住宅的用水系統、配電、消防等改造具備較高適用性，既保證了人員安全，保障了水質，又提高了用水便利度。

2）配電改造需要在戶內設置兩個配電箱，因此必須要采用兩塊電表分別計量繳費，避免因直接從室外配電箱取電導致偷電漏電行為。

改造已通過國家建筑工程質量監督檢驗中心評估，改造后用水的便利性明顯提高，同時為家庭安全提供了強有力的保障，在村鎮建筑安全防火改造中具有良好的示范作用，符合國家以工促農，以城帶鄉的發展戰略，有利于創造安全、健康、便利的農村居住環境。