史 云 劉 斌
(1.天津市頤和城市建筑設計有限公司;2.河北省石油化工設計院有限公司天津分公司,河北,300060)
民用建筑室內給排水的設計問題探討
史 云1劉 斌2
(1.天津市頤和城市建筑設計有限公司;2.河北省石油化工設計院有限公司天津分公司,河北,300060)
本文在分析建筑室內生活排水系統(tǒng)排水特點和國內外建筑排水設計秒流量計算方法的基礎上,結合國外常用的用于室內給水計算的概率方法,即亨特概率法,提出了基于概率論的建筑室內排水設計秒流量計算方法。
建筑排水;排水設計秒流量;亨特概率法
隨著我國全面建設小康社會事業(yè)的展開,居民對高質量、高品位生活環(huán)境的追求也在提高,但在室內排水方面,大多數住宅建筑都還是在采用傳統(tǒng)的室內排水做法。雖然傳統(tǒng)的室內排水技術在我國應用已有幾十年的歷史,但是一些難題仍然沒有解決,像噪音問題、廢水溢出問題、滴水和滲漏問題等等,并且隨著時代的發(fā)展,一些新的問題又凸現出來,如衛(wèi)生器具擺放受限制等。這些問題輕則影響居民生活,重則會引起民事糾紛、疾病擴散,造成嚴重的后果。獨立、完整、自由、節(jié)省、健康是建筑室內排水系統(tǒng)的未來發(fā)展方向,因此傳統(tǒng)的室內排水系統(tǒng)的改進和優(yōu)化愈來愈顯示出迫切性和重要性,加強室內排水系統(tǒng)的改進和優(yōu)化研究是十分必要的。
排水設計秒流量反映了室內生活排水管道的設計負荷,是確定各管段管徑的依據。因此研究合理的排水設計秒流量計算方法具有重要的現實意義。
建筑內部排水設計秒流量有三種傳統(tǒng)計算方法:經驗法、平方根法和概率法。我國目前采用平方根法。
我國現行的排水設計秒流量計算方法反映的因素不夠全面,公式適用的范圍小,在理論上及實際應用中存在以下問題:
①式 (2.1)和式(2.2) 都沒有考慮生活排水的隨機性;
②式(2.1)對影響排水量的各種實際因素如衛(wèi)生器具使用頻率、衛(wèi)生器具組合形式、單位器具負荷人數等,反映不夠充分。
③計算管段上排水量最大的一個衛(wèi)生器具的排水流量qmax是式(2.1)的修正項,它體現了公式的經驗性,但當衛(wèi)生器具較多,Np較大的情況下,計算結果比較大,qmax也就失去了相應的修正作用。
④按式(2. 1)計算設計的工程有時出現管徑偏小、排水不暢的情況,反映了計算公式的不合理性。
⑤根據規(guī)范規(guī)定,衛(wèi)生器具較少時,式(2.1)計算結果有時會大于該管段上衛(wèi)生器具排水流量的總和,則應按衛(wèi)生器具排水流量的累加值進行計算。這也反映了計算公式的不合理性。
1、亨特概率法
假設某給水管段上連接有 N個衛(wèi)生器具,各個器具的開啟和關閉相互獨立,每個衛(wèi)生器具的額定秒流量為q0,則通過該計算管段的最大給水秒流量為q0N,最小給水秒流量為零,任意時刻通過該管段的給水秒流量為 q(0≤q≤q0N)。設計系統(tǒng)應降低管材耗量,并保證不間斷供水,以滿足用戶的需要。因此,可以只研究極限情況,即最大日最大時的用水量。假設最大時每個衛(wèi)生器具的使用概率為p,則不被使用的概率為 (1-p),對于只有一種衛(wèi)生器具構成的單一系統(tǒng),表示如下:
其中:Pm—至多有m個器具同時的概率值,即給水保證率,為0. 99;
m —衛(wèi)生器具同時使用個數設計值;
p —用水高峰期單個衛(wèi)生器具的使用概率;
N —管段連接的衛(wèi)生器具數。
根據3.1式在已知N、p 的條件下,可求出滿足Pm≥0.99的m值。衛(wèi)生器具同時
使用個數設計值的概念是與設計秒流量的概念相對應的,計算管段的設計秒流量為:
式中,qg—計算管段的設計秒流量,L/s;
q0—單個衛(wèi)生器具的額定秒流量,L/s。
2、結合亨特概率法計算室內排水設計秒流量
(1)模型的建立
由于每個衛(wèi)生器具的排水都是隨機過程,衛(wèi)生器具在使用中互不影響,若每個衛(wèi)生器具類型相同且服務人數相同,則衛(wèi)生器具在用水高峰期所觀察時段正在排水的概率p 是相同的。假設有n 個相同的衛(wèi)生器具,我們知道任何一個衛(wèi)生器具在每次觀察時只有排水和不排水兩種情況,若把第 i 個衛(wèi)生器具在觀察時的使用情況用隨即變量 Yi表示,衛(wèi)生器具使用和不使用兩種情況分別用 1 和 0 來表示,則有下面的表示式:
(2)衛(wèi)生器具排水概率 p 和排水保證率 Pm 的確定
在用亨特概率法建立的排水設計秒流量計算模型中,計算管段的同種衛(wèi)生器具的個數 n 和衛(wèi)生器具的排水額定流量 q0都可以確定,但要想求得 m 值,還需要確定單個衛(wèi)生器具的排水概率 p 和排水保證率 Pm。
① 衛(wèi)生器具的排水概率 p 的確定:
器具排水概率 p是重要的設計參數,其值直接影響設計秒流量的大小。建筑的性質、居民生活習慣、氣候、使用人數和集中用水時間的長短等因素都會影響p的取值。根據下式來確定p:
式中,t —衛(wèi)生器具單次排水時間,s;
s —用水高峰時間段人均使用次數,次/人;
r —使用人數;
T —用水高峰時間長度,h。
② 排水保證率 Pm的確定:
排水保證率Pm決定衛(wèi)生器具最大排水個數 m,Pm值的選定對排水設計秒流量有直接影響。在亨特概率法中的給水保證率取為 0.99,即在實際應用過程中,設計管段出現實際用水流量大于設計用水流量的可能性是 0.01。在建筑排水中,若實際排水流量若大于設計排水流量(即有超過m 個衛(wèi)生器具在同時排水)時會造成建筑內部排水不暢,污水外溢到室內地面,或管內氣壓波動,有毒有害氣體進入房間,危害人體健康,影響室內環(huán)境衛(wèi)生,其危害性很大,從影響程度來講,排水保證率的取值要高于給水保證率,綜合考慮Pm取為 0.998。
(3)計算管段的總設計秒流量
確定排水概率和排水保證率后,逐個求出計算管段各種類型衛(wèi)生器具的同時排水器具最大數 mi和設計秒流量mi0iq ,則計算管段的總設計秒流量:
式中,k—計算管段衛(wèi)生器具的種類。
本文從排水管道設計秒流量計算方面對建筑室內排水系統(tǒng)進行了優(yōu)化研究。建筑室內生活排水系統(tǒng)的排水設計秒流量計算應采用概率法來計算。本文結合建筑室內生活排水的特點,建立了基于概率論二項分布理論的數學模型。
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【文章編號】1674-3954(2011)03-0205-01