淺析建筑給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算中的若干要點(diǎn)

傅國(guó)

（甘肅省建設(shè)設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司，甘肅 蘭州730000）

長(zhǎng)期以來，建筑給水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算由于種種原因經(jīng)常被本專業(yè)設(shè)計(jì)人員所輕視，加之部分圖紙審查機(jī)構(gòu)對(duì)這部分設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容要求不高，為了縮短設(shè)計(jì)工期、節(jié)約設(shè)計(jì)成本，設(shè)計(jì)人員對(duì)一些計(jì)算要點(diǎn)的原理理解的不夠透徹，草草按照自己的理解進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，導(dǎo)致在實(shí)際工程中會(huì)對(duì)工程造價(jià)產(chǎn)生不確定性，甚至?xí)斐纱蠓仙?，給投資和社會(huì)資源帶來一定浪費(fèi)。以下就建筑給水系統(tǒng)的部分計(jì)算要點(diǎn)展開分析。

1 建筑物生活給水引入管設(shè)計(jì)流量的計(jì)算要點(diǎn)

根據(jù)《建筑給水排水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB50015-2019 中第3.7.4 條[1]之規(guī)定，對(duì)于單體建筑的室內(nèi)生活給水引入管設(shè)計(jì)流量的計(jì)算：當(dāng)其室內(nèi)生活用水完全使用室外生活給水管道直供時(shí)，應(yīng)以該建筑的室內(nèi)生活用水設(shè)計(jì)秒流量為取值標(biāo)準(zhǔn)；當(dāng)其室內(nèi)生活用水完全使用自行二次加壓供水時(shí)，應(yīng)為調(diào)節(jié)貯水池的設(shè)計(jì)補(bǔ)水量，且該水量不宜大于該單體建筑的最高日最大時(shí)用水量，并不得小于該單體建筑的最高日平均時(shí)用水量；當(dāng)其室內(nèi)生活用水同時(shí)使用室外生活給水管道直供和自行二次加壓供水時(shí)，應(yīng)為上述兩種方法分別計(jì)算各自設(shè)計(jì)流量后，以兩者計(jì)算結(jié)果之和作為其生活給水引入管設(shè)計(jì)流量。

以圖1 為例進(jìn)行簡(jiǎn)要計(jì)算說明：

圖1 某建筑給水系統(tǒng)計(jì)算簡(jiǎn)圖

根據(jù)圖1 所示：該建筑的室內(nèi)生活給水系統(tǒng)為同時(shí)使用室外生活給水管道直供和自行二次加壓供水的情況，故其室內(nèi)生活給水引入管流量Q應(yīng)為直供樓層（1 至3 層）的設(shè)計(jì)秒流量q1與自行加壓供水樓層（4 至6 層）所使用的調(diào)節(jié)貯水池的設(shè)計(jì)補(bǔ)水量q2之和，又有設(shè)計(jì)補(bǔ)水量q2不宜大于自行加壓供水樓層的最高日最大時(shí)用水量qh，并不得小于自行加壓供水樓層的最高日平均時(shí)用水量qj，即：

這里特別需要注意的是，上述貯水池一定是具有水量調(diào)節(jié)功能的，其有效容積滿足一定時(shí)間內(nèi)生活用水量的需求。而當(dāng)貯水池不具有水量調(diào)節(jié)功能時(shí)，上述計(jì)算結(jié)果并不成立，原因是：若貯水池不具有水量調(diào)節(jié)功能，其僅相當(dāng)于一個(gè)吸水池的作用，一般情況下貯水池的有效容積不小于最大一臺(tái)工作水泵或多臺(tái)同時(shí)工作水泵3 分鐘的設(shè)計(jì)流量，由此得出不具有水量調(diào)節(jié)功能的貯水池?zé)o法滿足供給一定時(shí)間內(nèi)生活用水量的需求，此時(shí)相當(dāng)于水泵與管道直接連接，水泵直接從管道內(nèi)抽水輸送至用水點(diǎn)，即該建筑室內(nèi)生活用水全部由室外生活給水管道直供（其中4 至6 層為疊壓供水），q2在數(shù)值上應(yīng)等于4 至6 層的設(shè)計(jì)秒流量（也是水泵流量qb），這種情況下的室內(nèi)生活給水引入管流量Q 應(yīng)為直供樓層（1 至3層）的設(shè)計(jì)秒流量q1與疊壓供水樓層（4 至6 層）的設(shè)計(jì)秒流量qb之和，即：

2 對(duì)于建筑物生活給水加壓水泵設(shè)計(jì)流量的計(jì)算要點(diǎn)

同樣依據(jù)《建筑給水排水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB50015-2019 中第3.9.2條[1]之規(guī)定，以高位水箱供水作為調(diào)節(jié)生活給水系統(tǒng)的建筑物，由于高位水箱的有效調(diào)節(jié)容積與該水箱加壓泵設(shè)計(jì)流量成反比關(guān)系，因此加壓水泵的供水能力（設(shè)計(jì)流量）應(yīng)大于等于該水箱供水服務(wù)區(qū)域內(nèi)的最大小時(shí)用水量；第3.9.3 條之規(guī)定，以變頻調(diào)速泵組（加壓泵組）作為生活給水系統(tǒng)供水方式的建筑物，其變頻調(diào)速泵組（加壓泵組）的供水能力（設(shè)計(jì)流量）應(yīng)滿足該生活給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)秒流量的要求。

這種單獨(dú)以高位水箱調(diào)節(jié)或者變頻調(diào)速泵二次加壓供水的生活給水系統(tǒng)很常見，詳見圖2、圖3。

根據(jù)圖2 所示：該系統(tǒng)加壓泵的設(shè)計(jì)流量qb應(yīng)大于等于該水箱供水范圍內(nèi)的最大小時(shí)用水量Qh，即：

根據(jù)圖3 所示：該系統(tǒng)變頻調(diào)速泵組的設(shè)計(jì)流量qb應(yīng)滿足該生活給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)秒流量qg，即：

圖2 高位水箱調(diào)節(jié)供水系統(tǒng)

圖3 變頻調(diào)速泵組供水系統(tǒng)

但以高位水箱與變頻調(diào)速泵組相結(jié)合的生活給水系統(tǒng)（圖4）的高位水箱提升泵的設(shè)計(jì)流量不能簡(jiǎn)單的相加求和。這種供水方式多用在超高層公共建筑的給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，高位水箱除了承擔(dān)低區(qū)用戶的重力供水任務(wù)外，還承擔(dān)著高區(qū)用戶用水的供水水源作用。

圖4 高位水箱與變頻調(diào)速泵組相結(jié)合的生活給水系統(tǒng)

這種供水形式看似復(fù)雜，其本質(zhì)還是以高位水箱供水作為調(diào)節(jié)生活給水系統(tǒng)的建筑物，即使高位水箱后連接了多種供水系統(tǒng)，實(shí)際還是通過高位水箱進(jìn)行供水，故高位水箱提升泵的設(shè)計(jì)流量qb1應(yīng)大于等于該水箱供水范圍內(nèi)重力供水區(qū)域的最大小時(shí)用水量Qh低與高區(qū)變頻調(diào)速泵組供水區(qū)域的最大小時(shí)用水量Qh高之和，即：

3 對(duì)于建筑物生活用水中間水箱有效容積的計(jì)算要點(diǎn)

生活用水中間水箱的主要作用是：在超高層建筑豎向分區(qū)串聯(lián)供水中，它既承擔(dān)著中間轉(zhuǎn)輸?shù)淖饔?，又作為其下部服?wù)區(qū)域重力供水的高位水箱。圖5 是一個(gè)典型的具有前述兩種作用的生活用水中間水箱。

依據(jù)《建筑給水排水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB50015-2019 中第3.8.4 條之規(guī)定，采用水泵和高位水箱聯(lián)合供水（即水泵聯(lián)動(dòng)提升進(jìn)水）且水泵由高位水箱自動(dòng)控制啟停時(shí)，活用水中間水箱的調(diào)節(jié)有效容積不宜小于供水服務(wù)范圍內(nèi)最大時(shí)用水量的一半。當(dāng)采用串聯(lián)供水方案時(shí)，如水箱除本供水區(qū)域用水外還供上區(qū)提升泵抽水時(shí)，其水箱的有效容積應(yīng)儲(chǔ)存3～5 分鐘的提升水泵的出水量。若為中途轉(zhuǎn)輸專用時(shí)，水箱的有效容積除需滿足本區(qū)域用水外，還應(yīng)儲(chǔ)存5～10分鐘的轉(zhuǎn)輸水泵出水流量[2]。

圖5 生活中間水箱系統(tǒng)圖

在圖5 所示的A情形中，中間水箱后既存在向高位水箱供水的轉(zhuǎn)輸功能，同時(shí)又對(duì)低區(qū)用水區(qū)域進(jìn)行重力直供，顯然中間水箱有供水部分的生活調(diào)節(jié)容積，因此其有效容積V應(yīng)不小于供水服務(wù)區(qū)域樓層最大時(shí)用水量0.5Qh低與高位水箱提升水泵（qb2）3～5 分鐘的流量之和，即：

而在圖5 所示的B情形中，中間水箱后僅存在向高位水箱供水的轉(zhuǎn)輸功能，不具有調(diào)節(jié)水量功能，因此其有效容積V應(yīng)為高位水箱提升水泵（qb2）5～10min 的流量，即：

V≥（5～10min）qb2=（5～10min）qg，其中qg為用水區(qū)域設(shè)計(jì)秒流量

4 對(duì)于給水管道水頭損失的計(jì)算要點(diǎn)

水頭損失作為管道水力計(jì)算研究的重要對(duì)象，它對(duì)整個(gè)給水系統(tǒng)所需的系統(tǒng)水壓、水泵揚(yáng)程計(jì)算以及二次供水（提升）設(shè)備的選型起著非常關(guān)鍵的作用，因而計(jì)算水頭損失是給水管道水力計(jì)算的核心內(nèi)容之一。一般情況下，組成一個(gè)建筑給水系統(tǒng)的管道很長(zhǎng)，管道節(jié)點(diǎn)也很多，這樣水頭損失計(jì)算過程也會(huì)較其它計(jì)算顯得更為復(fù)雜。因此大部分工程設(shè)計(jì)人員在計(jì)算水頭損失時(shí)都會(huì)采用估算法、經(jīng)驗(yàn)法，這樣在某些情況下會(huì)造成計(jì)算偏差甚至錯(cuò)誤的出現(xiàn)。

圖6 生活給水系統(tǒng)原理圖

例如圖6 為一建筑的生活給水系統(tǒng)原理圖，市政給水管在a點(diǎn)的變頻調(diào)速泵入口處的壓力為0.15MPa，水頭損失iab=2.5kPa/m，ibc=2.0kPa/m，ibd=1.2kPa/m，管長(zhǎng)Lab=20m，Lbc=40m，Lbd=50m，且管段bc 和管段bd 所連接衛(wèi)生器具的類型和數(shù)量全部一樣，試計(jì)算找出最不利配水點(diǎn)。

如圖所示，管段ac 和管段ad 的閥門、衛(wèi)生器具類型和數(shù)量完全一致，故說明這兩段管道的局部水頭損失是相同的，所以僅計(jì)算各自對(duì)應(yīng)的沿程水頭損失即可，大者即為最不利配水點(diǎn)。

在設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員往往圖省事，或者根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)，會(huì)挑選管道線路最長(zhǎng)的那一段為最不利管段，則此管段的末端一定是最不利配水點(diǎn)。上圖中管線最長(zhǎng)者為管段ad，因此認(rèn)為d 點(diǎn)是所求最不利配水點(diǎn)。

為了驗(yàn)證經(jīng)驗(yàn)法是否正確，下面按照計(jì)算法進(jìn)行計(jì)算驗(yàn)證：

給水管道沿程水頭損失按下式（1）[3]計(jì)算：

管段ab 為公共管道，那么顯然hab+hbc>hab+hbd，管段ac 為最不利管段，故c 點(diǎn)為最不利配水點(diǎn)。

造成設(shè)計(jì)人員經(jīng)驗(yàn)法出現(xiàn)錯(cuò)誤的原因是忽略了管段bc 和管段bd 的單位長(zhǎng)度水頭損失是有差別的，這證明這兩段管道的管材是不同的，或是相同管材的使用時(shí)間有著較大差別，導(dǎo)致管道的單位長(zhǎng)度水頭損失不一樣。僅僅簡(jiǎn)單認(rèn)為管段長(zhǎng)度長(zhǎng)的那條管道水頭損失一定大就草草下了結(jié)論，這樣在下一步計(jì)算變頻調(diào)速泵揚(yáng)程時(shí)會(huì)偏小，進(jìn)而造成c 點(diǎn)的水壓不足，給用戶用水的安全性和使用舒適程度上帶來不便。

綜上所述，筆者對(duì)建筑給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算過程中的一些計(jì)算要點(diǎn)進(jìn)行了簡(jiǎn)要闡述、實(shí)例分析和總結(jié)歸納，希望能為工程設(shè)計(jì)人員在日常工作中遇到類似問題時(shí)帶來一些思考和啟發(fā)。建筑給水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算還有很多既復(fù)雜又容易出錯(cuò)的內(nèi)容，在平時(shí)的設(shè)計(jì)工作中我們還是要不斷的積累經(jīng)驗(yàn)，學(xué)習(xí)和研究相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范。