高层建筑给水方案的选择与优化分析汪汉桥

高层建筑给水方案的选择与优化分析汪汉桥

汪汉桥

广东华方工程设计有限公司广东广州510000

摘要：由于高层建筑具有层数多、高度大、用水要求高等特点，对高层建筑给水工程的设计提出了更高的要求。高层建筑的给水方式很多，每种方式都有各自的优缺点和适用范围，如何针对不同的建筑选择一个适合的给水方式是给水系统设计工作中的重点。本文在借鉴前人的研究成果基础上，以某高层住宅楼为例，分析了该建筑的用水规律，得出了该建筑生活给水系统的优化选择方案。

关键词：高层建筑；生活给水系统；系统优化

引言

在进行高层建筑生活给水系统设计时，除了要满足现行规范的要求，还应充分考虑建筑的功能要求和实际用水情况。合理的建筑给水系统，不仅要满足用户对水量、水压和水质的要求，确保供水安全可靠，还应该节水节能，满足经济性要求。因此，在高层建筑生活给水系统的设计中如何进行系统优化，有效减少给水系统的无效能耗，在满足用水安全可靠性的基础上实现节水、节能，降低给水系统的建设和运营费用，是本文研究的主要目的，下面结合案例进行阐述。

1工程概况

以广州某住宅小区内某一高层住宅为例。该住宅楼28层，层高均为2.8m。地下一层为停车场，地上均为标准层，每层楼4户住户，共有住户112户，约有420人。根据建筑给水排水设计规范的规定，该高层住宅楼符合普通Ⅱ类住宅标准。

2高层住宅建筑的用水特点

2.1用水量不均匀，日变化系数大，住宅小区主要以居住功能为主，大部分用水是生活用水。根据人们的生活习惯，用水量符合一定的规律，一天24h之中，用水量较大的时段为早上8～9点、中午12~13点和下午16～17点、晚上18～21点四个小时段。

2.2高层住宅小区给水服务范围较宽，管路相对复杂，管线长，水损较大，因此节能空间比较大，合理的给水方式可以获得较好的节能效果。

2.3高层住宅小区用户多、供水压力和用水量需求大。一般需要设置集中加压泵站给水，给水系统较为复杂，给水方式多样化，各种给水方式能耗和投资情况差别较大，需要进行分析比较。

为了了解上述案例高层住宅楼的用水规律，对该住宅的用水量进行了实地调查，得到了该住宅用水量的实际数据。通过调查得知，该小区住户多为上班族，工作日和周末区分较明显，导致周末的用水量比工作日稍大。

Ⅱ类普通住宅的最高日用水定额为130-300L/（人•d），小时变化系数为2.8-2.3。该住宅约有420人居住，按规范规定的最高日用水定额计算，该住宅的最高日用水量为54.6m3~126m3。该住宅实测最高日用水量为85.6m3，在规范规定的最高日用水定额内，且实际最高日用水量接近于规范规定的最高日用水定额的中间值。

3高层住宅建筑给水系统的优化选择

3.1用水量及小时变化系数

（1）最高日用水量的确定

根据上面对该高层住宅用水特点的分析可知，该建筑实际最高日用水量在规范规定的最高日用水定额内，且实际最高日用水量接近于规范规定的最高日用水定额的中间值。因此，对广州地区的高层住宅建筑进行给水系统设计时，最高日用水定额可在规范规定值的中间值左右选取。根据广州市以往的用水记录，全市最高日用水量均发生在7月至8月阶段，所以可认为该住宅楼的最高日用水量为这段时间统计的实际用水量85.6m3。

（2）小时变化系数的确定

对于广州地区的高层住宅建筑来说，规范规定的小时变化系数偏大，进行高层给水系统设计时可选择规范规定的小时变化系数下限值。对于该住宅楼，由于有实际用水量测量数据，

所以可取小时变化系数为2.1。

3.2给水方案的优化

该住宅可采用以下几种给水方式：水泵水箱串联供水、水泵水箱并联供水、水箱减压供水、减压阀减压供水和变频泵调速泵并联供水。由于水泵水箱串联供水、水泵水箱并联供水、水箱减压供水三种给水方式的水箱需要占用较大的建筑面积，尤其在住宅楼中将占用一定的居住面积，所以目前在实际工程中应用较少，一般高层住宅楼给水多采用减压阀减压供水方式和变频泵调速泵并联供水方式。下面将对该住宅楼采用这两种给水方式的建设投资和运行费用进行分析。

调查得知，该小区周围市政管网水压为0.29MPa，可满足建筑内1-6层的水压要求，所以该住宅楼1~6层可采用市政管网直接供水。《建筑给水排水设计规范》规定：高层建筑生活给水系统竖向分区后各分区最低卫生器具配水点处的静水压不宜大于0.45MPa。对于该住宅楼7~28层，可分为7~17层和18~28层两个给水分区，由于楼层层高为2.8m，各分区供水高度为30.8m，粗略估算各分区所需水压为40mH2O，各分区最低卫生器具配水点处的静水压力满足《建筑给水排水设计规范》中的相关规定。因此，可将该住宅楼给水系统分为3区，1~6层为低区，7~17层为中区，18~28层为高区，地区采用市政管网直接供水，中区和高区采用二次加压供水。由于1~6层采用市政管网直接供水，所以在下面给水方案的能耗及设备费用计算中只考虑高区和中区供水系统。

该建筑中、高区二次供水可采用的给水方式下面通过3个方案进行比较：

方案Ⅰ：高、中区用水量均由恒速泵供水给高位水箱，再由水箱供给高区管网和经过减压阀供给中区，因此加压水泵的流量和扬程一直不变，水泵工作效率高，耗电量小。

方案Ⅱ：高、中区均采用变频泵供水，水泵的工作效率较低，所以日耗电量大。

方案Ⅲ：高区采用水泵加水箱联合供水，中区变频供水，因此高区水泵工作效率较高，中区水泵工作效率相对较低，其耗电量介于方案Ⅰ和方案Ⅱ之间。

高层建筑给水方案的选择需要综合考虑设备投资费用和系统运行费用。在同等条件下，不考虑泵房、管网等的投资费用，只考虑管网的年运行费用和设备的费用。机电设备的平均使用寿命为15年，结合广州的用电价格，各给水方案的年总费用大小排序为：方案Ⅱ﹥方案Ⅲ﹥方案Ⅰ。方案Ⅰ的年总费用最低，所以方案Ⅰ是最经济的方案，且方案Ⅰ的水箱放于屋顶，不占用建筑面积，本案例选用方案Ⅰ作为最优方案。

4总结与展望

高层住宅类建筑生活给水设计应根据其用水特点，合理选择用水定额和小时变化系数，可在源头上避免水、电资源的浪费，降低管网、设备等的投资。在进行给水方案选择时，可在满足建筑的需要和用水安全可靠性的基础上选择几种可行方案，并对各方案的运行费用和设备投资费用进行分析，选择年总费用最低的方案作为相对较优方案。对于本建筑，高区选用水泵水箱联合供水方式、中区采用变频泵供水方式、低区采用市政管网直接供水为相对较优给水方案。

高层建筑给水系统的优化设计是一项比较复杂的工作，本文主要针对给水系统中给水方式和增压设备进行了优化分析，在一些问题上仍存在不足，需更深一步的研究和探讨：

（1）给水分区数量和给水方式的优化选择方法较复杂，其如何更方便的应用于实践中有待进一步研究。

（2）由于时间和人力、物力的限制，只监测住宅楼一周的用水量数据，所获得的数据有一定的局限性，有待更多监测数据来充分说明建筑用水规律，从而为以后的给水系统设计提供一定的参考。

（3）没有对建筑现有的供水系统组成和供水能耗进行调查分析，从而不能进行优化设计方案与现有供水方案的节能效果对比分析。

参考文献

[1]张嘉.建筑给水系统的给水方式[J].山西建筑，2011，37(21)：105-106．

[2]黄秉政.建筑给水二次加压供水装置探讨[J].中国给水排水，2004，20(11)：69-71．

[3]GB50015-2003《建筑给水排水设计规范》（2009年版）[S]．