建筑供排水系统设计研究

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中图分类号：U417.3 文献标识码：A 文章编号：1008-925X(2011)07-0053-01

摘要：在对高层楼宇建筑供排水系统目前研究现状进行归纳总结后，认识到供排水系统设计研究的重要性。并结合自我工作经验，分别对高层楼宇建筑供水模式设计和高层楼宇建筑排水系统势能消除设计技术要点进行详细分析研究。

关键词：高层楼宇建筑 供水模式 排水消能设计

城市基础设施建设的不断进行，建设可用楼宇建筑修筑的土地资源也越来越紧缺，建设高层、超高层集办公、丙谷胺、商场、住宅、以及娱乐场所等功能为一体的复杂建筑已成为城市楼宇建筑建设发展的主要方向。供排水系统在是楼宇建筑中的一个重要系统，其运行功能特性不仅直接影响到住宅用户对供排水系统的基本功能需求，同时还影响到整个楼宇建筑能否安全可靠、节能经济的高效运行。目前，我国建筑供排水系统在设计、施工等过程中其技术规范已日趋完善，在很大程度上提高了建筑供排水系统综合技术功能水平，但由于楼宇建筑功能结构的复杂性，在设计和施工过程中依然存在一些缺陷和问题。因此，对楼宇建筑供排水系统设计方案进行研究时，在满足楼宇建筑供排水基本功能的前提下，结合先进的设计理念和技术装备措施，构筑完善可靠、高效节能的供排水系统方案就显得非常有工程实际意义。

1 高层楼宇建筑供水模式设计

随着高层或超高层楼宇建筑供排水系统研究的不断深入，很多先进的节能降耗技术也被成功应用到楼宇建筑供排水系统节能、节水工程中。从大量文献资料和实际设计经验可知，重力供水和变频供水模式的节能经济性，在供排水系统设计、施工等学术探讨领域中存在比较大的分歧，各有各的优缺点，目前我国还没有对这两种供水模式的节能技术经济性编写相应的法规或行业标准。就笔者所参与的几个高层楼宇建筑供排水系统设计和方案严重来看，个人认为对于办公和起居住宅为主的高层楼宇建筑而言，采用变频调速的供水模式其在节能技术经济性方面更为优越。在高层和超高层楼宇建筑结构设计过程中，通常会每隔15层设置一个避难层兼建筑机电设备层，也就是说在进行供排水系统设计时，可以楼宇建筑结构中第一个避难层或每隔一个避难层按照相应供水容量需求，设置一套中间转输水箱体系，并在每两个避难层中间楼层处选择一套匹配的变频调速控制系统，分别向两个避难层间的两个小分区供水，即将每两个避难层看成一个供水大区，然后采用减压阀分别向上下两个分区供水，这样一方面可以利用变频调速控制系统自身动态调节控制功能，达到节能降耗的目的；另一方面可以只在楼宇建筑第一个避难层及第三个避难层处设置该大区的中间转输水箱，从而有效减少楼宇建筑给排水系统机房占地面积，提高楼宇建筑建筑面积的综合利用效率。按照上述的变频调速供水模式进行高层楼宇建筑供排水系统设计时，其供水机械设备及相应管材的最大承压为楼宇建筑垂直高度一层和三避难层的中间高度，也就是说按照15层每一个避难层进行计算，供排水系统的总承受压力不会超过2MPa，就目前相关技术水平和市场中的相关设备材料的耐压能力而言，其能在2MPa压力调节下安全稳定运行。另外在供排水系统中采用变频加压水泵配置方案设计时，采用一个大容量水泵配一个小容量水泵，加上一个气压水罐并设计备用一台大容量泵的供水选型搭配模式，这样供排水系统整体流量分配可以按照100%、50%、30%三种模式进行运行，同时当主供水泵出现问题时，备用大容量水泵会自动接替主供水泵的所有负荷，同时也能满足100%、50%、30%等运行模式，从而使整个给排水系统的水泵的总出水量基本能与整个系统总需求水量间保持平衡，而且输水泵在变频调速控制模式下，可以有效确保所有水泵均处于高效区运行，达到变频节能降耗的目的，且大大减少了给排水系统水泵机房的面积，以及优化系统结构降低可能导致的二次污染机率。

2 高层楼宇建筑排水系统势能消除设计

楼宇建筑高度的不断增加，对排水系统设计也提出了更高的要求。由于建筑高度引起的水势能如何消除是高层楼宇建筑排水系统设计研究的一个重要内容。水流从上百米的高空在重力作用下下落，按理论分析，其会将自身势能逐步转变为动能，这样势必会对排水管道系统造成严重破坏。同时受到高层水流的冲击，较低层的水是否能够保持其应有的特性都是高层楼宇建筑排水系统设计研究的重点。从大量模拟仿真实验和流体动力学分析可知，由于管道内部存在空气、摩擦等影响因素，高层楼宇建筑排水立管中的水流呈现明显的断续、非均匀等特性，即排水管道中的水在下落时，会形成一个水气相混合不稳定复杂流体，流量、流速等时大时小，排水立管满流和非满流工况交替出现。高层楼宇建筑给排水系统立管中水流其具体演变过程为：从附壁螺旋流到水膜流，再到等速水膜流，最后形成柱塞流，而从工程实际应有效果分析来看，对排水管道系统造成破坏的主要水流状态为柱塞流。因此，在进行高层楼宇建筑排水系统设计时，要确保立式排水管道系统具有较高的安全可靠和节能经济性能，首先在方案设计时，要从先进设计理念出发，采取先进的设计方案确保排水立管中的水流始终不能形成柱塞流，将水流有效维持在等速水膜流状态，也就是说在进行高层楼宇建筑供排水系统设计时，应结合工程实际特性和供排水负荷需求进行严格水力计算，有效将立管设计流量的荷极限值控制在相关规范和技术标准要求范围内。此外在高层楼宇排水管道系统设计时，应采取相应消能技术措施，减小由于势能引起的水流下降速度增加量，降低水流冲击对供排水系统管道的冲击破坏性。从试验数据分析表明，在高层楼宇建筑排水系统立管上隔一定的距离设计一个 “乙”字弯型结构，大约可以降低50%的流速，同时根据楼宇建筑工程实际情况，通常按照自顶层起每隔6层选配一整套消能装置，这样可以有效保证整个排水管道系统具有较高的性能水平。在高层楼宇给排水系统设计过程中，设置专用的通气立管与大气相通也是一个常用的降速减能设计方案，利用释放排水管系内部的正压力以弥补给水流中由于空气造成的负压，使排水系统立管中的气压始终接近大气压力，确保排水管道内的空气流通性能，排除排水管道中可能存在大的有害气体成分，有效保护卫生器具等排水设备的水封性能，有效提高整个排水系统综合性能水平。

参考文献

[1] 赵宝山.建筑给排水设计施工中一些问题的探讨[J].给水排水动态，2008，（02）：10-12.

[2] CB50015-2003,建筑给水排水设计规范．