高層建筑生活給水二次加壓設計的節能措施

周述林

(中國建筑西南設計研究院,四川成都610018)

1 生活給水量用水量標準的選取

在以往的設計中，很多設計人員在不同性質建筑類型人員確定生活用水定額時，大都是取設計用水定額較大值，其主要原因是擔心隨著用戶經濟收入的增加，只要舒服、舒適，多花一些水費，多用一些水無所謂，而設計上需要且應當為多用水的情況留有余地。然而，我們知道，一旦設計用水定額偏大，設計管道在保證經濟流速的前提下，其管徑就會放大，對應低位調節水箱容積就會變大，所選二次加壓水泵的配電功率就會增加，相應配電柜就要變大，設備占地就會加大，工程建設的一次性投資和日常設備維護費、日常水泵電耗能量也都放大了。現在，隨著水作為一種資源的概念逐漸深入人心，國家對水資源的管理日益強化，節約用水已不再是一種口號。很多城市(特別是用水量大的省會城市和國家直轄市)，隨著集中人口增加而帶來用水量的激增，延續保質保量提供合格的自來水已成為城市管理者的一個不得不面對的問題和難題。國家標準《民用建筑節水設計標準》已經頒布實施，在這種情況下，依筆者的意見，在用水量生活給水定額標準的選取時，設計人員應對照新版《建筑給水排水設計規范》和《民用建筑節水設計標準》，結合當地的用水習慣和實際狀況，選取《建筑給水排水設計規范》用水定額中間偏低值，選取《民用建筑節水設計標準》用水定額中間偏高值，使得最終確定的生活給水量、用水量標準盡可能符合《建筑給水排水設計規范》和《民用建筑節水設計標準》兩個標準的要求，從設計源頭節約能源和水資源，從而縮減生活給水配水管徑，節省生活水泵配電功率，減省水泵日常電耗。

2 不同樓層生活供水豎向給水分區的確認

我們知道，管道承壓過大，對用水器具、管道都不好。因此，《建筑給水排水設計規范》規定了建筑樓層每個豎向給水分區的承壓能力范圍。在設計過程中，通過水泵選型，我們經常會遇到這樣的矛盾，即：當某兩個相鄰的豎向給水分區的二次加壓水量均較小時，可能按這兩個相鄰豎向給水分區的二次加壓水量水壓分別選取的水泵的配電功率之和會大于將這兩個相鄰豎向給水分區作為一個加壓區所選水泵的配電功率。針對這種情況，依筆者的經驗，當某兩個相鄰的豎向給水分區的二次加壓水量之和小于10.0～12.0 l/s時，宜采用將這兩個相鄰豎向給水分區作為一個加壓區選取水泵進行二次加壓，在管網布置時，將這兩個相鄰豎向給水分區的低區部分設置一套(一用一備)先導式減壓閥組，確保減壓閥組后的水壓仍符合《建筑給水排水設計規范》規定的承壓能力要求，不會造成用水器具水壓過大浪費水量。這樣做實際上更節能，同時還節省一次性投資和水泵占地，簡化建筑物的生活給水管網系統。

3 豎向供水二次加壓系統供水方式的選擇

《建筑給水排水設計規范》規定：生活給水加壓系統采用變頻水泵供水系統，水泵出水流量應按設計秒流量取值，系統如采用低位水泵加高位水箱的聯動供水系統，水泵出水流量應按設計最大時流量取值；一般說來，設計秒流量是設計最大時流量的2.5～3.0倍，水泵出流量大，能耗必然就大，管道的管徑和阻力必然就大；因此，在有條件時，設計人員在進行系統設計時，應有優先考慮加壓系統選擇低位水泵加高位水箱的聯動供水系統。當然，這里存在一個“有條件”的前提。什么是“有條件”？依筆者的理解，以下幾種情況都可以按符合“有條件”進行處理。

(1)當建筑物在最高、最不利用水點的上方允許設置高位水箱，市政水壓可以滿足在非用水高峰期的水壓要求。據此，可以只設屋頂高位生活水箱，不設二次加壓水泵，配管管徑按設計最大時流量取值。

(2)市政水壓可以直接進入高位水箱，但其最高、最不利用水點的出水水壓不符合規范規定；在此情況下，可采用在屋頂配置增加泵，從屋頂水箱取水，對局部壓力不夠的用水部位增壓的措施，節約二次加壓電耗。

(3)當建筑物用水性質在不同時段變化較大，按全日最大用水量的15 %～20 %儲存在高位水箱內的用水量的絕對值相對不大，高位水箱的體積和荷重對建筑外形的美觀、結構重量不會造成顯著影響。就具體建筑而言，多功能高層建筑(帶住宅性質的高層建筑除外)一般都可考慮采用低位水泵加高位水箱的聯動供水加壓系統。

(4)當建筑小區自來水引入水管須根據用水性質差異在某些部位配置倒流防止器。鑒于每個倒流防止器處會降低市政供水壓力3～5 m，但有時候我們所需建筑物用水樓層所需水壓如降低市政供水壓力3～5 m就需被迫設置二次加壓，在這種情況下，設計時就應當在系統管道配管時注意讓倒流防止器安裝在需要配置的用水終點，必要時多設幾個倒流防止器，用以保證系統最不利點的水壓符合規范而避免采用二次加壓。

4 疊壓供水系統的選擇

在市政供水水壓較大的一些城市，直接供水高度可以到達建筑所在區域十多層的高度，城市供水管網又是環狀管網，供水穩定，不易停水。同時，城市供水部門又允許建筑物二次加壓供水從市政管網上直接吸水。在這種情況下，建筑物二次加壓供水采用疊壓供水系統是最佳選擇。疊壓供水系統有充分利用市政供水余壓的優點，但也有缺乏調節水量、在用水高峰期可能與周圍用戶搶水的弱點，并不象某些在疊壓供水設備生產廠家所宣稱的那樣神奇和完美。當城市市政供水水壓在建筑物入口接管處的水壓不足24.0 m時，建筑物二次加壓供水如采用疊壓供水系統就得不償失，既達不到充分利用市政水壓節能的目的，還縮減了必要的建筑物調節水量，在城市供水臨時出現故障停水時，最高供水樓層的供水水壓安全也得不到保障。因此，筆者認為，只有當建筑物的供水條件如果滿足北京市、天津市自來水水公司對疊壓供水設備的入網(城市自來水管網)條件，建筑物二次加壓供水才可以優先考慮采用疊壓供水系統。

5 屋頂高位專用水箱的節能節材要點

根據《高層民用建筑防火設計規范》，在建筑物的最高處，應設置屋頂高位消防水箱。在高層建筑的裙樓屋頂時常需要設計成品冷卻塔，冷卻塔的補水在市政水壓無法滿足直接補水的條件時，時常采用高位平衡水箱以保證冷卻塔的補水。采取何種方式為屋頂高位消防水箱、裙房屋頂冷卻塔補水，不同的設計人員做法不盡相同。依筆者之見，可在保證生活水水質不會出現倒流污染的前提下，分具體情況采取以下不同的補水方式。

(1)當屋頂設有高位生活水箱時，可將高位生活水箱的進水水位標高定在其它高位專用水箱進水水位之上，讓高位生活水箱向其它高位專用水箱補水，簡化建筑物生活給水二次加壓供水的水泵啟閉控制方式，節能節材。

(2)當建筑物靠近屋頂層的樓層生活給水是采用變頻調速泵作為二次加壓供水時，可根據高位專用水箱所需補水量和進水水位，在選取生活給水變頻調速泵時，利用水泵小流量(非高峰用水時段)其出水水壓增大的特性，在選泵時考慮滿足高位專用水箱補水因素，解決高位專用水箱補水問題，節材節能。

(3)當無法采取(1)、(2)兩種方式時，則可以考慮在生活水泵房內設置專用補水泵向其它高位專用水箱補水。

6 橫向供水二次加壓系統供水方式的選擇

當新建建筑小區有多棟高層建筑和多層建筑時，使用生活用水的住戶很多，橫向供水區域較大。每組生活給水二次加壓設備的供水半徑應控制在多長的范圍內？每組生活給水二次加壓設備的供水人數應控制在多長的范圍內？規范對此沒有規定，不同的設計人員對此也有不同的觀點。

對于每組生活給水二次加壓設備的供水半徑，依筆者意見，應按100～120 m進行控制。其原因在于設計選擇管徑時，設計人員都以在不同管徑對應的經濟流速狀態下確定管徑。當管道過長，管道所造成的阻力損失就放大，由此增大二次加壓設備的配電功率，浪費水泵的無謂電耗。

對于每組生活給水二次加壓設備的供水人數，依筆者意見，應按建筑面積25×104～30×104m2進行控制，或以每組生活給水二次加壓設備的主管管徑不大于100 mm進行控制。其原因在于供水人數過多，管道所負擔的用水負荷相對就較大，連接水泵房的主管管徑必然就較大，而生活給水二次加壓設備大多布置在高層建筑的地下室內，大管徑懸吊在地下室上空，會加大整個地下室的層高，增加建材消耗，增大工程造價；否則就無法保證水泵房所在層的地下室凈高。

當每組生活給水二次加壓設備的供水半徑超過100～120 m、供水范圍超過建筑面積25×104～30×104m2、供水主管管徑大于100 mm時，就宜分設兩個生活泵房，分別進行控制，減少建材、節省能耗，控制因為事故停水對居民的影響范圍，方便維護管理。

7 超高層建筑設置轉輸生活水箱時須注意的要點

在設計超高層建筑時，為了配水水壓合理，往往需要在避難層設置轉輸生活水箱或在屋頂設置高位生活水箱。設置轉輸生活水箱，在確定轉輸水箱的轉輸有效調節容積時，既要考慮向轉輸生活水箱輸水的二次加壓供水設備的轉輸水量水壓變化狀態，又要考慮從轉輸生活水箱吸水的二次加壓供水設備的轉輸水量水壓變化狀態，而轉輸生活水箱有時還兼有某豎向供水分區高位水箱的供水功能。在這些情況下，設計人員在確定二次加壓系統供水方式時，須優先注意以下幾個方面。

(1)設計上盡可能將該水箱兼作為避難層以下區域一個或數個生活給水豎向分區的供水高位水箱。這樣，該水箱的功能和作用都會發揮得更全面，水箱水質會因為水量周轉較快保持的更好，對避難層以下區域一個或數個生活給水豎向分區的水壓穩定有較好的保證，能節水和延續管材及用水器具的使用年限。

(2)當避難層所設轉輸生活水箱只具有單純的轉輸功能，如存在向轉輸水箱供水的低位水泵配電功率加上從避難層所設轉輸生活水箱吸水的轉輸水泵配電功率大于從低位直接向最高位用水點供水所選水泵的配電功率時，應放棄設置避難層轉輸生活水箱，豎向供水較低部位用水點的超壓采用減壓閥組控制水壓符合使用需求。

(3)當建筑物很高，低位水泵直接向建筑物較高用水點直接供水，在用水低谷時，生活水泵對應低谷出流量的出水水壓在泵房會超過2.50 MPa,為防止生活二次加壓系統所選閥門、管材管件的承壓能力超過2.50 MPa,節省給水系統投資和減少閥門、管材管件承受高壓對用水安全的負面影響，設計人員在這種情況下，應在避難層設轉輸生活水箱或在屋頂設置高位生活水箱，對較高用水點供水采用從高位生活水箱吸水局部增壓的方式滿足使用要求。

8 不同用途的給水二次加壓系統供水方式

當新建建筑小區不僅有多棟高層建筑和多層建筑，而且用水性質涵蓋有住宅、商業、辦公、酒店、消防、學校、綠化、水景、餐飲、車輛沖洗、物管用水等多個用途時，在保證各用水單位正常使用、正確計量的前提下，如何減少、簡化建筑小區內的給水二次加壓系統供水方式是設計人員在設計時必須優先考慮的設計內容。要做好此項工作，首先需要設計人員落實新建建筑小區所在地自來水公司對不同用水性質的水價計量收費方式。例如，成都市自來水公司根據用水性質把不同用水分為住宅用水、商業用水、特種行業用水三類計價，將商場、辦公、酒店、餐飲、學校歸入商業用水，將綠化、消防、物管用水歸入住宅用水，將公共游泳池、飲用水凈化灌裝、公共浴室用水、車輛沖洗歸入特種行業用水；而重慶市則將綠化、消防用水再歸類，要求設計時另行敷管，在自來水公司人員容易方便查表的位置單獨設表計量。

9 結束語

針對有多棟高層建筑和多層建筑、而且用水性質復雜的綜合樓及新建建筑小區，為減少給水二次加壓系統的設置套數，為簡化管網的種類，為簡化和方便計量及檢修，為替業主節省更多的日常水費，設計人員應在落實新建建筑小區所在地自來水公司對不同用水性質的水價計量收費方式的基礎上、在比較1～6條選擇生活給水二次加壓系統供水方式的合理性后，確定用水性質復雜的綜合樓及新建建筑小區之生活給水二次加壓系統供水方式，這既是設計人員技術水平的重要體現，也是設計人員貫徹綠色、環保、低碳、節能、節材的重要具體設計內容，同時也是決定給排水設計內容是否節能節材的關鍵所在。簡化管網的種類,既可節省水泵房、水泵和水箱，也可簡化生活給水二次加壓系統，節省投資及長期運營費用。