高層建筑給水系統探析

梁 光 文李敏

(1.西安愿景房地產開發有限公司，陜西西安 710021;2.西安市環境保護局，陜西西安 710021)

1 供水現狀

近年來，隨著中國經濟的高速發展，各大城市均出現了大面積的住宅、商業、辦公、醫院等高層建筑和超高層建筑。這些建筑對供水的水質、水量和水壓均有較高的要求。因此，在高層建筑給水設計中，系統的豎向分區和給水方式的選擇是高層建筑生活給水系統設計的關鍵，這直接關系到生活給水系統的使用和工程造價。根據國家建設部管網供水壓力服務規范要求，城市供水服務壓力為0.14 MPa。在西安，城市自來水管網的供水壓力平均為0.30 MPa～0.35 MPa之間，按照30%損失計算，也就意味著西安市自來水管網能提供到21 m～24.5 m的范圍，即自來水管網不通過外部加壓設施最高能輸送到7層樓的范圍。但在城市自來水管網末梢的區域，只能保證供水至3層。那么4層以上的區域應該為加壓送水區域。

2 規范要求

根據GB 50015-2003建筑給水排水設計規范(以下簡稱《規范》)第3.3.3條規定:“給水系統的豎向分區應根據建筑物用途、層數、使用要求、材料設備性能、維護管理、節約供水、能耗等因素綜合確定”;3.3.5條規定“高層建筑生活給水系統應豎向分區，豎向分區壓力應符合下列要求:1)各分區最低衛生器具配水點處的靜水壓力不宜大于0.45 MPa;2)靜水壓力大于0.35 MPa的入戶管(或配水橫管)，宜設減壓或調壓設施;3)各分區最不利配水點的水壓，應滿足用水水壓要求”。

GB 50016-2006高層民用建筑設計防火規范規定:“采用高壓給水系統時，可不設高位消防水箱。當采用臨時高壓給水系統時，應設高位消防水箱”。因此，在高層建筑中的給水系統除了要進行合理的豎向分區，更應該兼顧消防給水系統的給水方式。我國目前消防給水系統中臨時高壓制居多，一般高層建筑都采用屋頂消防水池、消防水泵和穩壓設施等組成的給水系統以及氣壓給水裝置，采用變頻調速水泵恒壓供水的生活(生產)和消防合用給水系統均為臨時高壓消防給水系統。

根據《規范》要求:建筑高度不超過100 m的建筑的生活給水系統，宜采用垂直分區并聯供水或分區減壓的供水方式。建筑高度超過100 m的建筑，宜采用垂直串聯供水方式。

分區給水方式，即低區部分直接由城市給水管網供水，高區部分由水泵加壓供水。而水泵加壓供水又分為高位水箱給水系統、變頻調速水泵給水系統、氣壓罐給水系統等。

3 給水系統研究

以下就對這些給水系統進行分析和研究。

三種給水系統的優勢和劣勢:

1)高位水箱減壓給水系統:在高位水箱有效容積增加不多的情況下，生活貯水與消防貯水同時貯存于一個水箱中，這既經濟又便于管理。高位水箱具有穩壓作用，使系統水壓保持平衡。

但這就需要在分區層設立減壓水箱或者減壓閥門。減壓水箱需占用一定的建筑面積，有可能給水帶來二次污染，且有噪聲影響。而減壓閥雖然占地面積大大減小，也不影響水質，但造價頗高，對于開發商而言，一次性投入以及維護費用頗大，目前這種供水方式已被其他綜合供水方式取代。

2)氣壓罐給水系統:氣壓罐是水泵可以進入睡眠的前提條件，利用水的壓縮性極小的性質，用外力將水儲存在罐內，氣體受到壓縮壓力升高，當外力消失壓縮氣體膨脹可將水排除。由于水的壓縮比遠遠小于氣體，當管網有小流量的泄漏可造成壓力大幅度的下降，可使水泵頻繁啟動。

氣壓罐的作用:主要用于變頻生活供水系統、消防(噴淋)穩壓系統。對于高層建筑生活給水一般用于少數樓層水壓不足時的增壓。

3)變頻調速水泵給水系統:變頻恒壓供水系統是指在供水管網中用水量發生變化時，出口壓力保持不變的供水方式。供水管網的出口壓力值是根據用戶需求確定的。

其運行原理為離心泵原理，在相似情況下水泵的流量、揚程和功率分別與其轉速的一次方、二次方和三次方成正比。由于用水量的變化，使供水壓力發生變化，通過壓力傳感器將壓力變化信號傳送給運行控制器，經控制器電腦與設定壓力比較判斷后，調整變速泵轉速或水泵運行臺數，調整供水量使供水壓力重新回到設計的壓力值，滿足用水要求。

對于用水經常變化的場合，尤其是目前的高層建筑物，以居民住宅樓為例，白天用水量較少，早晨和傍晚用水量激增。這種住宅式小區如果采用變頻調速泵供水，可以顯著降低節流損耗，具有明顯的節能效果。

西安陸港集團開發的100畝地塊，擁有23萬m2的建筑，有6棟板式高層，2棟商業樓，13棟花園洋房。此小區坐落在西安市東北角的國際港務區，為市政自來水供水末端，其管網壓力只有0.16 MPa，這就需要在本小區中進行垂直分區供水。經開發商與設計院共同計算，且經過采購、安裝、維護費用的對比，此小區按照變頻調速水泵與氣壓罐給水系統結合的方式進行供水:一共分為4個區域，即低壓區(2層及2層以下為低區，利用市政給水管網的壓力直接供給)，中壓1區(3層～12層，由地下車庫生活水泵房內的中區1變頻調速泵組加壓后供水)，中壓2區(13層～22層為中區2，由地下車庫生活水泵房內的中區2變頻調速泵組加壓后供水)，高壓區(22層以上為高區，由地下車庫生活水泵房內的高區變頻調速泵組加壓后供水)。具體參數表見表1。

表1 區域設備參數表

經調試實測，通過變頻調速水泵與氣壓罐結合供水方式給此小區住宅、商鋪供水，可以保證小區的用水質量、水壓強度，以及節省了輸送水時所消耗的電能，且此套設備在地下車庫中設置，避免了噪聲對居民的影響。且運行1年來，該套設備并未發生故障，這就證明了此套供水系統的可行性。

近年來，隨著變頻調速技術的日益成熟，其顯著的節能效果和可靠穩定的控制方式，在供水系統中得到了廣泛的應用。且該系統自動化程度高，可實現恒壓變量、生活供水、消防供水雙恒壓等控制方式，多種啟停控制方式，節能效果顯著。故變頻調速水泵與氣壓罐結合供水方式是目前高層建筑中比較經濟合理的給水方式。

［1］GB 50015-2003，建筑給水排水設計規范［S］.

［2］GB 50016-2006，高層民用建筑設計防火規范［S］.

［3］王增長.建筑給水排水工程［M］.第5版.北京：中國建筑工業出版社，2005.

［4］王生太.高層建筑給水系統分區設計探討［J］.給水排水，2012(8)：82-83.

［5］沈亞輝.水泵變頻調速在供水系統中的應用［J］.中國給水排水，2006(22)：36-37.