綠色住宅生活給水系統(tǒng)探索與分析

魏永軍

摘要：隨著《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》GB/T 50378 – 2014 頒布實(shí)施，生活給水系統(tǒng)用水點(diǎn)供水壓力被納入評(píng)分項(xiàng)，單項(xiàng)最高分值8分，其重要性又一次被提及。而自2010年《民用建筑節(jié)水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB 50555 實(shí)施以來(lái)，給水分區(qū)以及支管減壓閥設(shè)置問(wèn)題，一直沒(méi)有得到一個(gè)設(shè)計(jì)界完全認(rèn)可的供水方式。筆者認(rèn)為，給水分區(qū)作為高層建筑給水系統(tǒng)最核心的內(nèi)容之一，分區(qū)是否合理對(duì)民用建筑節(jié)水節(jié)能有著決定性的意義。本文借助高層住宅給水分區(qū)的分析，就如何既滿(mǎn)足節(jié)水標(biāo)準(zhǔn)，又切合實(shí)際使用，進(jìn)行了闡述與討論。

關(guān)鍵詞：給水分區(qū)；層數(shù)；供水；水壓

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)對(duì)節(jié)能減排的呼聲越來(lái)越高，綠色建筑的推進(jìn)也已步入快車(chē)道，建筑能耗問(wèn)題引起了相關(guān)設(shè)計(jì)人員的關(guān)注。水泵增壓的生活供水技術(shù)，以及配套設(shè)備器具對(duì)建筑能耗水耗的影響巨大，尤其國(guó)內(nèi)已建和新增的大量建筑群體，總體能耗水耗就更加恐怖。建筑內(nèi)合理的給水分區(qū)，既滿(mǎn)足居民用水需求，又最大程度地節(jié)約用水、降低能耗，繼而對(duì)節(jié)能減排、及節(jié)約水資源等國(guó)家戰(zhàn)略發(fā)展保駕護(hù)航。

1節(jié)水節(jié)能措施分析

建筑生活給水系統(tǒng)節(jié)水節(jié)能措施，主要分為五部分：1）供水設(shè)備，其表現(xiàn)形式節(jié)能。一般采用變頻供水技術(shù)、優(yōu)質(zhì)高效率水泵等，合理降低能耗；2）管材、附件，其表現(xiàn)形式節(jié)水和節(jié)能。節(jié)水：選用優(yōu)質(zhì)管材及接口，杜絕日常滲漏，降低壞損維修概率；節(jié)能：選用摩阻系數(shù)低的管材、附件，采用防振動(dòng)支吊架，降低給水系統(tǒng)總水頭損失；3）節(jié)水型器具，其表現(xiàn)形式節(jié)水。選用符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的節(jié)水型器具，自閉、紅外線(xiàn)感應(yīng)、限流等控制方式；4）分戶(hù)計(jì)量，其表現(xiàn)形式節(jié)水。每戶(hù)單獨(dú)計(jì)量，合理使用水資源，合理付費(fèi)；5）用水點(diǎn)水壓，其表現(xiàn)形式節(jié)能和節(jié)水。合理的系統(tǒng)分區(qū)，有效控制戶(hù)內(nèi)用水點(diǎn)的供水水壓，在滿(mǎn)足使用要求的前提下達(dá)到最低值。

上述前4個(gè)部分，一般設(shè)計(jì)中均有明確要求，而對(duì)于第5部分則重視程度相對(duì)不高。隨著綠色建筑開(kāi)始實(shí)施，“用水點(diǎn)水壓”這一控制項(xiàng)，將會(huì)逐步在實(shí)際工程中越來(lái)越受重視。而合理的給水分區(qū)，是保證“用水點(diǎn)水壓”滿(mǎn)足規(guī)范要求，并降低能耗的重要基礎(chǔ)。給水分區(qū)的探索和優(yōu)化，在建筑節(jié)水節(jié)能方面還有很大的潛力有待挖掘。下面，筆者以高層住宅給水分區(qū)進(jìn)行討論、分析。

2 自定義概念

為方便討論，基于恒壓變頻供水系統(tǒng)，設(shè)定兩個(gè)經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)化的自定義概念（理想狀態(tài)）。

2.1 靜水壓P靜

靜水壓，指生活給水系統(tǒng)處于零流量時(shí)，各系統(tǒng)點(diǎn)的水壓。不考慮管道超壓的情況出現(xiàn)，系統(tǒng)零流量時(shí)，主泵出口處的靜水壓就是系統(tǒng)的最大工作壓力。

2.2 動(dòng)水壓P動(dòng)

除“靜水壓”之外的各種壓力表述，如工作壓力、水壓、動(dòng)水壓、供水壓力等，均屬于動(dòng)水壓的概念。動(dòng)水壓，指生活給水系統(tǒng)處于供水狀態(tài)時(shí)，各系統(tǒng)點(diǎn)的水壓（即此處“原靜水壓”減去“供水設(shè)備至此處的總水頭損失”）。

數(shù)值上靜水壓等于動(dòng)水壓和前端管路總水頭損失之和，故系統(tǒng)某點(diǎn)上動(dòng)水壓（P動(dòng)）不可能大于靜水壓（P靜）。當(dāng)給水系統(tǒng)處于最大設(shè)計(jì)流量時(shí)，最不利點(diǎn)的動(dòng)水壓達(dá)到最小值，故此時(shí)最不利點(diǎn)動(dòng)水壓P動(dòng)應(yīng)大于等于規(guī)范要求設(shè)計(jì)值Ps。

3 高層住宅給水分區(qū)要點(diǎn)分析

3.1 最不利點(diǎn)動(dòng)水壓

圖1 水龍頭流量與工作壓力關(guān)系

依據(jù)《建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50016 – 2003（2009版）第3.1.14條，一般選取衛(wèi)生間內(nèi)的混合閥淋浴器處，或者熱水器處，兩者取最不利點(diǎn)。各個(gè)分區(qū)內(nèi)最不利配水點(diǎn)的水壓首先應(yīng)滿(mǎn)足水壓需求，混合閥淋浴器，最低工作壓力不小于0.05～0.10 MPa，如圖1所示?？紤]到水流還需經(jīng)過(guò)熱水器，故將最不利點(diǎn)動(dòng)水壓力設(shè)定為0.10MPa是合理的，且0.10 MPa滿(mǎn)足除自閉式?jīng)_洗閥件外的配水水嘴與閥件的要求。

3.2 入戶(hù)水表前設(shè)計(jì)壓力

住宅最高層水井內(nèi)，入戶(hù)水表前設(shè)計(jì)壓力：1）可按動(dòng)水壓考慮，系統(tǒng)最大流量時(shí)，P動(dòng) = 0.15Mpa（其中含入戶(hù)水表后管路水損，按5m計(jì)）。通過(guò)幾個(gè)代表性工程計(jì)算后的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，入戶(hù)水表前至戶(hù)內(nèi)最不利點(diǎn)水損，在最大設(shè)計(jì)流量下，一般不會(huì)超過(guò)5m。但當(dāng)住宅戶(hù)內(nèi)衛(wèi)生間較多、入戶(hù)管徑較小時(shí)，需復(fù)核戶(hù)內(nèi)管路水損；2）或按靜水壓考慮，系統(tǒng)零流量時(shí)，P靜 = 0.20～0.25MPa（系統(tǒng)最大設(shè)計(jì)流量時(shí)，最不利水表處至泵房供水設(shè)備出口之間的管路總水頭損失，按管網(wǎng)規(guī)模宜控制在5～10m之間。當(dāng)超過(guò)10m時(shí)，應(yīng)放大相應(yīng)管道直徑，降低管路總水頭損失）。

設(shè)計(jì)過(guò)程中，可繪出供水模型：1）按最大設(shè)計(jì)流量時(shí)最不利點(diǎn)水表前動(dòng)水壓P動(dòng)= 0.15 MPa全程計(jì)算，計(jì)算結(jié)果可靠度高，但計(jì)算步驟繁瑣，本方法推薦工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)較少者使用，以便更加系統(tǒng)準(zhǔn)確地掌握計(jì)算原理，打下良好的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)；2）按系統(tǒng)零流量時(shí)最不利點(diǎn)水表前靜水壓P靜= 0.20～0.25 MPa估算，估算結(jié)果存在誤差，但快捷方便，適合工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)豐富者使用，可節(jié)約設(shè)計(jì)工期，在保證供水安全的前提下減少工作量。

表1所示，是目前生活給水管道中水的流動(dòng)速度。表2所示，是以符合管道水流速最大要求時(shí)，單位管道長(zhǎng)度的最大沿程水頭損失。

3.3給水分區(qū)最大層數(shù)

依據(jù)《建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50016-2003（2009版）第3.3.5 -1條、《民用建筑節(jié)水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB 50555-2010第4.1.3條，規(guī)定：“各分區(qū)最低衛(wèi)生器具配水點(diǎn)處的靜水壓不宜大于0.45MPa”。

按住宅層高3m計(jì)，分區(qū)最大層數(shù)：[0.45-（0.20～0.25）]/0.03 = 8～7層。（當(dāng)最不利水表前靜水壓P靜按0.20Mpa計(jì)時(shí)，分區(qū)層數(shù)不宜超過(guò)8層；當(dāng)最不利水表前靜水壓P靜按0.25Mpa計(jì)時(shí)，分區(qū)層數(shù)不宜超過(guò)7層）

依據(jù)《建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50016-2003（2009版）第3.3.4條規(guī)定 “衛(wèi)生器具給水配件承受的最大工作壓力，不得大于0.6Mpa”。

按住宅層高3m計(jì)，分區(qū)最大層數(shù)：[0.60-（0.20～0.25）]/0.03 = 13～11層。（當(dāng)最不利水表前靜水壓P靜按0.20Mpa計(jì)時(shí)，分區(qū)層數(shù)不得超過(guò)13層；當(dāng)最不利水表前靜水壓P靜按0.25Mpa計(jì)時(shí)，分區(qū)層數(shù)不得超過(guò)11層）

結(jié)論：住宅按3m層高計(jì)，分區(qū)層數(shù)宜控制在7至8層之內(nèi)，且應(yīng)等分分區(qū)（即各分區(qū)樓層相等）；分區(qū)層數(shù)不得超過(guò)11至13層。不應(yīng)在支管上選用既減動(dòng)壓、又減靜壓的減壓閥來(lái)增加分區(qū)樓層數(shù)量，應(yīng)考慮減壓閥失效的情況下，依然能滿(mǎn)足規(guī)范要求。

3.4減壓閥的設(shè)置

減壓閥最小減壓差：P1–P2≥0.1 MPa。給水分區(qū)內(nèi)設(shè)置入戶(hù)支管減壓閥時(shí)，按頂層最不利點(diǎn)水表前動(dòng)水壓0.15Mpa計(jì)，每個(gè)分區(qū)最上面4層可不設(shè)減壓閥（從上往下第4層水表前動(dòng)水壓約0.24MPa），第5層（0.27Mpa）開(kāi)始設(shè)置，閥后壓力0.15 Mpa（可調(diào)式減壓閥，壓差0.12MPa），第6層閥后壓力0.18 MPa，第7層及以下層，閥后壓力0.18 MPa。注意此時(shí)減壓閥后的壓力都是動(dòng)水壓，即在最大設(shè)計(jì)流量出現(xiàn)的情況下。如果現(xiàn)在系統(tǒng)變?yōu)榱懔髁繝顟B(tài)，減壓閥前后的壓力表讀數(shù)均會(huì)升高到靜水壓值。

設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮實(shí)際情況，因?yàn)槿粘Ｓ盟^(guò)程中，大部分情況是一些非最大設(shè)計(jì)流量和一些零星流量（睡眠時(shí)間）用水，出現(xiàn)最大設(shè)計(jì)流量用水的情況很少，即使出現(xiàn)，持續(xù)時(shí)間也很短，居民用水情況如圖2所示。那么在非最大設(shè)計(jì)流量的情況下，未設(shè)置減壓閥的入戶(hù)支管就有可能出現(xiàn)超壓情況。而不按最大設(shè)計(jì)流量設(shè)置減壓閥，會(huì)導(dǎo)致設(shè)置減壓閥的層數(shù)增加，并且在出現(xiàn)最大設(shè)計(jì)流量時(shí)，頂部幾層設(shè)減壓閥的樓層會(huì)出現(xiàn)水壓不足的情況。筆者認(rèn)為，用水器具可能超壓0.20MPa的情況是無(wú)法從根本上杜絕的，因?yàn)榭紤]最大設(shè)計(jì)流量下和極端情況下，管路水損差距很大。除非是增大水泵揚(yáng)程，全部支管均設(shè)置可調(diào)式減壓閥，這顯然不合理。相對(duì)于住戶(hù)用水安全相比，給水分區(qū)上面幾層未設(shè)減壓閥的住戶(hù)用水點(diǎn)稍微高過(guò)0.20MPa并不違反《民用建筑節(jié)水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》第4.1.3條 “分區(qū)內(nèi)低層部分應(yīng)設(shè)減壓設(shè)施保證各用水點(diǎn)處供水壓力不大于0.2 0Mpa”的規(guī)定。節(jié)水，固然重要，但前提是不以犧牲住戶(hù)用水安全為代價(jià)。

圖2住宅小區(qū)日用水量變化圖

3.5供水設(shè)備的設(shè)置

不同給水方式對(duì)能耗的影響十分顯著。通常有并聯(lián)、串聯(lián)、減壓分區(qū)3種供水方式。1）并聯(lián)分區(qū)供水方式占用較多建筑使用面積，增加建筑投資；2）串聯(lián)分區(qū)給水方式節(jié)能效果好，且對(duì)高壓水泵的要求低，缺點(diǎn)是安全性低，設(shè)備過(guò)于分散，大幅提升建筑結(jié)構(gòu)負(fù)荷；3）減壓分區(qū)給水方式節(jié)能效果差，減壓裝置耗能過(guò)高。目前工程實(shí)踐證明，節(jié)能效果最好的是并聯(lián)分區(qū)給水。

住宅給水系統(tǒng)原則上每個(gè)給水分區(qū)獨(dú)立設(shè)置一套供水設(shè)備。當(dāng)兩個(gè)給水分區(qū)流量較小，均小于20m3/h時(shí)，且合用一套設(shè)備總流量不超過(guò)30m3/h，宜兩區(qū)共用一套供水設(shè)備；當(dāng)一個(gè)給水分區(qū)的流量較大，大于90m3/h時(shí)，宜分成兩套同型號(hào)設(shè)備并聯(lián)供水。供水設(shè)備的服務(wù)半徑（按最不利點(diǎn)沿程管路長(zhǎng)度計(jì)），不宜大于300m。

隨著增壓給水技術(shù)的發(fā)展，新型串、并聯(lián)給水方式逐漸被應(yīng)用，該給水方式是在用水低峰期高區(qū)和低區(qū)水泵串聯(lián)工作，用水高峰期變?yōu)椴⒙?lián)工作。

4 小結(jié)

住宅生活給水合理的分區(qū)供水，能夠有效降低能耗，符合現(xiàn)代建筑節(jié)水節(jié)能設(shè)計(jì)理念。相關(guān)設(shè)計(jì)人員應(yīng)在工程實(shí)踐中，應(yīng)對(duì)給水系統(tǒng)分區(qū)進(jìn)行不斷的完善、改進(jìn)和創(chuàng)新，提高給水系統(tǒng)工作效率，確保用水安全的同時(shí)又真正的節(jié)水節(jié)能。

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