高層建筑給水系統的節能及優化設計研究

艾怡霏

（北京中環世紀工程設計有限責任公司，北京100097）

1 引言

在以往的高層建筑給水系統設計中，節能設計十分有限，即使是一些比較專業的節能措施，也僅僅是強調對于節水器具的使用，節能節水效果并不理想。新時期，伴隨著科學技術的快速發展，可持續發展得到了先進技術的支撐，可以通過利用先進技術和設備的方式，對高層建筑給水系統進行節能和優化設計，以更好地適應時代發展提出的新要求。

2 高層建筑給水系統運行現狀

當前，高層建筑中的給水系統在運行中基本能夠滿足用戶的用水需求，但也存在很多問題，引發了水資源和能源的浪費現象，必須得到足夠的重視。

2.1 超壓出流

超壓出流，簡單來講，就是在對給水系統中的配件進行選擇時，沒有充分考慮實際情況，導致配件本身在工作前的恒壓超過了工作運用的最低壓力，導致單位時間內水流量超出限定流量。超壓出流問題在給水系統中無法完全避免，并不會影響高層建筑的用水需求，不過這種情況會影響水量的正常分配，也可能會引發管道松動，造成漏水問題【1】。另外，高層建筑給水系統中一般都設置有水泵，超壓出流會導致水泵運行壓力的增大，也會帶來較大的電能損失。

2.2 設備損壞

給水系統中的各類配件在使用過程中會受到各種因素的影響，一旦出現損壞，會導致水量的浪費，這一點在地下管道中表現得尤其明顯，而且地下管道的滲漏容易被忽視，從而使得水資源浪費的增加。

2.3 結構不當

如果高層建筑中給水系統的結構設計不合理，則會導致水資源給水分區的不合理分布，無論是積水結構不合理還是水泵選擇不恰當，都會引發水資源浪費的問題。這個問題主要是會給水資源和電能同時帶來雙重浪費，必須得到設計人員的高度重視。

3 高層建筑給水系統節能及優化設計

伴隨著城市化進程的加快，人們的生活水平不斷提高，對于建筑給水系統的運行穩定性和節能性提出了更高的要求，需要做好高層建筑給水系統節能及優化設計。這可從以下4方面著手。

3.1 明確優化方向

先對超壓出流問題進行解決，考慮經濟性和適用性，在實現節能目標的同時，降低成本投入；重視節能節水設備的選擇和應用，在合理選擇零部件的同時，也應該做好新型零部件的開發工作，提升其技術含量，以先進技術和新型材料為支撐，保障高層建筑給水系統的穩定節能運行；在充分考慮高層建筑給水條件以及環境影響的情況下，對建筑給水方式進行合理選擇，滿足建筑用水需求的同時，實現能源與資源的節約；可以借助計算機軟件，針對給水管網整體進行優化，確保高層建筑給水系統能夠與市政水利管網中的其他設備配合使用，達到良好的節能節水效果【2】。

3.2 系統整體優化

做好合理分區。在高層建筑給水系統中，應該做好合理分區，確保衛生器具給水配件最大工作壓力不超過0.60MPa，各個分區中的靜水壓力不會超過0.45MPa，即使是存在特殊情況，如設置有集中熱水系統，最大靜水壓力也不能超過0.55MPa。生活給水系統的用水點供水壓力不宜大于0.20MPa，同時，滿足衛生器具工作壓力的需求。住宅入戶管供水壓力不應大于0.35MPa，如果入戶管的水壓超過了0.35MPa，則需要設置好相應的減壓閥或者調壓設施，以降低管道壓力，避免在使用過程中出現管道爆裂的問題。減壓閥設定最佳壓力為0.20MPa，如果不設置減壓閥層，則壓力的設定需要控制在0.20～0.35MPa。

做好減壓閥設置。從保證減壓效果的角度，應該在減壓閥前設置相應的控制閥和過濾網，必要時還應該增加壓力表，在減壓閥后同樣應該安裝壓力表和控制閥，減壓閥的位置應該合理選擇，為后續的數值讀取和維修提供便利。給水分區使用的減壓閥可以采用2組并聯設置的方式，不設置其他旁通管。在對減壓閥進行選擇時，應該考慮實際情況，如果是豎向分區，應該優先選擇比例式減壓閥或者可調式減壓閥。如果是對入戶管或者配水支管進行減壓，可以使用可調式減壓閥，確保減壓閥減壓前后的壓差不會超過0.4MPa，一些對于環境安靜度要求較高的場所，更是應該將這個差值控制在0.3MPa以內。如果使用比例式減壓閥，則在對減壓閥比例進行設定時，應該盡量小于3∶1。

3.3 給水方式優化

現階段，在高層建筑給水系統中，比較常用的給水方式有4種。

3.3.1 直接給水

可以從市政給水管網直接向高層建筑供水，是最為簡單同時也最具經濟性的給水方式，結構簡單，可以借助市政管網的壓力實現高層供水，節能效果顯著。不過，因為建筑給水系統內部沒有儲備水量，一旦市政管網停水，室內也會立即斷水，因此，這種方式適用于建筑內部無特殊用水需求的情況【3】。

3.3.2 水泵水箱聯合給水

水泵可以隨時向水箱供水，水箱不需要選擇過大的容積，而且在水箱的調節作用下，水泵可以保證穩定的出水量，維持高效運行。這種給水方式相對復雜，管理難度大，而且水箱在增加投資的同時，也會帶來水質的二次污染問題，適用于市政管網壓力無法滿足建筑給水管網需求的情況。

3.3.3 氣壓給水

封閉性的系統保證了水質的清潔，而且具備一定的儲水能力，可以在建筑任意位置設置水箱，更加靈活。當然，氣壓給水會帶來水壓的劇烈波動，而且水泵平均效率偏低，能耗大，甚至還存在一定的安全問題，適用于市政管網無法滿足建筑供水壓力，室內用水不均勻且無法設置高位水箱的情況。

3.3.4 變頻調速泵給水

建筑不同區域給水相互獨立，安全性強，而且集中設置的升壓設備能夠為管理和運行維護提供便利，因為不需要使用水箱，大大降低了給水系統的占地面積。

缺陷在于給水泵揚程大、設備的設置和維護成本較高，適用于幾乎所有高層建筑。從技術人員的角度，應該綜合考慮高層建筑的實際情況，做好合理選擇，在保證給水穩定性的同時，實現節能降耗。

3.4 給水設備優化

以變頻調速水泵的優化為例，在對水泵型號和參數進行選擇的過程中，應該結合高層建筑的給水需求，配備效率較高，電機功率較小的水泵，而在水泵搭配環節，需要對照相應的流量范圍以及流量變化范圍的比例關系，對水泵組的數量進行確定，一般需要設置2～4臺主泵以及至少1臺供水能力不小于最大主泵的備用泵。當多臺泵組同時運行時，可以選擇其他1臺變頻運行，其他所有泵組工頻運行，也可以采用2臺乃至多臺泵組變頻運行的方式【4】。

4 結語

在高層建筑中給水系統的設置關系著建筑用戶的用水需求，需要得到足夠的重視。針對當前高層建筑給水系統中存在的缺陷和問題，相關人員需要做好給水系統的節能及優化設計，降低管網運行中的漏水率和能耗，為建筑節水降耗提供可靠支撐，推動建筑行業的可持續發展。