某住宅小區管道直飲水系統設計

陳建勛 胡雨前

浙江省省直建筑設計院

1 我國管道直飲水系統發展現狀

隨著我國經濟技術與基礎建設的不斷騰飛發展，人民群眾對于美好生活的需求也日益提高，尤其是在用水的要求方面，原有的對生活沖洗的簡單要求正逐步向更高水質、更穩水壓、更穩流量的高品質用水需求發展。

管道直飲水本質就是分質供水，管道直飲水系統作為一種獨立提升用水品質的系統，已廣泛應用于大型體育場館項目及高檔公建項目，在我國發達地區，例如深圳、廣州、上海等地區已有使用。根據項目的不同使用要求，管道直飲水供水系統又可分為分散式及管網式兩種，例如大型公建，做法多為分散設置，在需要的點位設置直飲水機對市政水進行處理以滿足直飲水水質要求；住宅多為住戶自主購買廚下式直飲水設備或購置大桶飲用水，滿足廚房用水及日常飲用水需求。

盡管如此，家用直飲水設備存在以下突出問題：首先，設備廠家參差不齊，很多無涉水證產品流入市場，導致水質安全事故的發生；其次，家用直飲水設備產水率低，市面設備產水率多為2:1甚至更低，造成水資源的浪費；最后，家用直飲水設備維護成本高，濾芯每年需更換一次，反滲透膜每三年需更換一次，每年成本近千元。

如今，隨著我國二次供水技術的不斷發展，特別是大智慧水務系統的應用，間接帶動了管道直飲水技術的發展，在水質遠程監測、壓力監測及系統控制方面提升了效率及自動化程度，后期的運行及維護費用也達到一種可以接受的程度。本工程對住宅集中式管道直飲水系統進行了探索，希望作為高檔住宅的配置亮點，慢慢成為一種住宅常規配置內容。

2 工程概述

本項目為高級別人才配套住宅工程，以滿足日常舒適便捷的住宅體驗為設計初衷，基地位于杭州市西湖區。總用地面積17380m2，項目地上部分建筑為住宅與相關配套公建，共計5幢以17層（建筑高度59.15m）和23層（建筑高度77.65m）單元式和點式住宅組成，總建筑面積20500m2，戶內為精裝修工程，廚房預留直飲水龍頭一個，供住戶直飲或餐廚使用，管道直飲水設備機房設置于地下室二層。

本工程施工圖設計于2018年6月完成，于2020年5月完成管道試壓及調試，7月完成竣工驗收，即將交付住戶。

3 設計要求

本工程設計滿足《建筑與小區管道直飲水系統技術規程》（CJJ/T 110—2017）及《建筑給水排水設計規范》（GB 50015—2003）（2009年版）等相關國家規范和標準的要求。

本工程設計用水總人數按240戶（840人）設計；最高日用水定額（qd）因所在地區及品質要求依據“規程”3.0.2條小注提高至5L/人·D；經計算最高日用水量為：4.2m3/d；每戶預留一個直飲水專用水嘴，額定流量為0.06L，直飲水專用水嘴最低工作壓力大于0.03MPa。制水設備產水量按1.0t/h設計，產水率＞75%，定時啟動，每天管網全循環次數不小于2次。供水泵兼做循環泵，每天運行時間＞6h。本工程原水為市政自來水，用水點水質符合現行行業標準《飲用凈水水質標準》（CJ 94—2005）及《生活飲用水衛生標準》（GB 5749—2006）中的相關規定。

4 處理工藝流程設計

4.1 預處理及主工藝

直飲水多采用膜處理技術，例如微濾MF、超濾UF、納濾NF和反滲透R.O系統。因本工程原水為杭州市市政自來水，硬度及鹽度含量較低，根據原水水質及處理后水質，經過經濟技術比較后，預處理工藝選用多介質過濾+活性炭過濾，主工藝選用納濾，在保證產水率的同時，也保留了水中對人體有益的微量元素。

表1水處理工藝適用表

4.2 消毒工藝

消毒工藝分為回流水消毒及膜后水處理兩種。為了保證管道內水質不變質，膜后水消毒采用了臭氧消毒的方式，產品水中臭氧殘留量濃度不小于0.01mg/L，并設置臭氧尾氣排放裝置；回流水消毒則采用了過流紫外線消毒方式，有效計量不小于40mJ/cm2。

4.3 工藝流程

工藝流程原理：市政自來水補入原水箱內，原水經原水增壓泵增壓后依次通過多介質過濾器及活性炭過濾器，去除原水中雜質完成預處理；后經三級保安過濾器去除前置破碎的活性炭后經高壓泵加壓提升至納濾主機，出水補入純水箱；膜處理后水貯存于純水箱內，為保證系統內水質長期穩定，定時通過臭氧消毒系統對純水箱內水質進行調整處理。成品水經變頻供水泵經直飲水管網接至用戶，回流水經過流紫外線在線消毒后回流至純水箱內。

圖1 工藝流程圖

5 管道系統設計

本工程因各單體高度不一致，為滿足回水壓力平衡，管線采用主管循環，回水管單獨回水的方式，變頻供水泵后主管設置總電子流量計一只，每座單體立管底部設置檢修閥及止回閥，1#3#號樓立管設置于管道井內，2#4#5#號樓因水表設置于管井內會導致支管長度大于6m，故立管設置于樓梯間內。水表箱暗敷于樓梯間靠近廚房的墻體，設計原則以最短距離接入戶內廚房。每戶設置IC卡式遠傳水表，避免設置于戶內，導致人為損壞的發生。

圖2 直飲水管線平面圖

圖3 直飲水系統管理圖

為滿足分區最低水嘴處的凈水壓力不大于0.35MPa，每8層為一個分區，分別于頂層及每8層底部設置減壓閥組，閥后壓力0.12MPa。

各單體回水管在機房內匯合至DN100的總管后進入在線紫外線消毒裝置，最后回流至純水箱內。回流支管隨水流方向依次設置流量調節閥、電磁閥、電磁流量計。

設置流量調節閥的必要性：因變頻供水泵兼做了循環泵，在整體系統循環過程中為了滿足各回水支管流量及壓力的平衡，可通過流量調節閥進行更直觀的控制。

6 管件及閥門的

管道直飲水系統常用管材有不銹鋼管、鋼或鋁塑復合管、塑料管等。不銹鋼管具有壽命長、耐腐蝕、耐酸堿、安全可靠的特點。雖一次投資相對較高，但根據吳文靜（2007）的相關研究結論，不銹鋼管的有效壽命可達50年以上，而塑料管及復合管有效壽命一般在10~15年，從長期維護及使用來看，全壽命成本較其他管材而言優勢較為突出，為了滿足高品質要求，凡與水接觸的部件均采用了與管材相同材質，包括水罐、閥門、水泵、水處理設備、水表等。

具體型號選擇時參考《建筑給水排水薄壁不銹鋼管連接技術規程》（CECS277:2010），比較具體型號時，《規程》推薦奧氏體不銹鋼可選用S30408（SUS304）、mO403（SUs304L）、S31608（SUS316）和S31603（sUS316L），304及304L型不銹鋼可滿足一般冷、熱水供水系統，但當用于直飲水系統，歐美發達國家較少采用，故不做為優先選擇，考慮到316L成本較高，故本工程采用奧氏體不銹鋼316型（o6Cr17Ni12Mo2），連接采用卡壓式連接及氬弧焊連接方式。

7 水質監測及管理模式

為了體現建筑智慧、節水、節能的宗旨，更加注重以信息技術作為支撐，體現精細化的管理模式，更好地為管理人員及用戶提供便利，管道直飲水系統的管理模式借鑒了二次供水的相關管理模式及理念。設備機房內制水設備設置就地手動和遠傳控制系統，并具備電子化控制流程全自動制水及全自動反沖洗流程，機房無人值守，實時運行情況遠傳至值班室內顯示。值班室內顯示的遠傳信號還包括：各水泵運行情況、水處理設備產水量、水箱實時液位，方便值班人員實時觀察系統運行情況，并及時處理突發情況。機房內配備檢測項目及水質在線監測系統：在回水管道末端在線監測回水渾濁度、pH值、臭氧殘留量、余氯等參數。

因城市小區直飲水系統還未普及，可預留未來接入市政二次供水系統的接口，保留由水務公司統一管理的可能性。

8 投資及成本分析

本工程建設成本主要體現在水處理設備、配水管網工程、末端計量及用水設備工程、人工費四個方面。水處理機房所含泵組、水箱、水處理主機等含運費及調試費用，總計造價20萬元；316薄壁不銹鋼管及管道配件支架等，總計造價35萬元；末端計量及供水設備，所含遠傳水表及龍頭配件等，按照400元每戶，總計造價9.6萬元；人工費總計15萬。

上述費用總計79.6萬元，平攤至每戶，初裝造價為3316.67元，由此可見，管道直飲水系統相較于家用直飲水機，首次初裝費用相差不大，后續由物業實行管理，運行費用分攤至每戶，住戶獲得優質直飲水的同時省去了維護管理的麻煩。

9 遇到設計問題及解決方式

設計中遇到的問題主要體現在以下兩點。

（1）循環管路的設計上，直飲水管路普遍管徑較小，長距離的輸送及管線彎頭導致沿程阻力損失很大，樓棟數多回水壓力不平衡。解決方式如下：通過回水末端調節流量閥來合理分配流量，控制各管路水頭損失在可控制范圍內，保證各回水支管壓力接近，避免出現管路死水及壓力不足的情況。

（2）如何在不影響用戶用水的同時保證整個管網的水壓及水質，管道水全循環自動運行邏輯解決方法如下。

工況1：管路非循環時段，回水管上的電磁閥自動關閉，用水高峰期由變頻供水泵運行滿足用水點壓力，用水低谷時，由穩壓罐維持系統內壓力，當管網壓力不足時，供水泵啟動。

工況2：管路定時循環時段，回水管上的電磁閥開啟，管路開始循環，水泵一次運行時間由管路內總容積的2倍除水泵流量確定，保證全管網水循環一遍再停泵進入穩壓狀態。

回顧整個設計過程，管道直飲水系統相較于傳統給水系統設計最大的區別在于采用多種措施保證水質安全。隨著相應管材及水質在線檢測技術的發展，保證水質的同時盡可能降低系統整體造價及運行費用成為未來管道直飲水系統的研究重點，更好地讓管道直飲水系統走進尋常百姓家，讓百姓更方便、更放心地喝水是作為水專業設計從業者最終的職業追求。