淺析建筑給水系統(tǒng)設計計算中的若干要點

傅國

（甘肅省建設設計咨詢集團有限公司，甘肅 蘭州730000）

長期以來，建筑給水系統(tǒng)的設計計算由于種種原因經常被本專業(yè)設計人員所輕視，加之部分圖紙審查機構對這部分設計計算內容要求不高，為了縮短設計工期、節(jié)約設計成本，設計人員對一些計算要點的原理理解的不夠透徹，草草按照自己的理解進行設計計算，導致在實際工程中會對工程造價產生不確定性，甚至會造成大幅上升，給投資和社會資源帶來一定浪費。以下就建筑給水系統(tǒng)的部分計算要點展開分析。

1 建筑物生活給水引入管設計流量的計算要點

根據(jù)《建筑給水排水設計標準》GB50015-2019 中第3.7.4 條[1]之規(guī)定，對于單體建筑的室內生活給水引入管設計流量的計算：當其室內生活用水完全使用室外生活給水管道直供時，應以該建筑的室內生活用水設計秒流量為取值標準；當其室內生活用水完全使用自行二次加壓供水時，應為調節(jié)貯水池的設計補水量，且該水量不宜大于該單體建筑的最高日最大時用水量，并不得小于該單體建筑的最高日平均時用水量；當其室內生活用水同時使用室外生活給水管道直供和自行二次加壓供水時，應為上述兩種方法分別計算各自設計流量后，以兩者計算結果之和作為其生活給水引入管設計流量。

以圖1 為例進行簡要計算說明：

圖1 某建筑給水系統(tǒng)計算簡圖

根據(jù)圖1 所示：該建筑的室內生活給水系統(tǒng)為同時使用室外生活給水管道直供和自行二次加壓供水的情況，故其室內生活給水引入管流量Q應為直供樓層（1 至3 層）的設計秒流量q1與自行加壓供水樓層（4 至6 層）所使用的調節(jié)貯水池的設計補水量q2之和，又有設計補水量q2不宜大于自行加壓供水樓層的最高日最大時用水量qh，并不得小于自行加壓供水樓層的最高日平均時用水量qj，即：

這里特別需要注意的是，上述貯水池一定是具有水量調節(jié)功能的，其有效容積滿足一定時間內生活用水量的需求。而當貯水池不具有水量調節(jié)功能時，上述計算結果并不成立，原因是：若貯水池不具有水量調節(jié)功能，其僅相當于一個吸水池的作用，一般情況下貯水池的有效容積不小于最大一臺工作水泵或多臺同時工作水泵3 分鐘的設計流量，由此得出不具有水量調節(jié)功能的貯水池無法滿足供給一定時間內生活用水量的需求，此時相當于水泵與管道直接連接，水泵直接從管道內抽水輸送至用水點，即該建筑室內生活用水全部由室外生活給水管道直供（其中4 至6 層為疊壓供水），q2在數(shù)值上應等于4 至6 層的設計秒流量（也是水泵流量qb），這種情況下的室內生活給水引入管流量Q 應為直供樓層（1 至3層）的設計秒流量q1與疊壓供水樓層（4 至6 層）的設計秒流量qb之和，即：

2 對于建筑物生活給水加壓水泵設計流量的計算要點

同樣依據(jù)《建筑給水排水設計標準》GB50015-2019 中第3.9.2條[1]之規(guī)定，以高位水箱供水作為調節(jié)生活給水系統(tǒng)的建筑物，由于高位水箱的有效調節(jié)容積與該水箱加壓泵設計流量成反比關系，因此加壓水泵的供水能力（設計流量）應大于等于該水箱供水服務區(qū)域內的最大小時用水量；第3.9.3 條之規(guī)定，以變頻調速泵組（加壓泵組）作為生活給水系統(tǒng)供水方式的建筑物，其變頻調速泵組（加壓泵組）的供水能力（設計流量）應滿足該生活給水系統(tǒng)設計秒流量的要求。

這種單獨以高位水箱調節(jié)或者變頻調速泵二次加壓供水的生活給水系統(tǒng)很常見，詳見圖2、圖3。

根據(jù)圖2 所示：該系統(tǒng)加壓泵的設計流量qb應大于等于該水箱供水范圍內的最大小時用水量Qh，即：

根據(jù)圖3 所示：該系統(tǒng)變頻調速泵組的設計流量qb應滿足該生活給水系統(tǒng)設計秒流量qg，即：

圖2 高位水箱調節(jié)供水系統(tǒng)

圖3 變頻調速泵組供水系統(tǒng)

但以高位水箱與變頻調速泵組相結合的生活給水系統(tǒng)（圖4）的高位水箱提升泵的設計流量不能簡單的相加求和。這種供水方式多用在超高層公共建筑的給水系統(tǒng)設計中，高位水箱除了承擔低區(qū)用戶的重力供水任務外，還承擔著高區(qū)用戶用水的供水水源作用。

圖4 高位水箱與變頻調速泵組相結合的生活給水系統(tǒng)

這種供水形式看似復雜，其本質還是以高位水箱供水作為調節(jié)生活給水系統(tǒng)的建筑物，即使高位水箱后連接了多種供水系統(tǒng)，實際還是通過高位水箱進行供水，故高位水箱提升泵的設計流量qb1應大于等于該水箱供水范圍內重力供水區(qū)域的最大小時用水量Qh低與高區(qū)變頻調速泵組供水區(qū)域的最大小時用水量Qh高之和，即：

3 對于建筑物生活用水中間水箱有效容積的計算要點

生活用水中間水箱的主要作用是：在超高層建筑豎向分區(qū)串聯(lián)供水中，它既承擔著中間轉輸?shù)淖饔?，又作為其下部服務區(qū)域重力供水的高位水箱。圖5 是一個典型的具有前述兩種作用的生活用水中間水箱。

依據(jù)《建筑給水排水設計標準》GB50015-2019 中第3.8.4 條之規(guī)定，采用水泵和高位水箱聯(lián)合供水（即水泵聯(lián)動提升進水）且水泵由高位水箱自動控制啟停時，活用水中間水箱的調節(jié)有效容積不宜小于供水服務范圍內最大時用水量的一半。當采用串聯(lián)供水方案時，如水箱除本供水區(qū)域用水外還供上區(qū)提升泵抽水時，其水箱的有效容積應儲存3～5 分鐘的提升水泵的出水量。若為中途轉輸專用時，水箱的有效容積除需滿足本區(qū)域用水外，還應儲存5～10分鐘的轉輸水泵出水流量[2]。

圖5 生活中間水箱系統(tǒng)圖

在圖5 所示的A情形中，中間水箱后既存在向高位水箱供水的轉輸功能，同時又對低區(qū)用水區(qū)域進行重力直供，顯然中間水箱有供水部分的生活調節(jié)容積，因此其有效容積V應不小于供水服務區(qū)域樓層最大時用水量0.5Qh低與高位水箱提升水泵（qb2）3～5 分鐘的流量之和，即：

而在圖5 所示的B情形中，中間水箱后僅存在向高位水箱供水的轉輸功能，不具有調節(jié)水量功能，因此其有效容積V應為高位水箱提升水泵（qb2）5～10min 的流量，即：

V≥（5～10min）qb2=（5～10min）qg，其中qg為用水區(qū)域設計秒流量

4 對于給水管道水頭損失的計算要點

水頭損失作為管道水力計算研究的重要對象，它對整個給水系統(tǒng)所需的系統(tǒng)水壓、水泵揚程計算以及二次供水（提升）設備的選型起著非常關鍵的作用，因而計算水頭損失是給水管道水力計算的核心內容之一。一般情況下，組成一個建筑給水系統(tǒng)的管道很長，管道節(jié)點也很多，這樣水頭損失計算過程也會較其它計算顯得更為復雜。因此大部分工程設計人員在計算水頭損失時都會采用估算法、經驗法，這樣在某些情況下會造成計算偏差甚至錯誤的出現(xiàn)。

圖6 生活給水系統(tǒng)原理圖

例如圖6 為一建筑的生活給水系統(tǒng)原理圖，市政給水管在a點的變頻調速泵入口處的壓力為0.15MPa，水頭損失iab=2.5kPa/m，ibc=2.0kPa/m，ibd=1.2kPa/m，管長Lab=20m，Lbc=40m，Lbd=50m，且管段bc 和管段bd 所連接衛(wèi)生器具的類型和數(shù)量全部一樣，試計算找出最不利配水點。

如圖所示，管段ac 和管段ad 的閥門、衛(wèi)生器具類型和數(shù)量完全一致，故說明這兩段管道的局部水頭損失是相同的，所以僅計算各自對應的沿程水頭損失即可，大者即為最不利配水點。

在設計過程中，設計人員往往圖省事，或者根據(jù)自己的經驗，會挑選管道線路最長的那一段為最不利管段，則此管段的末端一定是最不利配水點。上圖中管線最長者為管段ad，因此認為d 點是所求最不利配水點。

為了驗證經驗法是否正確，下面按照計算法進行計算驗證：

給水管道沿程水頭損失按下式（1）[3]計算：

管段ab 為公共管道，那么顯然hab+hbc>hab+hbd，管段ac 為最不利管段，故c 點為最不利配水點。

造成設計人員經驗法出現(xiàn)錯誤的原因是忽略了管段bc 和管段bd 的單位長度水頭損失是有差別的，這證明這兩段管道的管材是不同的，或是相同管材的使用時間有著較大差別，導致管道的單位長度水頭損失不一樣。僅僅簡單認為管段長度長的那條管道水頭損失一定大就草草下了結論，這樣在下一步計算變頻調速泵揚程時會偏小，進而造成c 點的水壓不足，給用戶用水的安全性和使用舒適程度上帶來不便。

綜上所述，筆者對建筑給水系統(tǒng)設計計算過程中的一些計算要點進行了簡要闡述、實例分析和總結歸納，希望能為工程設計人員在日常工作中遇到類似問題時帶來一些思考和啟發(fā)。建筑給水系統(tǒng)的設計計算還有很多既復雜又容易出錯的內容，在平時的設計工作中我們還是要不斷的積累經驗，學習和研究相關標準、規(guī)范。