超高層建筑直飲水系統設計探討

王海港

（啟迪設計集團股份有限公司，江蘇 蘇州 215021）

1 引言

隨著我國人民生活水平日益提高，人們對自來水水質的要求也越高越嚴格，而水環境日益惡化導致常規的水處理無法完全去除水中的有害成分，自來水管網系統中存在嚴重的二次污染問題（如管道腐蝕、滲漏、結垢、沉淀、水箱未經常清洗消毒等），嚴重影響人們的身體健康。上述現狀推進了直飲水系統的發展。直飲水系統按規模可分為家用直飲水機、商業直飲水平臺、小區集中直飲水系統、城市區域直飲水系統等。北上廣深等大城市在區域直飲水系統的推廣走在全國的前列，其他各城市也推出相應的推廣管理辦法。本文結合蘇州昆山花橋國際商務城某超高層項目直飲水系統設計，總結超高層項目直飲水系統在系統分區、水箱水泵參數、水質消毒措施、回水方式等方面的水質控制措施。

2 項目介紹

本項目位于蘇州昆山花橋國際商務城核心區域，為一棟超高層建筑（建筑高度180.14 m），建筑功能：地下室共3層，為汽車庫及設備用房；塔樓1～4層為商業功能，5～40層為辦公功能，共設置3層避難層分別為11層（建筑高度45.5 m）、21層（建筑高度90.38 m）、31層（建筑高度135.26.5 m）。建筑每層設置2處直飲水點（除避難層外），每處設置一個直飲水平臺（含4組水嘴，冷熱各2組），項目水嘴數量n為296個。項目所屬花橋國際商務城提供區域直飲水水源，供水壓力0.30 MPa，水源管道供至項目紅線范圍處。

項目每層直飲水供水人數150人，直飲水供水層數為37層，總供水人數N為5 550人，最高日直飲水供水定額qd按2 L/（人·d），最高日直飲水用水量Qd=Nqd=11.1 m3/d。最高日小時變化系數Kh為1.5，用水時間T按10 h計算[1]，最大時用水量為：

項目瞬時高峰用水按式（1）計算：

式中，qs為瞬間高峰用水量，L/s；q0為水嘴額定流量，L/s，取0.05 L/s；m為瞬間高峰用水時水嘴使用數量。水嘴使用概率p：

式中，α為經驗系數，辦公樓取0.27。

經計算np≥5且n（1-p）≥5，瞬間高峰用水時水嘴使用數量m[2]：

3 供水分區

根據相關規范直飲水系統豎向分區各分區最低處配水點的靜水壓力不宜大于0.40 MPa，且直飲水嘴處壓力不小于0.05 MPa，結合項目避難層的設置位置，供水分區有3種方案供選擇，見表1及圖1。

表1 供水分區方案對比

圖1 供水分區方案簡圖

如果從設計角度考慮3個方案，還應考慮投資金額、衛生條件及運營管理等因素。但在與運營方的實際接觸和項目案例參觀中，發現運營方重視而設計方忽略的是以下4點。

1）管網設計壓力值。由于直飲水系統管徑均偏小，本項目大量都是DN15～DN25的管道，如方案一存在大量超過0.60 MPa的管道及減壓閥，運行爆管的風險較大，是導致運營中大量維修的主要因素。

2）減壓閥的設置。除了用水高峰以外，直飲水系統平時流量較小，甚至出現減壓閥無法達到開啟流量的情況，或開啟后不能有效減壓，所以運營方要求盡量減少減壓閥的使用。

3）回水的控制。回水是保證水質安全的最后保證，運營方要求不應有太多的回水管及回水管匯合回水現象，方案一和方案二回水匯合較嚴重，方案三各個區域回水相對獨立。

4）衛生條件及管理方式。參觀的項目案例均采用了先進的水質監測和現場監控設備，在線水質檢測設備將實時水質數據傳送至區域中控平臺，區域中控平臺可調取各個泵房的實時監控畫面和水質情況，確保了水質的安全可靠，同時有專業的物業公司定期對直飲水泵房進行清潔保養。3個方案的衛生條件都可得到有效的保障。

考慮上述原因，最終與運營方確認系統采用方案三，具體各分區見表2。

4 水箱容積、轉輸泵組設計

結合供水分區計算各分區用水量，見表3。

表3 供水分區系統計算表

由于項目采用多級串聯供水，頂部用水經每級水箱提升輸送，增加了飲用水的存儲及轉輸時間，提高了水質污染風險，對于各級水箱的容積設置，結合GB 50015—2019《建筑給水排水設計標準》[1]、CJJ/T 110—2017《建筑與小區管道直飲水系統技術規程》[2]，水箱有效容積按服務樓層最大時用水量的50%+轉輸水泵5 min的流量確定，轉輸水泵的流量按轉輸水泵服務樓層最大時用水量選取，地下B1水箱無服務區域，其有效容積按轉輸水泵10 min的流量確定，31層變頻加壓泵組流量按高區瞬間高峰用水量確定。各級轉輸水泵的啟停由上級水箱液位控制，并在控制中心內設置各級水箱的液位檢測、報警設備，并可遠程控制水泵的啟停。經計算各分區水箱容積及轉輸泵組參數見表4和表5。

表4 分區水箱有效容積計算表

表5 分區轉輸泵流量計算表

除對水箱水泵參數限定外，直飲水系統還采取以下措施保證水質安全。

1）直飲水機房應設置專用機房，地面、墻壁、吊頂采用防水、防腐、防霉、易消毒、易清洗的材料鋪設。地面設間接排水設施。門窗采用耐腐蝕材料制成，并配有鎖閉裝置，同時設有防蚊蠅、防塵、防鼠等措施。機房應設置通風設施。

2）直飲水系統管道采用SUS316不銹鋼水管，水箱采用SUS304-2B材質，管材、管件符合現行國家標準GB/T 14976及GB/T 14975要求，水箱、管道、水泵等均全部采用橡塑保溫。水箱采用密閉設置，配置空氣呼氣閥且不配置溢流管。

3）凈水機房內配備紫外線空氣消毒裝置及除濕機，紫外線燈按1.5W／m2吊裝設置。

經過一年的運行，上述設計可有效保證運行穩定及水質安全。

5 系統消毒及回水系統

5.1 消毒措施

由于區域直飲水在制備過程中已經過二氧化氯消毒處理，本項目在每個直飲水水箱出水口設置紫外線消毒措施進行加強消毒，設備處理量按分區最大時流量選取，紫外線有效劑量不應低于40 mJ／cm2。

5.2 回水系統設計

系統除了供回水系統嚴格按照同程式設置外，還采取了以下保證回水安全的措施。

5.2.1 回水方式

由于本項目直飲水系統大多采用重力供水，如各分區回水均回至原出水水箱，需設置較多的回水泵組及管路，為避免上述問題項目采用上級重力供水直接回至下級轉輸水箱的方式（見圖1），達到節約管路高效回水的目的。

5.2.2 循環方式

循環系統可分為定時循環和全日循環兩種。全日循環系統造價相對高，且需進行水力計算確認各閥門的壓力及系統流量，設計調試較復雜。

由于本項目為辦公建筑，用水時段相對集中、系統控制簡單，循環方式采用定時循環，加壓供水區加壓水泵兼做回水泵組。由于中區、高區采用減壓閥分區，各單獨供水分區分別回流至直飲水機房經精密過濾器后進水箱，避免壓差導致的回水不均勻現象。

5.2.3 定時循環控制方式

采用時間控制器進行回水電磁閥的控制，平時運轉時按每天開啟兩次運行（早上6點、晚上6點），確保直飲水停留時間不超高12 h，高溫期間可遠程調整每天啟動次數，根據管網容積及回水管管徑確定每次開啟時間。如供水低區，經計算直飲水管路總容積為0.084 m3，回水管管徑DN15 mm（回水流量0.396 m3/h），管路中水量全部回流時間為60×0.084/0.396=12.7 min，考慮安全因素設計回水時間取15 min，即回水閥每次按時開啟15 min。

設計過程中還采用不循環支管長度不超過3 m、每層飲水平臺增設過濾設備的措施保證末端用水的安全性。

5.3 水質檢測

設計中明確水質檢測項目種類及周期，在直飲水供水系統入口處、每層轉輸水箱處設置取樣點，并配置在線檢測設備，對濁度、pH、耗氧量、余氯等實時監控水質變化，對水質的突發變化進行預警。

6 結語

通過對本項目直飲水系統設計的總結，探討了超高層直飲水系統在分區設置、水箱容積、轉輸泵組、系統消毒、回水系統的設計要點，通過各個分區用水量計算確定轉輸水箱容積、轉輸泵組流量、回水控制時間等，確保直飲水供水系統的安全可靠。同時，在設計過程中應積極與運營方溝通，了解先進的直飲水監控與檢測技術，研究系統運行中的重點和難點，推進超高層直飲水系統不斷進步與發展。