高层建筑生活给水二次加压设计的节能措施

周述林

(中国建筑西南设计研究院,四川成都610018)

1 生活给水量用水量标准的选取

在以往的设计中，很多设计人员在不同性质建筑类型人员确定生活用水定额时，大都是取设计用水定额较大值，其主要原因是担心随着用户经济收入的增加，只要舒服、舒适，多花一些水费，多用一些水无所谓，而设计上需要且应当为多用水的情况留有余地。然而，我们知道，一旦设计用水定额偏大，设计管道在保证经济流速的前提下，其管径就会放大，对应低位调节水箱容积就会变大，所选二次加压水泵的配电功率就会增加，相应配电柜就要变大，设备占地就会加大，工程建设的一次性投资和日常设备维护费、日常水泵电耗能量也都放大了。现在，随着水作为一种资源的概念逐渐深入人心，国家对水资源的管理日益强化，节约用水已不再是一种口号。很多城市(特别是用水量大的省会城市和国家直辖市)，随着集中人口增加而带来用水量的激增，延续保质保量提供合格的自来水已成为城市管理者的一个不得不面对的问题和难题。国家标准《民用建筑节水设计标准》已经颁布实施，在这种情况下，依笔者的意见，在用水量生活给水定额标准的选取时，设计人员应对照新版《建筑给水排水设计规范》和《民用建筑节水设计标准》，结合当地的用水习惯和实际状况，选取《建筑给水排水设计规范》用水定额中间偏低值，选取《民用建筑节水设计标准》用水定额中间偏高值，使得最终确定的生活给水量、用水量标准尽可能符合《建筑给水排水设计规范》和《民用建筑节水设计标准》两个标准的要求，从设计源头节约能源和水资源，从而缩减生活给水配水管径，节省生活水泵配电功率，减省水泵日常电耗。

2 不同楼层生活供水竖向给水分区的确认

我们知道，管道承压过大，对用水器具、管道都不好。因此，《建筑给水排水设计规范》规定了建筑楼层每个竖向给水分区的承压能力范围。在设计过程中，通过水泵选型，我们经常会遇到这样的矛盾，即：当某两个相邻的竖向给水分区的二次加压水量均较小时，可能按这两个相邻竖向给水分区的二次加压水量水压分别选取的水泵的配电功率之和会大于将这两个相邻竖向给水分区作为一个加压区所选水泵的配电功率。针对这种情况，依笔者的经验，当某两个相邻的竖向给水分区的二次加压水量之和小于10.0～12.0 l/s时，宜采用将这两个相邻竖向给水分区作为一个加压区选取水泵进行二次加压，在管网布置时，将这两个相邻竖向给水分区的低区部分设置一套(一用一备)先导式减压阀组，确保减压阀组后的水压仍符合《建筑给水排水设计规范》规定的承压能力要求，不会造成用水器具水压过大浪费水量。这样做实际上更节能，同时还节省一次性投资和水泵占地，简化建筑物的生活给水管网系统。

3 竖向供水二次加压系统供水方式的选择

《建筑给水排水设计规范》规定：生活给水加压系统采用变频水泵供水系统，水泵出水流量应按设计秒流量取值，系统如采用低位水泵加高位水箱的联动供水系统，水泵出水流量应按设计最大时流量取值；一般说来，设计秒流量是设计最大时流量的2.5～3.0倍，水泵出流量大，能耗必然就大，管道的管径和阻力必然就大；因此，在有条件时，设计人员在进行系统设计时，应有优先考虑加压系统选择低位水泵加高位水箱的联动供水系统。当然，这里存在一个“有条件”的前提。什么是“有条件”？依笔者的理解，以下几种情况都可以按符合“有条件”进行处理。

(1)当建筑物在最高、最不利用水点的上方允许设置高位水箱，市政水压可以满足在非用水高峰期的水压要求。据此，可以只设屋顶高位生活水箱，不设二次加压水泵，配管管径按设计最大时流量取值。

(2)市政水压可以直接进入高位水箱，但其最高、最不利用水点的出水水压不符合规范规定；在此情况下，可采用在屋顶配置增加泵，从屋顶水箱取水，对局部压力不够的用水部位增压的措施，节约二次加压电耗。

(3)当建筑物用水性质在不同时段变化较大，按全日最大用水量的15 %～20 %储存在高位水箱内的用水量的绝对值相对不大，高位水箱的体积和荷重对建筑外形的美观、结构重量不会造成显著影响。就具体建筑而言，多功能高层建筑(带住宅性质的高层建筑除外)一般都可考虑采用低位水泵加高位水箱的联动供水加压系统。

(4)当建筑小区自来水引入水管须根据用水性质差异在某些部位配置倒流防止器。鉴于每个倒流防止器处会降低市政供水压力3～5 m，但有时候我们所需建筑物用水楼层所需水压如降低市政供水压力3～5 m就需被迫设置二次加压，在这种情况下，设计时就应当在系统管道配管时注意让倒流防止器安装在需要配置的用水终点，必要时多设几个倒流防止器，用以保证系统最不利点的水压符合规范而避免采用二次加压。

4 叠压供水系统的选择

在市政供水水压较大的一些城市，直接供水高度可以到达建筑所在区域十多层的高度，城市供水管网又是环状管网，供水稳定，不易停水。同时，城市供水部门又允许建筑物二次加压供水从市政管网上直接吸水。在这种情况下，建筑物二次加压供水采用叠压供水系统是最佳选择。叠压供水系统有充分利用市政供水余压的优点，但也有缺乏调节水量、在用水高峰期可能与周围用户抢水的弱点，并不象某些在叠压供水设备生产厂家所宣称的那样神奇和完美。当城市市政供水水压在建筑物入口接管处的水压不足24.0 m时，建筑物二次加压供水如采用叠压供水系统就得不偿失，既达不到充分利用市政水压节能的目的，还缩减了必要的建筑物调节水量，在城市供水临时出现故障停水时，最高供水楼层的供水水压安全也得不到保障。因此，笔者认为，只有当建筑物的供水条件如果满足北京市、天津市自来水水公司对叠压供水设备的入网(城市自来水管网)条件，建筑物二次加压供水才可以优先考虑采用叠压供水系统。

5 屋顶高位专用水箱的节能节材要点

根据《高层民用建筑防火设计规范》，在建筑物的最高处，应设置屋顶高位消防水箱。在高层建筑的裙楼屋顶时常需要设计成品冷却塔，冷却塔的补水在市政水压无法满足直接补水的条件时，时常采用高位平衡水箱以保证冷却塔的补水。采取何种方式为屋顶高位消防水箱、裙房屋顶冷却塔补水，不同的设计人员做法不尽相同。依笔者之见，可在保证生活水水质不会出现倒流污染的前提下，分具体情况采取以下不同的补水方式。

(1)当屋顶设有高位生活水箱时，可将高位生活水箱的进水水位标高定在其它高位专用水箱进水水位之上，让高位生活水箱向其它高位专用水箱补水，简化建筑物生活给水二次加压供水的水泵启闭控制方式，节能节材。

(2)当建筑物靠近屋顶层的楼层生活给水是采用变频调速泵作为二次加压供水时，可根据高位专用水箱所需补水量和进水水位，在选取生活给水变频调速泵时，利用水泵小流量(非高峰用水时段)其出水水压增大的特性，在选泵时考虑满足高位专用水箱补水因素，解决高位专用水箱补水问题，节材节能。

(3)当无法采取(1)、(2)两种方式时，则可以考虑在生活水泵房内设置专用补水泵向其它高位专用水箱补水。

6 横向供水二次加压系统供水方式的选择

当新建建筑小区有多栋高层建筑和多层建筑时，使用生活用水的住户很多，横向供水区域较大。每组生活给水二次加压设备的供水半径应控制在多长的范围内？每组生活给水二次加压设备的供水人数应控制在多长的范围内？规范对此没有规定，不同的设计人员对此也有不同的观点。

对于每组生活给水二次加压设备的供水半径，依笔者意见，应按100～120 m进行控制。其原因在于设计选择管径时，设计人员都以在不同管径对应的经济流速状态下确定管径。当管道过长，管道所造成的阻力损失就放大，由此增大二次加压设备的配电功率，浪费水泵的无谓电耗。

对于每组生活给水二次加压设备的供水人数，依笔者意见，应按建筑面积25×104～30×104m2进行控制，或以每组生活给水二次加压设备的主管管径不大于100 mm进行控制。其原因在于供水人数过多，管道所负担的用水负荷相对就较大，连接水泵房的主管管径必然就较大，而生活给水二次加压设备大多布置在高层建筑的地下室内，大管径悬吊在地下室上空，会加大整个地下室的层高，增加建材消耗，增大工程造价；否则就无法保证水泵房所在层的地下室净高。

当每组生活给水二次加压设备的供水半径超过100～120 m、供水范围超过建筑面积25×104～30×104m2、供水主管管径大于100 mm时，就宜分设两个生活泵房，分别进行控制，减少建材、节省能耗，控制因为事故停水对居民的影响范围，方便维护管理。

7 超高层建筑设置转输生活水箱时须注意的要点

在设计超高层建筑时，为了配水水压合理，往往需要在避难层设置转输生活水箱或在屋顶设置高位生活水箱。设置转输生活水箱，在确定转输水箱的转输有效调节容积时，既要考虑向转输生活水箱输水的二次加压供水设备的转输水量水压变化状态，又要考虑从转输生活水箱吸水的二次加压供水设备的转输水量水压变化状态，而转输生活水箱有时还兼有某竖向供水分区高位水箱的供水功能。在这些情况下，设计人员在确定二次加压系统供水方式时，须优先注意以下几个方面。

(1)设计上尽可能将该水箱兼作为避难层以下区域一个或数个生活给水竖向分区的供水高位水箱。这样，该水箱的功能和作用都会发挥得更全面，水箱水质会因为水量周转较快保持的更好，对避难层以下区域一个或数个生活给水竖向分区的水压稳定有较好的保证，能节水和延续管材及用水器具的使用年限。

(2)当避难层所设转输生活水箱只具有单纯的转输功能，如存在向转输水箱供水的低位水泵配电功率加上从避难层所设转输生活水箱吸水的转输水泵配电功率大于从低位直接向最高位用水点供水所选水泵的配电功率时，应放弃设置避难层转输生活水箱，竖向供水较低部位用水点的超压采用减压阀组控制水压符合使用需求。

(3)当建筑物很高，低位水泵直接向建筑物较高用水点直接供水，在用水低谷时，生活水泵对应低谷出流量的出水水压在泵房会超过2.50 MPa,为防止生活二次加压系统所选阀门、管材管件的承压能力超过2.50 MPa,节省给水系统投资和减少阀门、管材管件承受高压对用水安全的负面影响，设计人员在这种情况下，应在避难层设转输生活水箱或在屋顶设置高位生活水箱，对较高用水点供水采用从高位生活水箱吸水局部增压的方式满足使用要求。

8 不同用途的给水二次加压系统供水方式

当新建建筑小区不仅有多栋高层建筑和多层建筑，而且用水性质涵盖有住宅、商业、办公、酒店、消防、学校、绿化、水景、餐饮、车辆冲洗、物管用水等多个用途时，在保证各用水单位正常使用、正确计量的前提下，如何减少、简化建筑小区内的给水二次加压系统供水方式是设计人员在设计时必须优先考虑的设计内容。要做好此项工作，首先需要设计人员落实新建建筑小区所在地自来水公司对不同用水性质的水价计量收费方式。例如，成都市自来水公司根据用水性质把不同用水分为住宅用水、商业用水、特种行业用水三类计价，将商场、办公、酒店、餐饮、学校归入商业用水，将绿化、消防、物管用水归入住宅用水，将公共游泳池、饮用水净化灌装、公共浴室用水、车辆冲洗归入特种行业用水；而重庆市则将绿化、消防用水再归类，要求设计时另行敷管，在自来水公司人员容易方便查表的位置单独设表计量。

9 结束语

针对有多栋高层建筑和多层建筑、而且用水性质复杂的综合楼及新建建筑小区，为减少给水二次加压系统的设置套数，为简化管网的种类，为简化和方便计量及检修，为替业主节省更多的日常水费，设计人员应在落实新建建筑小区所在地自来水公司对不同用水性质的水价计量收费方式的基础上、在比较1～6条选择生活给水二次加压系统供水方式的合理性后，确定用水性质复杂的综合楼及新建建筑小区之生活给水二次加压系统供水方式，这既是设计人员技术水平的重要体现，也是设计人员贯彻绿色、环保、低碳、节能、节材的重要具体设计内容，同时也是决定给排水设计内容是否节能节材的关键所在。简化管网的种类,既可节省水泵房、水泵和水箱，也可简化生活给水二次加压系统，节省投资及长期运营费用。