李新昌　王昱

摘 要：建筑給水方式有多種，其給水系統(tǒng)設(shè)計需要確定多個參數(shù)。管道設(shè)計流量、水泵設(shè)計流量和水箱容積是重要設(shè)計參數(shù)，也是難點(diǎn)所在。對常見建筑給水方式的工況進(jìn)行分析，解讀建筑給水排水設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)規(guī)定，確定這些參數(shù)設(shè)計計算方法，為給水系統(tǒng)設(shè)計提供參考。

關(guān)鍵詞：建筑給水;低位儲水池容積;高位水箱容積;水泵流量

中圖分類號：TU821 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2021）25-0083-04

Analysis on Design Difficulties of Different Water Supply Modes in Buildings

LI Xinchang WANG Yu

（1.Baoji Municipal Engineering Maintenance Service Center， Baoji Shaanxi 721000;2.Baoji Tongji Water Co.， Ltd.， Baoji Shaanxi 721000）

Abstract： There are many modes of building water supply，many parameters need to be determined in the design of each water supply system. pipeline design flow、design flow of water pump and water tank volume are important design parameters，It is also the difficulty.The working conditions of each building water supply system are analyzed，and regulations in standard for design of building water supply and drainage are interpreted，then the design and calculation methods of those parameters are determined. This provides a reference for water supply system design.

Keywords： building water supply;low level reservoir volume;volume of high-level water tank;flow of water pump

1 建筑給水設(shè)計要點(diǎn)

給水系統(tǒng)設(shè)計時要確定眾多參數(shù)，其中水泵和管道流量、儲水池（箱）容積是給水系統(tǒng)設(shè)計計算的核心問題，也是難點(diǎn)問題。因此，本文重點(diǎn)討論給水系統(tǒng)管道、水泵流量和儲水池（箱）容積問題。給水系統(tǒng)儲水池通常分為低位儲水池（箱）、中間水箱、高位水箱等。

建筑每種給水方式有其特點(diǎn)和適用性，不同的建筑應(yīng)選擇合理的給水方式。設(shè)計時應(yīng)遵循《建筑給水排水設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50015—2019）[1]的規(guī)定進(jìn)行。但是，很多工程師設(shè)計時只根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計，不進(jìn)行理論計算。即使進(jìn)行了計算，往往也存在很多問題。因此，有必要對建筑給水的設(shè)計計算問題進(jìn)行分析和梳理，以便設(shè)計結(jié)果能夠符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。許多學(xué)者[2-4]都已經(jīng)對此進(jìn)行了分析，但是還不夠全面。本文比較全面地分析建筑給水系統(tǒng)的設(shè)計，對這幾個難點(diǎn)問題的設(shè)計進(jìn)行分析。

2 各種給水方式設(shè)計計算分析

2.1 引入管-建筑直接供水方式

支管管段流量根據(jù)《建筑給水排水設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50015—2019），結(jié)合建筑性質(zhì)，選擇設(shè)計秒流量計算公式計算。但是，如果給水管對應(yīng)建筑有不同使用功能，則干管流量分兩種情況：一是建筑不同功能部分用水高峰在同一時段時，干管設(shè)計流量為這些功能部分設(shè)計秒流量疊加，此時引入管設(shè)計流量q=q+q;二是建筑不同功能部分用水高峰不在同一時段，干管設(shè)計流量為高峰時用水量最大的功能部分的設(shè)計秒流量疊加其余部分平均時給水流量，此時引入管設(shè)計流量q=q+Q，如圖1所示。

2.2 單設(shè)水箱供水方式

如圖2（a）所示，此種給水方式由市政自來水管向高位水箱補(bǔ)水，應(yīng)用于外網(wǎng)水壓、水量能滿足用水要求的情況，給水進(jìn)入高位水箱后供水。此種給水方式主要是水箱出水管管段設(shè)計流量、引入管-補(bǔ)水管設(shè)計流量、水箱容積。其中，水箱下出水管管段以設(shè)計秒流量按照《建筑給水排水設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50015—2019）確定。引入管-補(bǔ)水管設(shè)計流量q=V/T，即水箱容積除以補(bǔ)水時間。依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，水箱容積宜按用水人數(shù)和用水定額確定，即V=mq，m為用水單位數(shù)，q為最高日用水量定額。補(bǔ)水時間根據(jù)具體情況確定。

如圖2（b）所示，單設(shè)水箱供水方式還有另外一種情況即建筑上部由高位水箱供水，下部直接供水，應(yīng)用于外網(wǎng)水壓周期性不足，允許設(shè)置高位水箱的情況。此時，高位水箱補(bǔ)水管設(shè)計流量、水箱容積計算、水箱出水管管道設(shè)計流量同圖2（a）。引入管流量分兩種情況：高位水箱夜間補(bǔ)水，引入管流量q=max{q，q+q}，q為低區(qū)夜間流量;夜間無水，高位水箱白天補(bǔ)水，引入管流量q=max{q，q}，其中q為高位水箱補(bǔ)水管流量，確定方法同上。

2.3 低位水池-水泵-高位水箱供水方式

低位水池-水泵-高位水箱是常見的供水方式。這種供水方式的3種情況如圖3所示。圖3中還包括低區(qū)直接供水區(qū)域，以便說明引入管設(shè)計流量。

下面對各管段流量、水泵流量、低位水池容積以及水箱容積進(jìn)行說明。

2.3.1 引入管設(shè)計流量。引入管后連接直供區(qū)域和低位水池補(bǔ)水管，直供區(qū)域流量為q，按標(biāo)準(zhǔn)第計算設(shè)計秒流量。補(bǔ)水管流量q，按標(biāo)準(zhǔn)要求，當(dāng)建筑內(nèi)的生活用水全部自行加壓供給時，設(shè)計補(bǔ)水量不宜大于建筑物最高日最大時用水量，且不得小于建筑物最高日平均時用水量，即Q≤q≤Q。因此，引入管流量q=q+q。

2.3.2 低位水池容積。依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)3.8.3，建筑內(nèi)低位儲水池容積通常按最高日用水量的20%～25%確定，即（0.20Q～0.25Q）。注意此處建筑內(nèi)低位水池不同于設(shè)在小區(qū)內(nèi)的低位水池。

2.3.3 水泵流量。水泵后供水方式列出3種。

第一種水泵從水池吸水直供用水點(diǎn)，泵流量q=q，即水泵流量等于供水區(qū)設(shè)計秒流量。

第二種水泵吸水后送至高位水箱，高位水箱向供水區(qū)域供水，水泵-水箱聯(lián)動供水。高位水箱容積和水泵流量相互影響，即簡單原則“箱小泵大”。依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)高位水箱容積為零，則泵流量等于高區(qū)設(shè)計秒流量q;當(dāng)高位水箱容積等于最高日用水量，泵流量等于高區(qū)最高日平均時流量Q;當(dāng)高位水箱容積小于等于0.5 h高區(qū)最高日最大時流量Q，泵流量大于等于最高日平均時流量Q;當(dāng)高位水箱容積大于等于0.5 h高區(qū)最高日最大時流量Q，泵流量大于等于高區(qū)最高日最大時流量Q。

舉例說明第二種情況相關(guān)管道流量：某酒店式公寓共12層，給水系統(tǒng)分為高低兩個區(qū)，系統(tǒng)設(shè)置如圖4所示（低位水池和高位水箱調(diào)節(jié)容積充足）。已知低區(qū)設(shè)計秒流量6.82 L/s，高區(qū)最高日最大時流量4.58 L/s，高區(qū)最高日平均時流量1.83 L/s，計算本樓最小引入管流量。

據(jù)以上分析，引入管流量應(yīng)為低區(qū)直供設(shè)計秒流量與低位水池補(bǔ)水管設(shè)計流量之和。低位水池補(bǔ)水管流量應(yīng)大于等于高區(qū)最高日平均時流量且小于等于高區(qū)最高日最大時流量，因此引入管最小流量應(yīng)為6.82+1.83=8.65 L/s。注意例中條件“低位水池和高位水箱調(diào)節(jié)容積足夠”才有此計算結(jié)果，如果低位水池沒有調(diào)節(jié)容積，僅僅是吸水井，就沒有此計算結(jié)果。泵流量、水箱容積按以上分析可確定，此處不再贅述。

第三種為水泵吸水后經(jīng)中間水箱，再經(jīng)次級泵提升至高位水箱供水，屬于串聯(lián)供水方式。中間轉(zhuǎn)輸水箱只有轉(zhuǎn)輸作用，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，其容積按5～10 min次級泵流量確定，此時初級泵流量大于次級泵流量即可。次級泵流量大于等于高區(qū)最大時流量，前提是高位水箱容積大于等于0.5 h高區(qū)最大小時流量Q。

2.4 低位水池-水泵-高位水箱供水方式

低位水池-水泵-高位水箱供水方式（見圖5）還可能有以下供水方式。

2.4.1 低位水池-初級泵-中間水箱-次級泵供水方式。次級泵設(shè)計流量等于高區(qū)設(shè)計秒流量。當(dāng)中間水箱容積為次級泵5～10 min出水量時，初級泵流量等于次級泵，即q=q。中間水箱容積大于等于0.5 h高區(qū)最高日最大時流量Q時，初級泵大于等于高區(qū)最高日最大時流量，即q≥Q。

這種情況又有兩種可能。第一種即中間水箱既儲存低區(qū)供水調(diào)節(jié)水量，又儲存高區(qū)供水調(diào)節(jié)水量，此時中間水箱容積大于等于0.5 h低區(qū)和高區(qū)最高日最大小時流量之和，Q+Q。初級泵流量按標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)大于等于兩區(qū)最高日最大小時流量之和，即q≥Q+Q。第二種是中間水箱儲存低區(qū)調(diào)節(jié)水量，又轉(zhuǎn)輸高區(qū)調(diào)節(jié)水量。此時中間水箱容積為兩部分調(diào)節(jié)流量之和：轉(zhuǎn)輸水量調(diào)節(jié)容積只需等于3～5 min次級泵流量即可。初級泵流量大于等于低區(qū)最高日最大小時流量與次級泵流量之和，即q≥Q+q。

舉例辨析此種情況：某30層集體宿舍，采用如圖6所示分區(qū)供水系統(tǒng)全天供水，每區(qū)服務(wù)15個樓層，高區(qū)設(shè)計秒流量15 L/s，建筑最高日最大時流量8.33 L/s，低區(qū)最高日最大時流量為4.17 L/s。低區(qū)采用恒速泵、高區(qū)采用變頻泵供水，計算其低區(qū)水泵流量和高區(qū)水泵流量。

此例中間水箱既是低區(qū)的高位水箱，又是高區(qū)的轉(zhuǎn)輸水箱。中間水箱容積影響初級泵流量的確定，并沒有明確說明中間水箱容積為多少，因此兩種情況都分析。假設(shè)中間水箱既儲存低區(qū)供水調(diào)節(jié)水量，又儲存高區(qū)供水調(diào)節(jié)水量，此時初級泵流量大于等于低區(qū)和高區(qū)最高日最大時流量之和，即q≥Q+Q=8.33 L/s。假設(shè)中間水箱儲存低區(qū)調(diào)節(jié)水量，又轉(zhuǎn)輸高區(qū)調(diào)節(jié)水量，初級泵流量q≥Q+q=4.17+15=19.17 L/s，所以低區(qū)水泵流量在8.33 L/s和19.17 L/s均是合理的。高區(qū)變頻泵流量為15 L/s。

2.4.2 低位水池-初級水泵-中間水箱-高位水箱供水方式。高位水箱供高區(qū)且容積大于等于高區(qū)0.5 h最高日最大時給水量。中間水箱轉(zhuǎn)輸高區(qū)用水且儲存供給低區(qū)用水。中間水箱容積確定與上一情況類似，次級泵流量應(yīng)大于等于高區(qū)最高日最大時流量，q≥Q，初級泵q≥Q+Q[5]。

2.4.3 低位水池-水泵-直供+高位水箱。水泵從低位水池抽水，一部分供高位水箱，一部分直供低區(qū)。高位水箱容積大于等于0.5 h高區(qū)最高日最大時流量，啟泵水位設(shè)在水深一半處。此時，高位水箱補(bǔ)水管流量q大于等于高區(qū)最高日最大時用水量，泵流量q=max（q，q）。

2.5 較復(fù)雜的低位水池-水泵-中間水箱-高位水箱供水方式

如圖7所示，還可能出現(xiàn)以下更復(fù)雜供水方式：中間水箱后供水方式類似上述情況，可根據(jù)情況上述情況確定中間水箱、次級泵、高位水箱等的設(shè)計;中間水箱容積大于等于中高區(qū)0.5 h最高日最大時流量之和。此時初級泵流量和次級泵相關(guān)，q=max（q，q）。

舉例說明水泵流量確定及水箱容積確定問題：某高層建筑為賓館，其生活給水二次加壓供水系統(tǒng)如圖8所示，水泵q由水箱V水位控制其啟、停，高低區(qū)均為8層，各層均為20間標(biāo)準(zhǔn)客房（每個按兩張床計），每間客房衛(wèi)生間設(shè)置洗臉盆，帶淋浴器浴盆、低水箱坐便器各一套，用水定額300 L/（床·天），時變化系數(shù)2.5，客房集中供應(yīng)熱水且冷熱水壓力同源，其他用水不考慮，計算圖8中的初級加壓泵設(shè)計流量q及水箱V調(diào)節(jié)容積的最小值。

此例要求確定低位水池提升水泵設(shè)計流量和中間水箱調(diào)節(jié)容積。中間水箱既儲存低區(qū)供水調(diào)節(jié)水量，又儲存高區(qū)供水調(diào)節(jié)水量，中間水箱容積和初級泵設(shè)計流量是對應(yīng)的。當(dāng)中間水箱容積較大時，可V≥0.5 h（Q+Q）=10 m，此時初級水泵設(shè)計流量q≥Q+Q=5.56 L/s。

次級泵流量q按照設(shè)計秒流量計算公式計算為q=0.2α（N）=8.94 L/s，當(dāng)中間水箱容積較小時，V≥0.5hQ+q/（3～5 min），初級泵流量q≥Q+q=18.94 L/s。

2.6 其他較簡單給水方式

吸水井直接吸水的供水方式如圖9所示。設(shè)置吸水井而非低位水池，吸水井容積有限，一般為3 min水泵出水量，此時吸水井補(bǔ)水管流量等于泵流量，注意區(qū)分吸水井和儲水池即可。

疊壓供水方式類似吸水井-水泵供水方式，可按上述方法確定相應(yīng)設(shè)計參數(shù)。

3 結(jié)語

目前，我國各類建筑建設(shè)蓬勃發(fā)展，建筑形式多樣，相應(yīng)的建筑給水方式也同步發(fā)展。給水方式確定后，給水系統(tǒng)設(shè)計的主要問題是流量問題和壓力問題。本文主要討論不同給水方式的管道設(shè)計流量、水泵設(shè)計流量、水箱容積，進(jìn)一步通過計算確定相應(yīng)的管徑、選擇水泵、確定水箱等。這幾個設(shè)計參數(shù)相互關(guān)聯(lián)，可以較好地用于設(shè)計工作。實(shí)際設(shè)計工作中，應(yīng)仔細(xì)分析給水方式，確定這些重要設(shè)計參數(shù)。

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