建筑內(nèi)部給水管網(wǎng)設(shè)計(jì)秒流量計(jì)算常見問題分析及改進(jìn)方法

胥書霞

(青海建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院,青海西寧810012)

0 引 言

設(shè)計(jì)秒流量的計(jì)算是管網(wǎng)水力計(jì)算的基礎(chǔ),是確定各管段管徑、計(jì)算管道水頭損失,進(jìn)而確定給水系統(tǒng)所需壓力的主要依據(jù)。只有設(shè)計(jì)秒流量計(jì)算正確,才能使整個(gè)系統(tǒng)正常運(yùn)行。該值偏大會(huì)導(dǎo)致管徑偏大,水泵流量偏大,造成經(jīng)濟(jì)上的浪費(fèi),同時(shí)管網(wǎng)中流速偏小,易導(dǎo)致細(xì)菌繁殖。相反,該值偏小,會(huì)造成管徑過小,水頭損失高,浪費(fèi)能量。因此,選擇正確的設(shè)計(jì)秒流量計(jì)算方法至關(guān)重要。

本文就教學(xué)及工程設(shè)計(jì)中的確切體會(huì),例舉建筑給水工程中設(shè)計(jì)秒流量計(jì)算出現(xiàn)的常見問題,以引起設(shè)計(jì)人員的重視。另外,近幾年,隨著Excel在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用,給排水工程設(shè)計(jì)人員也在設(shè)計(jì)中廣泛應(yīng)用Excel軟件[1～7],劉志強(qiáng)等人先后在建筑給水管網(wǎng)、城鎮(zhèn)給水管網(wǎng)、污水管道、雨水管道、自動(dòng)噴淋滅火系統(tǒng)、住宅類給水管網(wǎng)計(jì)算中運(yùn)用Excel,積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。本文在對(duì)常見問題例證說明后,在前人工作的基礎(chǔ)上,將Excel計(jì)算表格加以完善,形成第二類建筑的通用計(jì)算表格,以供設(shè)計(jì)人員參考。

1 設(shè)計(jì)秒流量常見問題分析

1.1 不同建筑類型的設(shè)計(jì)秒流量計(jì)算方法混淆

1.2 設(shè)計(jì)秒流量偏大

出現(xiàn)該問題的主要原因是忽視規(guī)范中相關(guān)條文下的加注內(nèi)容而造成流量值偏大。本文就第二類建筑(集體宿舍、旅館、賓館、醫(yī)院、療養(yǎng)院、幼兒園、養(yǎng)老院、辦公樓、商場(chǎng)等建筑)的流量計(jì)算舉例如下。規(guī)范GB50015-2003[8]中要求計(jì)算公式采用,當(dāng)遇到計(jì)算管段中有自閉延時(shí)閥大便器時(shí),其當(dāng)量以0.5計(jì),計(jì)算得到的 qg附加1.10后為該管段的設(shè)計(jì)秒流量,本文用公式表達(dá)上述要求,式中n表示大便器的個(gè)數(shù),N′g表示除大便器以外所有衛(wèi)生器具的當(dāng)量之和。另外在使用上述公式時(shí)還要注意的兩個(gè)事項(xiàng)為:一是如果計(jì)算值小于該管段上一個(gè)最大衛(wèi)生器具給水額定流量時(shí)應(yīng)采用一個(gè)最大衛(wèi)生器具額定流量作為設(shè)計(jì)秒流量;二是如果計(jì)算值大于該管段上按衛(wèi)生器具給水額定流量累加值時(shí),應(yīng)按累加值采用。在此,設(shè)qmax項(xiàng)為計(jì)算管段上一個(gè)最大衛(wèi)生器具給水額定流量,∑qi項(xiàng)為計(jì)算管段衛(wèi)生器具給水額定流量累加值。

圖1是某旅館給水系統(tǒng)圖的一部分,α取值2.5。依據(jù)上述注意事項(xiàng)分析如下:1-2管段:qmax=0.15 L/s,∑qi=0.15 L/s,計(jì)算,因此取0.15 L/s作為該管段的設(shè)計(jì)秒流量。

圖1 計(jì)算系統(tǒng)

2-3管段:qmax=0.15 L/s,∑qi=0.3L/s,計(jì)算,因此取0.3 L/s作為該管段的設(shè)計(jì)秒流量。其余管段不再一一分析,計(jì)算結(jié)果見圖2,可以看出,如果設(shè)計(jì)人員不考慮或者忽視規(guī)范中的相關(guān)注意事項(xiàng),直接取用公式計(jì)算值,計(jì)算結(jié)果顯然偏大。

圖2 計(jì)算結(jié)果

針對(duì)上述計(jì)算存在的問題,如果用Excel表格自動(dòng)計(jì)算,就可以避免人為重復(fù)計(jì)算,還可以避免出現(xiàn)錯(cuò)誤,具有方便、省時(shí)、準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)。

2 Excel的計(jì)算表格設(shè)計(jì)

筆者從事給排水工程設(shè)計(jì)及教學(xué)多年,利用Excel的表格及強(qiáng)大計(jì)算功能,設(shè)計(jì)人員可根據(jù)需要設(shè)計(jì)出為己所用的計(jì)算表格,不但方便快捷,亦能在教學(xué)過程中加以利用,提高設(shè)計(jì)效率及教學(xué)水平。因此文章在前人的基礎(chǔ)上,主要針對(duì)第二類建筑(規(guī)范GB50015-2003第3.6.5條)中的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行表格設(shè)計(jì),主要體現(xiàn)在表格中的 I、J、K、L列。對(duì)于住宅類建筑概率算法中運(yùn)用Excel的算法可參見文獻(xiàn)[7]。

2.1 表頭設(shè)計(jì)

進(jìn)入Excel界面后,設(shè)計(jì)出如圖3所示表格,表格中白色底格為設(shè)計(jì)人員填入數(shù)據(jù)處,灰色底格為Excel自動(dòng)計(jì)算結(jié)果顯示處。

2.2 設(shè)計(jì)過程簡(jiǎn)述

2.2.1 計(jì)算管段衛(wèi)生器具給水當(dāng)量總數(shù)

計(jì)算管段衛(wèi)生器具給水當(dāng)量總數(shù)依據(jù)公式Ng=∑niNi計(jì)算,其編輯方法是在Excel表格中單擊H7單元處,然后在如圖3所示的編輯欄內(nèi)輸入=IF(G7=0,SUM(＄D＄5*D7,＄E＄5*E7,＄F＄5*F7),SUM(＄D＄5*D7,＄E＄5*E7,＄F＄5*F7,＄G＄5*G7)),單擊確定按鈕,編輯完成。

2.2.2 設(shè)計(jì)秒流量

設(shè)計(jì)秒流量依據(jù)公式[8]計(jì)算,α是根據(jù)建筑物用途而定的系數(shù),見表1。α值由設(shè)計(jì)人員填入Excel表格單元Y7處。

圖3 Excel自動(dòng)計(jì)算表格

表1 根據(jù)建筑物用途而定的系數(shù)α值[8]

表格中I7單元為qmax項(xiàng)(代表計(jì)算管段上一個(gè)最大衛(wèi)生器具給水額定流量),鼠標(biāo)單擊I7單元處,在編輯欄內(nèi)輸入=IF(G7=0,MAX(＄D＄6:＄F＄6),＄G＄6),單擊確定按鈕,編輯完成。

表格J7列為∑qi項(xiàng)(計(jì)算管段衛(wèi)生器具給水額定流量累加值),鼠標(biāo)單擊J7列,輸入=IF(G7=0,SUM(＄D＄6*D7,＄E＄6*E7,＄F＄6*F7),SUM(＄D＄6*D7,＄E＄6*E7,＄F＄6*F7,＄G ＄6*G7)),單擊確定按鈕,編輯完成。

表格中K7單元為設(shè)計(jì)秒流量qg項(xiàng),編輯方法是鼠標(biāo)單擊K7單元處,在編輯欄內(nèi)輸入=IF(G7=0,ROUNDUP(0.2*Y7*SQRT(H7),2),ROUNDUP(0.2*Y7*SQRT(H7)+1.1,2)),單擊確定按鈕,編輯完成。

2.2.3 管段的計(jì)算內(nèi)徑

給水管材的公稱直徑和計(jì)算內(nèi)徑是不相同的,計(jì)算流速和單位管長(zhǎng)沿程水頭損失應(yīng)采用計(jì)算內(nèi)徑。但由于不同廠家的管道規(guī)格不一,同一公稱直徑的管道其計(jì)算內(nèi)徑不盡相同,為簡(jiǎn)化計(jì)算,本文設(shè)計(jì)的表格在計(jì)算時(shí)采用公稱直徑代替計(jì)算內(nèi)徑,事實(shí)上,計(jì)算的誤差極小。

2.2.4 流速計(jì)算

管段的流速依據(jù)公式[9]v=4q/π D2計(jì)算。在Excel表格單元N7處內(nèi)輸入=ROUNDUP(4000*L7/(3.14*M7*M7),2),單擊確定按鈕,編輯完畢。如果計(jì)算出的流速偏大或偏小,可通過調(diào)整管徑保證流速的正常范圍,根據(jù)建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50015-2003),流速的正常控制范圍如表2所示。

表2 生活給水管道的水流速度[8]

2.2.5 沿程水頭損失

給水管道的沿程水頭損失依據(jù)公式[9]i=105C-1.85hD-4.87jq1.85計(jì)算,式中i指管道單位長(zhǎng)度水頭損失(kPa/m);Dj指管道計(jì)算內(nèi)徑(m);q指給水設(shè)計(jì)流量(m3/s);Ch指海澄—威廉系數(shù)。各種塑料管、內(nèi)襯塑管 Ch=140,普通鋼管、鑄鐵管 Ch=100。由于建筑內(nèi)部給水管道現(xiàn)多采用塑料管或鋼管,因此i的編輯方法是在Excel表格中O7單元處輸入=IF(OR(Z7=1,Z7=2),ROUNDUP(105*POWER(100,-1.85)*POWER(M7/1000,-4.87)*POWER(L7/1000,1.85),3),ROUNDUP(105*POWER(140,-1.85)*POWER(M7/1000,-4.87)*POWER(L7/1000,1.85),3)),計(jì)算時(shí),首先判斷管材,如 Z列內(nèi)是1或2,則選用鋼管或鑄鐵管,如Z列是3,則選用塑料管的公式進(jìn)行計(jì)算。

管段沿程水頭損失依據(jù)公式hy=iL計(jì)算,其公式編輯方法是用鼠標(biāo)單擊Q7單元處,在編輯欄內(nèi)輸入=ROUNDUP(O7*P7,2),單擊確定按鈕,編輯完畢。

管段沿程水頭損失累計(jì)等于計(jì)算管段的水頭損失加上以前的水頭損失累計(jì)值。編輯方法是在R7單元處輸入=Q7+R6,單擊確定按鈕,編輯完畢。

2.2.6 不同管徑管段長(zhǎng)度統(tǒng)計(jì)

表格可用來統(tǒng)計(jì)不同管徑管道的長(zhǎng)度,表中S列至X列分別用以統(tǒng)計(jì)公稱直徑為15 mm、20 mm、25 mm、32 mm、40 mm、50 mm 管徑的管道長(zhǎng)度。

在Excel表格單元S7處,編輯欄內(nèi)輸入=IF(M7=15,P7,0),就可以統(tǒng)計(jì)出管徑為15 mm的管道長(zhǎng)度。其他管徑長(zhǎng)度統(tǒng)計(jì)方法一樣,依次在T7、U7、V7、W7、X7單元處單擊,編輯欄內(nèi)依次輸入=IF(M7=20,P7,0)、=IF(M7=25,P7,0)、=IF(M7=32,P7,0)、=IF(M7=40,P7,0)、=IF(M7=50,P7,0),單擊確定按鈕,編輯完畢。

2.2.7 管材的區(qū)分

Excel表頭中Z列用于區(qū)分管材,1表示鋼管,2表示鑄鐵管,3表示塑料管,由設(shè)計(jì)人員填入。

3 計(jì)算算例

根據(jù)以上的Excel設(shè)計(jì)表格,就可以將它用于實(shí)際工程計(jì)算。計(jì)算步驟為:第1步,填入計(jì)算管段中各種衛(wèi)生器具的數(shù)量,計(jì)算機(jī)根據(jù)判定條件自動(dòng)計(jì)算出對(duì)應(yīng)管段的當(dāng)量數(shù)與管段的設(shè)計(jì)秒流量;第2步,試填入管徑,計(jì)算機(jī)自動(dòng)計(jì)算出對(duì)應(yīng)管段的流速及單位管長(zhǎng)的沿程水頭損失,流速過大或過小時(shí)則相應(yīng)調(diào)整管徑。例如某辦公樓工程計(jì)算管段數(shù)為10個(gè),用鼠標(biāo)單擊圖3表格左端的數(shù)字7,第7行立刻變灰色,并且數(shù)字7右下角有一小黑方塊,用鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)住小黑方塊向下拖拽到16的下端,放開左鍵,在計(jì)算表格單元Y7內(nèi)填入 α(α=1.5)值、衛(wèi)生器具數(shù)量、管段長(zhǎng)度、并給出各管段管徑,計(jì)算表就自動(dòng)計(jì)算出相應(yīng)結(jié)果,計(jì)算結(jié)果如圖4所示。

圖4 Excel自動(dòng)計(jì)算結(jié)果

4 結(jié) 語(yǔ)

通過對(duì)建筑內(nèi)部給水管網(wǎng)設(shè)計(jì)秒流量計(jì)算常見問題分析,認(rèn)為工程設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)不斷加強(qiáng)學(xué)習(xí)新規(guī)范、新要求,并在工程實(shí)際中切實(shí)運(yùn)用,以免造成不必要的錯(cuò)誤,切實(shí)提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。另外,可將Excel計(jì)算表格在教學(xué)中加以運(yùn)用,引導(dǎo)學(xué)生自己動(dòng)手設(shè)計(jì)計(jì)算表格,提高課程設(shè)計(jì)及畢業(yè)設(shè)計(jì)效率。

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