綠色住宅生活給水系統(tǒng)探索與分析

魏永軍

摘要：隨著《綠色建筑評價標準》GB/T 50378 – 2014 頒布實施，生活給水系統(tǒng)用水點供水壓力被納入評分項，單項最高分值8分，其重要性又一次被提及。而自2010年《民用建筑節(jié)水設(shè)計標準》GB 50555 實施以來，給水分區(qū)以及支管減壓閥設(shè)置問題，一直沒有得到一個設(shè)計界完全認可的供水方式。筆者認為，給水分區(qū)作為高層建筑給水系統(tǒng)最核心的內(nèi)容之一，分區(qū)是否合理對民用建筑節(jié)水節(jié)能有著決定性的意義。本文借助高層住宅給水分區(qū)的分析，就如何既滿足節(jié)水標準，又切合實際使用，進行了闡述與討論。

關(guān)鍵詞：給水分區(qū)；層數(shù)；供水；水壓

近年來，國內(nèi)對節(jié)能減排的呼聲越來越高，綠色建筑的推進也已步入快車道，建筑能耗問題引起了相關(guān)設(shè)計人員的關(guān)注。水泵增壓的生活供水技術(shù)，以及配套設(shè)備器具對建筑能耗水耗的影響巨大，尤其國內(nèi)已建和新增的大量建筑群體，總體能耗水耗就更加恐怖。建筑內(nèi)合理的給水分區(qū)，既滿足居民用水需求，又最大程度地節(jié)約用水、降低能耗，繼而對節(jié)能減排、及節(jié)約水資源等國家戰(zhàn)略發(fā)展保駕護航。

1節(jié)水節(jié)能措施分析

建筑生活給水系統(tǒng)節(jié)水節(jié)能措施，主要分為五部分：1）供水設(shè)備，其表現(xiàn)形式節(jié)能。一般采用變頻供水技術(shù)、優(yōu)質(zhì)高效率水泵等，合理降低能耗；2）管材、附件，其表現(xiàn)形式節(jié)水和節(jié)能。節(jié)水：選用優(yōu)質(zhì)管材及接口，杜絕日常滲漏，降低壞損維修概率；節(jié)能：選用摩阻系數(shù)低的管材、附件，采用防振動支吊架，降低給水系統(tǒng)總水頭損失；3）節(jié)水型器具，其表現(xiàn)形式節(jié)水。選用符合國家標準的節(jié)水型器具，自閉、紅外線感應(yīng)、限流等控制方式；4）分戶計量，其表現(xiàn)形式節(jié)水。每戶單獨計量，合理使用水資源，合理付費；5）用水點水壓，其表現(xiàn)形式節(jié)能和節(jié)水。合理的系統(tǒng)分區(qū)，有效控制戶內(nèi)用水點的供水水壓，在滿足使用要求的前提下達到最低值。

上述前4個部分，一般設(shè)計中均有明確要求，而對于第5部分則重視程度相對不高。隨著綠色建筑開始實施，“用水點水壓”這一控制項，將會逐步在實際工程中越來越受重視。而合理的給水分區(qū)，是保證“用水點水壓”滿足規(guī)范要求，并降低能耗的重要基礎(chǔ)。給水分區(qū)的探索和優(yōu)化，在建筑節(jié)水節(jié)能方面還有很大的潛力有待挖掘。下面，筆者以高層住宅給水分區(qū)進行討論、分析。

2 自定義概念

為方便討論，基于恒壓變頻供水系統(tǒng)，設(shè)定兩個經(jīng)過簡化的自定義概念（理想狀態(tài)）。

2.1 靜水壓P靜

靜水壓，指生活給水系統(tǒng)處于零流量時，各系統(tǒng)點的水壓。不考慮管道超壓的情況出現(xiàn)，系統(tǒng)零流量時，主泵出口處的靜水壓就是系統(tǒng)的最大工作壓力。

2.2 動水壓P動

除“靜水壓”之外的各種壓力表述，如工作壓力、水壓、動水壓、供水壓力等，均屬于動水壓的概念。動水壓，指生活給水系統(tǒng)處于供水狀態(tài)時，各系統(tǒng)點的水壓（即此處“原靜水壓”減去“供水設(shè)備至此處的總水頭損失”）。

數(shù)值上靜水壓等于動水壓和前端管路總水頭損失之和，故系統(tǒng)某點上動水壓（P動）不可能大于靜水壓（P靜）。當給水系統(tǒng)處于最大設(shè)計流量時，最不利點的動水壓達到最小值，故此時最不利點動水壓P動應(yīng)大于等于規(guī)范要求設(shè)計值Ps。

3 高層住宅給水分區(qū)要點分析

3.1 最不利點動水壓

圖1 水龍頭流量與工作壓力關(guān)系

依據(jù)《建筑給水排水設(shè)計規(guī)范》GB50016 – 2003（2009版）第3.1.14條，一般選取衛(wèi)生間內(nèi)的混合閥淋浴器處，或者熱水器處，兩者取最不利點。各個分區(qū)內(nèi)最不利配水點的水壓首先應(yīng)滿足水壓需求，混合閥淋浴器，最低工作壓力不小于0.05～0.10 MPa，如圖1所示?？紤]到水流還需經(jīng)過熱水器，故將最不利點動水壓力設(shè)定為0.10MPa是合理的，且0.10 MPa滿足除自閉式?jīng)_洗閥件外的配水水嘴與閥件的要求。

3.2 入戶水表前設(shè)計壓力

住宅最高層水井內(nèi)，入戶水表前設(shè)計壓力：1）可按動水壓考慮，系統(tǒng)最大流量時，P動 = 0.15Mpa（其中含入戶水表后管路水損，按5m計）。通過幾個代表性工程計算后的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，入戶水表前至戶內(nèi)最不利點水損，在最大設(shè)計流量下，一般不會超過5m。但當住宅戶內(nèi)衛(wèi)生間較多、入戶管徑較小時，需復(fù)核戶內(nèi)管路水損；2）或按靜水壓考慮，系統(tǒng)零流量時，P靜 = 0.20～0.25MPa（系統(tǒng)最大設(shè)計流量時，最不利水表處至泵房供水設(shè)備出口之間的管路總水頭損失，按管網(wǎng)規(guī)模宜控制在5～10m之間。當超過10m時，應(yīng)放大相應(yīng)管道直徑，降低管路總水頭損失）。

設(shè)計過程中，可繪出供水模型：1）按最大設(shè)計流量時最不利點水表前動水壓P動= 0.15 MPa全程計算，計算結(jié)果可靠度高，但計算步驟繁瑣，本方法推薦工程設(shè)計經(jīng)驗較少者使用，以便更加系統(tǒng)準確地掌握計算原理，打下良好的設(shè)計基礎(chǔ)；2）按系統(tǒng)零流量時最不利點水表前靜水壓P靜= 0.20～0.25 MPa估算，估算結(jié)果存在誤差，但快捷方便，適合工程設(shè)計經(jīng)驗豐富者使用，可節(jié)約設(shè)計工期，在保證供水安全的前提下減少工作量。

表1所示，是目前生活給水管道中水的流動速度。表2所示，是以符合管道水流速最大要求時，單位管道長度的最大沿程水頭損失。

3.3給水分區(qū)最大層數(shù)

依據(jù)《建筑給水排水設(shè)計規(guī)范》GB 50016-2003（2009版）第3.3.5 -1條、《民用建筑節(jié)水設(shè)計標準》GB 50555-2010第4.1.3條，規(guī)定：“各分區(qū)最低衛(wèi)生器具配水點處的靜水壓不宜大于0.45MPa”。

按住宅層高3m計，分區(qū)最大層數(shù)：[0.45-（0.20～0.25）]/0.03 = 8～7層。（當最不利水表前靜水壓P靜按0.20Mpa計時，分區(qū)層數(shù)不宜超過8層；當最不利水表前靜水壓P靜按0.25Mpa計時，分區(qū)層數(shù)不宜超過7層）

依據(jù)《建筑給水排水設(shè)計規(guī)范》GB 50016-2003（2009版）第3.3.4條規(guī)定 “衛(wèi)生器具給水配件承受的最大工作壓力，不得大于0.6Mpa”。

按住宅層高3m計，分區(qū)最大層數(shù)：[0.60-（0.20～0.25）]/0.03 = 13～11層。（當最不利水表前靜水壓P靜按0.20Mpa計時，分區(qū)層數(shù)不得超過13層；當最不利水表前靜水壓P靜按0.25Mpa計時，分區(qū)層數(shù)不得超過11層）

結(jié)論：住宅按3m層高計，分區(qū)層數(shù)宜控制在7至8層之內(nèi)，且應(yīng)等分分區(qū)（即各分區(qū)樓層相等）；分區(qū)層數(shù)不得超過11至13層。不應(yīng)在支管上選用既減動壓、又減靜壓的減壓閥來增加分區(qū)樓層數(shù)量，應(yīng)考慮減壓閥失效的情況下，依然能滿足規(guī)范要求。

3.4減壓閥的設(shè)置

減壓閥最小減壓差：P1–P2≥0.1 MPa。給水分區(qū)內(nèi)設(shè)置入戶支管減壓閥時，按頂層最不利點水表前動水壓0.15Mpa計，每個分區(qū)最上面4層可不設(shè)減壓閥（從上往下第4層水表前動水壓約0.24MPa），第5層（0.27Mpa）開始設(shè)置，閥后壓力0.15 Mpa（可調(diào)式減壓閥，壓差0.12MPa），第6層閥后壓力0.18 MPa，第7層及以下層，閥后壓力0.18 MPa。注意此時減壓閥后的壓力都是動水壓，即在最大設(shè)計流量出現(xiàn)的情況下。如果現(xiàn)在系統(tǒng)變?yōu)榱懔髁繝顟B(tài)，減壓閥前后的壓力表讀數(shù)均會升高到靜水壓值。

設(shè)計時必須考慮實際情況，因為日常用水過程中，大部分情況是一些非最大設(shè)計流量和一些零星流量（睡眠時間）用水，出現(xiàn)最大設(shè)計流量用水的情況很少，即使出現(xiàn)，持續(xù)時間也很短，居民用水情況如圖2所示。那么在非最大設(shè)計流量的情況下，未設(shè)置減壓閥的入戶支管就有可能出現(xiàn)超壓情況。而不按最大設(shè)計流量設(shè)置減壓閥，會導(dǎo)致設(shè)置減壓閥的層數(shù)增加，并且在出現(xiàn)最大設(shè)計流量時，頂部幾層設(shè)減壓閥的樓層會出現(xiàn)水壓不足的情況。筆者認為，用水器具可能超壓0.20MPa的情況是無法從根本上杜絕的，因為考慮最大設(shè)計流量下和極端情況下，管路水損差距很大。除非是增大水泵揚程，全部支管均設(shè)置可調(diào)式減壓閥，這顯然不合理。相對于住戶用水安全相比，給水分區(qū)上面幾層未設(shè)減壓閥的住戶用水點稍微高過0.20MPa并不違反《民用建筑節(jié)水設(shè)計標準》第4.1.3條 “分區(qū)內(nèi)低層部分應(yīng)設(shè)減壓設(shè)施保證各用水點處供水壓力不大于0.2 0Mpa”的規(guī)定。節(jié)水，固然重要，但前提是不以犧牲住戶用水安全為代價。

圖2住宅小區(qū)日用水量變化圖

3.5供水設(shè)備的設(shè)置

不同給水方式對能耗的影響十分顯著。通常有并聯(lián)、串聯(lián)、減壓分區(qū)3種供水方式。1）并聯(lián)分區(qū)供水方式占用較多建筑使用面積，增加建筑投資；2）串聯(lián)分區(qū)給水方式節(jié)能效果好，且對高壓水泵的要求低，缺點是安全性低，設(shè)備過于分散，大幅提升建筑結(jié)構(gòu)負荷；3）減壓分區(qū)給水方式節(jié)能效果差，減壓裝置耗能過高。目前工程實踐證明，節(jié)能效果最好的是并聯(lián)分區(qū)給水。

住宅給水系統(tǒng)原則上每個給水分區(qū)獨立設(shè)置一套供水設(shè)備。當兩個給水分區(qū)流量較小，均小于20m3/h時，且合用一套設(shè)備總流量不超過30m3/h，宜兩區(qū)共用一套供水設(shè)備；當一個給水分區(qū)的流量較大，大于90m3/h時，宜分成兩套同型號設(shè)備并聯(lián)供水。供水設(shè)備的服務(wù)半徑（按最不利點沿程管路長度計），不宜大于300m。

隨著增壓給水技術(shù)的發(fā)展，新型串、并聯(lián)給水方式逐漸被應(yīng)用，該給水方式是在用水低峰期高區(qū)和低區(qū)水泵串聯(lián)工作，用水高峰期變?yōu)椴⒙?lián)工作。

4 小結(jié)

住宅生活給水合理的分區(qū)供水，能夠有效降低能耗，符合現(xiàn)代建筑節(jié)水節(jié)能設(shè)計理念。相關(guān)設(shè)計人員應(yīng)在工程實踐中，應(yīng)對給水系統(tǒng)分區(qū)進行不斷的完善、改進和創(chuàng)新，提高給水系統(tǒng)工作效率，確保用水安全的同時又真正的節(jié)水節(jié)能。

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