高層建筑給水排水的優(yōu)化設計

吳占全

摘? ?要：隨著我國城市經濟的快速發(fā)展，城市人口數量急劇上漲，人們的生活水平也不斷提高，從而人們對生活質量及居住環(huán)境有了新的要求，高層建筑中的給排水與人們生活密切相關，這樣給高層建筑給排水系統(tǒng)設計質量提出了更高的要求，設計中必須考慮到新技術的應用，為高層建筑給排水性能提供保障。本文首先對給排水方式進行了論述，然后并對高層建筑設計中存在的問題進行了分析，最后對高層建筑給排水優(yōu)化設計進行了探究。

關鍵詞：高層建筑? 給排水? 優(yōu)化設計

中圖分類號：TU82? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）07（a）-0150-03

建筑工程施工中給排水作為重要環(huán)節(jié)，對整體工程質量具有直接影響。尤其是高層建筑，結構復雜，給排水系統(tǒng)設計帶來很大的壓力。如果設計不到位就會影響到高層建筑給排水的安全性及居民使用的可靠性，同時會給工程施工帶來巨大阻礙，因此，高層建筑給排水優(yōu)化設計成為重要研究內容，通過科學設計確保給排水施工順利進行。在其設計過程中需要結合建筑主體的實際情況，嚴格按照國家有關標準執(zhí)行，有效提升設計方案的科學性、合理性，為高層建筑的給排水系統(tǒng)的穩(wěn)定打下堅實的基礎，同時更好地滿足人們的需求，提升人們的幸福水平。

1? 高層建筑給水排水概述

相對于低層建筑，高層建筑具有樓層數多、振動源多、給排水水量瞬間需求量大的特點，決定高層建筑具有較高的建筑標準，進而決定了在給排水設計、施工材料、施工管理方面有嚴格要求，需進一步引入新技術，確保給排水的安全性和穩(wěn)定性。首先，高層建筑熱水、消防系統(tǒng)的靜水壓大，如果只有一個供水區(qū)則組件消耗過大難以滿足使用要求，需要通過科學的豎向分區(qū)供水確保系統(tǒng)穩(wěn)定，降低靜水壓，保證供水系統(tǒng)安全。其次，高層建筑消防隱患諸多，一旦發(fā)生緊急情況危險大、損失大，高層建筑消防壓力較高。最后，高層建筑中居住人群數量較多，給排水需求量大，如果發(fā)生故障問題影響面積較大。想要確保排水壓力穩(wěn)定就要采用通氣管引入排水系統(tǒng)，或者選擇新型單立管系統(tǒng)，選擇性能良好的材料，確保排水暢通。

2? 高層建筑給排水方式

2.1 高層建筑給排水豎向分區(qū)設計

2.1.1 豎向分區(qū)設計必要性

高層建筑高差大，若只選擇室外供水路線設計可能受壓力影響難以滿足用水要求。因此，供水系統(tǒng)設計時需要增壓設施設計。如果不采取豎向分區(qū)設計則底層用水點靜水壓力較大產生一系列問題，例如，較低樓層用水器具流量大，受高壓影響產生噴射狀水流影響用戶的使用，而且浪費水資源。上層用水器具流量少產生負壓抽吸，水的反向流動產生污染。此外，建筑底層用水設置閥門，磨損比較嚴重，在較大水壓下就會出現滲漏，增加設備維護難度。所以，綜合以上原因分析，高層建筑給排水系統(tǒng)采取分區(qū)運行是必要的。

2.1.2 給排水豎向分區(qū)方法

分區(qū)設計要科學選取壓力參數，若壓力參數較大可能產生很多問題;若壓力參數較小又會因為分區(qū)較多，增加設備、組件、管線使用量，增加成本投入與后續(xù)維護難度。因此，給排水系統(tǒng)分區(qū)設計要結合實際要求、材料質量、組件額定工作壓力確定壓力參數。一般情況下，高層建筑給排水系統(tǒng)分區(qū)選擇的壓力參數以各部分分區(qū)最底端用水點的靜水壓力低于組件額定壓力標準確定。根據建筑給排水設計規(guī)范要求：建筑給排水系統(tǒng)各分區(qū)底部用水點位置的靜水壓力在0.35～0.45MPa之間，用水節(jié)點位置需進行減壓。各分區(qū)中，處于最為不利用水點處的水壓要符合標準供水壓力標準。高位水箱供水時，水箱應在最頂端。通常高層建筑供水分區(qū)最低靜水壓力為0.1MPa。因此，高層建筑各供水分區(qū)頂部入戶管線的進管壓力參數應在0.1MPa以上，生活用水水壓為0.30MPa。水壓大于0.35MPa可安裝降壓設備，防止水壓過大導致用水不便。

2.2 高層建筑給排水方式設計

2.2.1 氣壓罐供水設計

氣壓罐供水系統(tǒng)分為氣壓罐與離心水泵兩部分。氣壓罐是一種鋼材料的密封存水容器。水源來水經水泵壓入密閉壓力罐至最高水位后，在壓縮空氣的作用下由密閉罐將水送至建筑內各用水點，是一種利用密封儲罐內空氣的可壓縮性進行儲存、調節(jié)和加壓送水量的裝置。而且，受氣壓影響將此容器內水壓提高到用水高度，有效達到節(jié)能的目的。這種設計方法優(yōu)勢為：第一，儲存在密封氣壓罐里的水不會受到污染，可保證潔凈。第二，投資少、成本低，有助于實現經濟效益最大化。第三，無需設置水塔和水箱，使得建筑總體荷載下降。第四，可實現自動控制，便于集中管理，安全可靠。其不足為：密封容器的存水量較小，水量調節(jié)能力有限，供水穩(wěn)定性較低，供水壓力變化大導致穩(wěn)定性不高。單位時間中水量存貯少，造成水泵運行頻率快，水泵磨損嚴重，縮短水泵使用年限。

2.2.2 減壓分區(qū)供水設計

減壓設計是利用減壓水箱、減壓閥降低壓力，用水泵將水提升至建筑頂層貯水裝置，可根據高層建筑大小合理設置分區(qū)減壓水箱。設計送水按照由上一級減壓水箱向下一級減壓水箱供水，也可以在減壓水箱高低鄰區(qū)安裝減壓閥門。向下區(qū)送水時通過主管線減壓閥門流入下層給水管網，這種方法穩(wěn)定且結構簡單、成本低。采用這種方式供水，無需在各供水分區(qū)安裝水箱，充分節(jié)約更大空間。不過，這種設計方法底部區(qū)的水壓損失較大，水泵能量損失較大。

2.2.3 高位水箱供水設計

高位水箱給水分為水箱、水泵，串聯與并聯等。高位水箱供水設計可以保證水壓穩(wěn)定、水箱內存貯更多水量，確保供水穩(wěn)定。由于水箱存水量較多因而水泵無需頻繁啟動，有效提升了供水效率，而且安裝簡便，無需較多成本投入。其不足為：設計復雜，主體結構成本投入增加，高位水箱存貯水長期存放水質降低，水泵向水箱供水時，管路系統(tǒng)與機電系統(tǒng)存在噪聲，高位水箱體積過大占用較多建筑面積。

2.2.4 變頻泵無水箱給水方式

所謂的變頻泵，利用變頻器來改變水泵的轉速，來調節(jié)水泵的流量和壓力，最終實現設備水壓和流量的調控。因此不需要高壓水箱。此方式最大的優(yōu)點是節(jié)能，在壓力不變的前提下，電機的轉速隨水量的變化而變化，水泵磨損小;其次，實現自動控制，變頻器上一般都有閉環(huán)控制功能，可以根據壓力信號自動控制運行，達到恒壓供水;再次，可利用變頻器的軟啟動功能，使啟動電流從零開始，最大值也不超過額定電流，延長了設備和閥門的使用壽命，節(jié)省了設備的維護費用;最后，結構緊湊，占地面積少，容易安裝，方便集中管理。主要缺點為：變頻器造價昂貴，前期投資較多。

3? 高層建筑給水排水設計問題

3.1 給排水泵房中水錘預防問題

水錘作為供水管路主要物理現象，對供水管路與閥門影響較大，可能發(fā)生爆管，影響其他給水設施。為此，建筑給排水泵房設計時應避免水錘破壞，優(yōu)化水泵房設計尤為重要。

3.2 高層建筑給水設計中的水系統(tǒng)壓力問題

高層建筑給水設計系統(tǒng)比較復雜，根據豎向分區(qū)可分為低區(qū)供水和高區(qū)供水兩個供水系統(tǒng)。低區(qū)供水可采用帶氣罐的變頻供水方式，高區(qū)供水可采用屋頂水箱供水系統(tǒng)。高層建筑樓層較高，難以做到高區(qū)供水和低區(qū)供水的平衡，特別是高層建筑的最頂層，供水壓力相對較低。供水點的靜水壓力一般不能夠達0.1MPa以上，滿足不了用水需求。

3.3 地漏設置與水封問題

地漏設置應滿足建筑給排水設計規(guī)范，結合使用環(huán)境選擇多種類型的地漏，食堂、廚房、公共浴室選擇網框式地漏。但是在后續(xù)使用時發(fā)現室內時常出現異味，這是因為地漏水封受損，排水管道內氣體進入室內造成污染。在實際施工中很多單位為節(jié)約成本而選擇劣質地漏，其水封深度只有30mm（規(guī)范要求水封深度不得小于50mm），難以達到水封作用。在排水過程中，地漏水封因為誘導虹吸發(fā)生損壞。尤其是廚房抽油煙機運行時更加嚴重，因為氣壓變化，造成水封受損。

3.4 管道滲漏

管道滲漏是建筑工程一種常見現象，發(fā)生原因為：第一，給排水管道質量差，以次充好。高層建筑高度較高因而具有較大的沖力，對管道承載力要求較高。如果給排水優(yōu)化設計時管道達不到最低承載力要求就會在后續(xù)使用過程中發(fā)生滲漏。第二，給排水管道檢查不到位，一些管材存在砂眼或組件缺陷。如果不認真檢查極容易疏忽，這些問題只要認真檢查都能夠發(fā)現，保證管道符合標準要求。第三，受施工環(huán)境制約，管材質量與使用時間變化，例如：施工現場溫差較大使得材料完整性受到影響，或因為管道連接技術較差，很多細節(jié)問題被忽視從而產生管道連接問題。

3.5 排水管道堵塞

第一，排水管道直徑較小，隨著使用時間的延長管道內部堆積雜物發(fā)生堵塞，或居民一次性倒入雜物較多也會出現堵塞。第二，施工時管道內雜物未清理干凈，這些雜物無法順利排出，多被堆積在管道轉角位置，生成難以被排除的沉淀物導致管道堵塞。

4? 高層建筑給水排水的優(yōu)化設計

建筑給排水設計具有復雜性特點，無論舊項目改造或是新項目設計，首先需要進行系統(tǒng)分析，經過分析為決策提供各種可靠數據、可供選擇方案，保證決策正確。為此，要想解決給排水中的各種問題，必須根據高層建筑的實際情況科學地設計給排水管道的管徑與流速，并對其設計進行優(yōu)化，為日后的使用奠定堅實的基礎。

4.1 優(yōu)化設計之一：泵房中水錘的預防

水錘，是管路中液體流動速度驟然減小和增加都會引起管道內壓力升高而引起的，是一般供水管道中經常遇見的物理情況，影響供水管路及閥門，嚴重可能導致爆管。所以，在建筑給排水的泵房設計中，應預防水錘的破壞。設計時可以注意以下幾點：

（1）采用變頻水泵，利用PLC自動控制系統(tǒng)，對水泵進行變頻調控，嚴格控制水泵的流量，防止發(fā)生水流速度急劇變化，保持水壓平衡;

（2）安裝減壓閥，利用泄壓的方法降低管道中的壓力，避免水流較小時管網超壓;

（3）在合適的位置安裝止回閥，通過緩慢關閉閥門減小水錘的沖擊，并定期進行維護保養(yǎng);

（4）可以在管道的最高處設置自動排氣補氣閥，排除管道中的多余氣體，以消除管道中負壓，可減小水錘壓力，避免管道損壞。

4.2 優(yōu)化設計之二：地漏設置及水封問題

地漏的設置應符合《建筑給水排水設計規(guī)范》GB50015-2003（2009年版）。衛(wèi)生間、廚房及其他特需地面排水的房間，需設置地漏，并根據使用場所不同來選擇適合的地漏。國家建筑給排水設計規(guī)范規(guī)定“帶水封的地漏水封深度不得小于50mm”。在實際生活中，有許多業(yè)主發(fā)現房間內氣味異常，特別是廚房抽油煙機工作時氣壓波動會更加嚴重，這個問題的根源就是地漏的水封被破壞，排水管道內氣體上返進入室內，造成室內空氣污染。其主要原因之一是為了降低工程造價，施工中使用了劣質的地漏，水封深度不足不能起到水封的作用;其二是住戶裝修時選擇地漏不當，一些外觀美觀的地漏卻水封深度不能滿足規(guī)范規(guī)定，排水時地漏的水封由于誘導虹吸或正壓噴濺作用被破壞，導致臭氣上返。因此設計及施工時應采用高水封地漏或新型的氣水兩封型地漏，也可在地漏下加存水彎。并采用

4.3 優(yōu)化設計之三：飲用水安全

給水是給排水系統(tǒng)設計的重要功能之一，給水作為飲用水水源，其安全性尤為關鍵。如果高層建筑給水形式為一泵到頂、逐級減壓式供水，管道承壓較大，存在安全隱患。可優(yōu)化設計，采用全流量高效變頻調速給水設備垂直串聯加壓供水，在設備層設置中間轉輸水箱，具有節(jié)能性良好、維護簡單等優(yōu)點。高層建筑若設供水水箱，選材要符合生活飲用水衛(wèi)生標準要求，建議采用國家食品級304不銹鋼材質的儲水水箱，無污染，同時水箱溢流管要做好防護措施，避免昆蟲進入。確保供水及用水安全。

5? 結語

總而言之，高層建筑給排水系統(tǒng)的設備、材料呈現多元化，技術水平不斷提高、區(qū)域智能化也在不斷發(fā)展。設計人員要不斷引入新的設計理念，妥善解決、優(yōu)化處理存在的問題，確保讓高層建筑給水排水的需求得到滿足。但是，給排水管道材質及施工質量也不容忽視，施工單位必須嚴格按照《給排水設計施工規(guī)范》施工，真正讓給排水最佳設計得到有效執(zhí)行，保證質量與性能同在。

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