超高層建筑直飲水系統(tǒng)設(shè)計(jì)探討

王海港

（啟迪設(shè)計(jì)集團(tuán)股份有限公司，江蘇 蘇州 215021）

1 引言

隨著我國(guó)人民生活水平日益提高，人們對(duì)自來(lái)水水質(zhì)的要求也越高越嚴(yán)格，而水環(huán)境日益惡化導(dǎo)致常規(guī)的水處理無(wú)法完全去除水中的有害成分，自來(lái)水管網(wǎng)系統(tǒng)中存在嚴(yán)重的二次污染問(wèn)題（如管道腐蝕、滲漏、結(jié)垢、沉淀、水箱未經(jīng)常清洗消毒等），嚴(yán)重影響人們的身體健康。上述現(xiàn)狀推進(jìn)了直飲水系統(tǒng)的發(fā)展。直飲水系統(tǒng)按規(guī)模可分為家用直飲水機(jī)、商業(yè)直飲水平臺(tái)、小區(qū)集中直飲水系統(tǒng)、城市區(qū)域直飲水系統(tǒng)等。北上廣深等大城市在區(qū)域直飲水系統(tǒng)的推廣走在全國(guó)的前列，其他各城市也推出相應(yīng)的推廣管理辦法。本文結(jié)合蘇州昆山花橋國(guó)際商務(wù)城某超高層項(xiàng)目直飲水系統(tǒng)設(shè)計(jì)，總結(jié)超高層項(xiàng)目直飲水系統(tǒng)在系統(tǒng)分區(qū)、水箱水泵參數(shù)、水質(zhì)消毒措施、回水方式等方面的水質(zhì)控制措施。

2 項(xiàng)目介紹

本項(xiàng)目位于蘇州昆山花橋國(guó)際商務(wù)城核心區(qū)域，為一棟超高層建筑（建筑高度180.14 m），建筑功能：地下室共3層，為汽車(chē)庫(kù)及設(shè)備用房；塔樓1～4層為商業(yè)功能，5～40層為辦公功能，共設(shè)置3層避難層分別為11層（建筑高度45.5 m）、21層（建筑高度90.38 m）、31層（建筑高度135.26.5 m）。建筑每層設(shè)置2處直飲水點(diǎn)（除避難層外），每處設(shè)置一個(gè)直飲水平臺(tái)（含4組水嘴，冷熱各2組），項(xiàng)目水嘴數(shù)量n為296個(gè)。項(xiàng)目所屬花橋國(guó)際商務(wù)城提供區(qū)域直飲水水源，供水壓力0.30 MPa，水源管道供至項(xiàng)目紅線范圍處。

項(xiàng)目每層直飲水供水人數(shù)150人，直飲水供水層數(shù)為37層，總供水人數(shù)N為5 550人，最高日直飲水供水定額qd按2 L/（人·d），最高日直飲水用水量Qd=Nqd=11.1 m3/d。最高日小時(shí)變化系數(shù)Kh為1.5，用水時(shí)間T按10 h計(jì)算[1]，最大時(shí)用水量為：

項(xiàng)目瞬時(shí)高峰用水按式（1）計(jì)算：

式中，qs為瞬間高峰用水量，L/s；q0為水嘴額定流量，L/s，取0.05 L/s；m為瞬間高峰用水時(shí)水嘴使用數(shù)量。水嘴使用概率p：

式中，α為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，辦公樓取0.27。

經(jīng)計(jì)算np≥5且n（1-p）≥5，瞬間高峰用水時(shí)水嘴使用數(shù)量m[2]：

3 供水分區(qū)

根據(jù)相關(guān)規(guī)范直飲水系統(tǒng)豎向分區(qū)各分區(qū)最低處配水點(diǎn)的靜水壓力不宜大于0.40 MPa，且直飲水嘴處壓力不小于0.05 MPa，結(jié)合項(xiàng)目避難層的設(shè)置位置，供水分區(qū)有3種方案供選擇，見(jiàn)表1及圖1。

表1 供水分區(qū)方案對(duì)比

圖1 供水分區(qū)方案簡(jiǎn)圖

如果從設(shè)計(jì)角度考慮3個(gè)方案，還應(yīng)考慮投資金額、衛(wèi)生條件及運(yùn)營(yíng)管理等因素。但在與運(yùn)營(yíng)方的實(shí)際接觸和項(xiàng)目案例參觀中，發(fā)現(xiàn)運(yùn)營(yíng)方重視而設(shè)計(jì)方忽略的是以下4點(diǎn)。

1）管網(wǎng)設(shè)計(jì)壓力值。由于直飲水系統(tǒng)管徑均偏小，本項(xiàng)目大量都是DN15～DN25的管道，如方案一存在大量超過(guò)0.60 MPa的管道及減壓閥，運(yùn)行爆管的風(fēng)險(xiǎn)較大，是導(dǎo)致運(yùn)營(yíng)中大量維修的主要因素。

2）減壓閥的設(shè)置。除了用水高峰以外，直飲水系統(tǒng)平時(shí)流量較小，甚至出現(xiàn)減壓閥無(wú)法達(dá)到開(kāi)啟流量的情況，或開(kāi)啟后不能有效減壓，所以運(yùn)營(yíng)方要求盡量減少減壓閥的使用。

3）回水的控制?；厮潜ＷC水質(zhì)安全的最后保證，運(yùn)營(yíng)方要求不應(yīng)有太多的回水管及回水管匯合回水現(xiàn)象，方案一和方案二回水匯合較嚴(yán)重，方案三各個(gè)區(qū)域回水相對(duì)獨(dú)立。

4）衛(wèi)生條件及管理方式。參觀的項(xiàng)目案例均采用了先進(jìn)的水質(zhì)監(jiān)測(cè)和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控設(shè)備，在線水質(zhì)檢測(cè)設(shè)備將實(shí)時(shí)水質(zhì)數(shù)據(jù)傳送至區(qū)域中控平臺(tái)，區(qū)域中控平臺(tái)可調(diào)取各個(gè)泵房的實(shí)時(shí)監(jiān)控畫(huà)面和水質(zhì)情況，確保了水質(zhì)的安全可靠，同時(shí)有專(zhuān)業(yè)的物業(yè)公司定期對(duì)直飲水泵房進(jìn)行清潔保養(yǎng)。3個(gè)方案的衛(wèi)生條件都可得到有效的保障。

考慮上述原因，最終與運(yùn)營(yíng)方確認(rèn)系統(tǒng)采用方案三，具體各分區(qū)見(jiàn)表2。

4 水箱容積、轉(zhuǎn)輸泵組設(shè)計(jì)

結(jié)合供水分區(qū)計(jì)算各分區(qū)用水量，見(jiàn)表3。

表3 供水分區(qū)系統(tǒng)計(jì)算表

由于項(xiàng)目采用多級(jí)串聯(lián)供水，頂部用水經(jīng)每級(jí)水箱提升輸送，增加了飲用水的存儲(chǔ)及轉(zhuǎn)輸時(shí)間，提高了水質(zhì)污染風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)于各級(jí)水箱的容積設(shè)置，結(jié)合GB 50015—2019《建筑給水排水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》[1]、CJJ/T 110—2017《建筑與小區(qū)管道直飲水系統(tǒng)技術(shù)規(guī)程》[2]，水箱有效容積按服務(wù)樓層最大時(shí)用水量的50%+轉(zhuǎn)輸水泵5 min的流量確定，轉(zhuǎn)輸水泵的流量按轉(zhuǎn)輸水泵服務(wù)樓層最大時(shí)用水量選取，地下B1水箱無(wú)服務(wù)區(qū)域，其有效容積按轉(zhuǎn)輸水泵10 min的流量確定，31層變頻加壓泵組流量按高區(qū)瞬間高峰用水量確定。各級(jí)轉(zhuǎn)輸水泵的啟停由上級(jí)水箱液位控制，并在控制中心內(nèi)設(shè)置各級(jí)水箱的液位檢測(cè)、報(bào)警設(shè)備，并可遠(yuǎn)程控制水泵的啟停。經(jīng)計(jì)算各分區(qū)水箱容積及轉(zhuǎn)輸泵組參數(shù)見(jiàn)表4和表5。

表4 分區(qū)水箱有效容積計(jì)算表

表5 分區(qū)轉(zhuǎn)輸泵流量計(jì)算表

除對(duì)水箱水泵參數(shù)限定外，直飲水系統(tǒng)還采取以下措施保證水質(zhì)安全。

1）直飲水機(jī)房應(yīng)設(shè)置專(zhuān)用機(jī)房，地面、墻壁、吊頂采用防水、防腐、防霉、易消毒、易清洗的材料鋪設(shè)。地面設(shè)間接排水設(shè)施。門(mén)窗采用耐腐蝕材料制成，并配有鎖閉裝置，同時(shí)設(shè)有防蚊蠅、防塵、防鼠等措施。機(jī)房應(yīng)設(shè)置通風(fēng)設(shè)施。

2）直飲水系統(tǒng)管道采用SUS316不銹鋼水管，水箱采用SUS304-2B材質(zhì)，管材、管件符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 14976及GB/T 14975要求，水箱、管道、水泵等均全部采用橡塑保溫。水箱采用密閉設(shè)置，配置空氣呼氣閥且不配置溢流管。

3）凈水機(jī)房?jī)?nèi)配備紫外線空氣消毒裝置及除濕機(jī)，紫外線燈按1.5W／m2吊裝設(shè)置。

經(jīng)過(guò)一年的運(yùn)行，上述設(shè)計(jì)可有效保證運(yùn)行穩(wěn)定及水質(zhì)安全。

5 系統(tǒng)消毒及回水系統(tǒng)

5.1 消毒措施

由于區(qū)域直飲水在制備過(guò)程中已經(jīng)過(guò)二氧化氯消毒處理，本項(xiàng)目在每個(gè)直飲水水箱出水口設(shè)置紫外線消毒措施進(jìn)行加強(qiáng)消毒，設(shè)備處理量按分區(qū)最大時(shí)流量選取，紫外線有效劑量不應(yīng)低于40 mJ／cm2。

5.2 回水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)除了供回水系統(tǒng)嚴(yán)格按照同程式設(shè)置外，還采取了以下保證回水安全的措施。

5.2.1 回水方式

由于本項(xiàng)目直飲水系統(tǒng)大多采用重力供水，如各分區(qū)回水均回至原出水水箱，需設(shè)置較多的回水泵組及管路，為避免上述問(wèn)題項(xiàng)目采用上級(jí)重力供水直接回至下級(jí)轉(zhuǎn)輸水箱的方式（見(jiàn)圖1），達(dá)到節(jié)約管路高效回水的目的。

5.2.2 循環(huán)方式

循環(huán)系統(tǒng)可分為定時(shí)循環(huán)和全日循環(huán)兩種。全日循環(huán)系統(tǒng)造價(jià)相對(duì)高，且需進(jìn)行水力計(jì)算確認(rèn)各閥門(mén)的壓力及系統(tǒng)流量，設(shè)計(jì)調(diào)試較復(fù)雜。

由于本項(xiàng)目為辦公建筑，用水時(shí)段相對(duì)集中、系統(tǒng)控制簡(jiǎn)單，循環(huán)方式采用定時(shí)循環(huán)，加壓供水區(qū)加壓水泵兼做回水泵組。由于中區(qū)、高區(qū)采用減壓閥分區(qū)，各單獨(dú)供水分區(qū)分別回流至直飲水機(jī)房經(jīng)精密過(guò)濾器后進(jìn)水箱，避免壓差導(dǎo)致的回水不均勻現(xiàn)象。

5.2.3 定時(shí)循環(huán)控制方式

采用時(shí)間控制器進(jìn)行回水電磁閥的控制，平時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)按每天開(kāi)啟兩次運(yùn)行（早上6點(diǎn)、晚上6點(diǎn)），確保直飲水停留時(shí)間不超高12 h，高溫期間可遠(yuǎn)程調(diào)整每天啟動(dòng)次數(shù)，根據(jù)管網(wǎng)容積及回水管管徑確定每次開(kāi)啟時(shí)間。如供水低區(qū)，經(jīng)計(jì)算直飲水管路總?cè)莘e為0.084 m3，回水管管徑DN15 mm（回水流量0.396 m3/h），管路中水量全部回流時(shí)間為60×0.084/0.396=12.7 min，考慮安全因素設(shè)計(jì)回水時(shí)間取15 min，即回水閥每次按時(shí)開(kāi)啟15 min。

設(shè)計(jì)過(guò)程中還采用不循環(huán)支管長(zhǎng)度不超過(guò)3 m、每層飲水平臺(tái)增設(shè)過(guò)濾設(shè)備的措施保證末端用水的安全性。

5.3 水質(zhì)檢測(cè)

設(shè)計(jì)中明確水質(zhì)檢測(cè)項(xiàng)目種類(lèi)及周期，在直飲水供水系統(tǒng)入口處、每層轉(zhuǎn)輸水箱處設(shè)置取樣點(diǎn)，并配置在線檢測(cè)設(shè)備，對(duì)濁度、pH、耗氧量、余氯等實(shí)時(shí)監(jiān)控水質(zhì)變化，對(duì)水質(zhì)的突發(fā)變化進(jìn)行預(yù)警。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)本項(xiàng)目直飲水系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總結(jié)，探討了超高層直飲水系統(tǒng)在分區(qū)設(shè)置、水箱容積、轉(zhuǎn)輸泵組、系統(tǒng)消毒、回水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，通過(guò)各個(gè)分區(qū)用水量計(jì)算確定轉(zhuǎn)輸水箱容積、轉(zhuǎn)輸泵組流量、回水控制時(shí)間等，確保直飲水供水系統(tǒng)的安全可靠。同時(shí)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)積極與運(yùn)營(yíng)方溝通，了解先進(jìn)的直飲水監(jiān)控與檢測(cè)技術(shù)，研究系統(tǒng)運(yùn)行中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，推進(jìn)超高層直飲水系統(tǒng)不斷進(jìn)步與發(fā)展。