高层民用建筑给排水设计若干问题探讨

【摘要】为了科学、合理地设计超高层建筑的给排水系统，本文结合具体工程实例从二次给水前置设备、全流量高效变频调速给水设备、新型消防水系统设计这几方面进行了分析研究，并充分贯彻了节能合理的思想。

【关键词】高层建筑 给排水 问题探讨

1引言

对超高层建筑的给排水系统进行科学、合理的设计，在满足建筑使用功能的前提下，充分发展和利用绿色建筑技术，最大限制地节能、节水、节材、节地和环境保护，是推动我国超高层绿色建筑健康发展的重要环节。响应南宁政府号召，广西九洲天龙房地产开发有限公司计划在琅东新区区建设一栋 71 层，高度 301.6 米的超限高层建筑——南宁九洲国际大厦，建成后将成为南宁新地标建筑及第一高楼。该建筑主要功能组成部分有：（1） 裙楼商业及地下室（负 6 层～9 层）；（2）塔楼酒店客房层（11 层～25 层）；（3）塔楼办公层（26 层～71 层）。

2二次给水前置设备

根据当地有数据显示：市政管网的进户水压最低可达到 0.30MPa，事实上南宁市自来水公司的管网等压线在工程所在地达到 0.32MPa 左右，而该工程的最高日用水量约 1882m?，其中需二次加压的水量约 1600m?。

若全部采用常规的水箱及给水设备加压系统，将使具有 0.30MPa 水压的市政给水变成标高约为-10.1m 处的自由水面，相当于损失能量 0.40MPa，造成的能量浪费每天约200kW·h，与节能的设计宗旨有悖。而且水箱与外界接触，容易产生二次污水，影响水质，因此该工程不适合采用这种方法。

叠压供水设备固然可以利用市政压力达到节能的目的，但市政管网一出问题，楼内马上就要停水，没有一点缓冲余地，对于这样的建筑，停止供水的后果是不可想象的，保证其供水可靠度是本工程给水设计的不容商榷的目标。

类似的工程中，有的项目采用了叠加供水加增压水箱的方案。此方案是平时采用叠加供水以达到节能的目的，事故时采用增压水箱（所谓增压水箱是，事故时从叠加加压工况切换到开敞水箱加补压水泵供水状态）。但是该方案的问题在于切换，水箱里的水长期闲置不用，必定变质，切换的频率也是要考虑的问题。有的工程选择 24小时切换一次，每天切换就要把水箱的水全部用完再更新。但这样，每天会造成一定的能源浪费，因此这种方案不适合该工程。

经过长期钻研和实践对比，该工程的设计人员设计了以承压水罐做为蓄水装置的二次前置给水加压设备。该设备利用密闭的承压罐替代传统的给水水箱，不仅能充分利用市政管网余压，而且避免了二次污染。

其工作原理如下：通过 PLC 控制器及电动阀自动反馈市政给水干管供水状况并根据设定的参数自动切换设备工况，在市政供水有足够压力时，二次加压泵从承压罐中吸水，为用户供水。因所选承压罐是密闭的，所以二次加压泵能充分利用市政管网余压，减小能量浪费，达到节能效果；当市政用水高峰或者市政断水时，进水管上的压力表低于某设定值（如低于 0.1MPa），阀门自动关闭，切换到事故状态运行，真空抑制器破坏承压罐中的密闭性，使水体成为自由水面，失去的市政压力由补压泵供给，二次加压泵从补压泵出水管吸水，叠压为用水点供水，使系统压力维持在正常情况。

3全流量高效变频调速给水设备

市面上变频给水设备有两种：第一种为早期产品，由 2～3 台水泵组成，其中一台采用变频器控制，其他为工频泵。在小流量时，变频器投入工作，电流频率下降，水泵低速运转，频率低至某值时，水泵空转，不能向系统供水。当系统用水量逐渐加大时，电流频率逐渐由低向高。水泵也由低速而高速直至高效工作点，随着用水量的进一步加大，由变频器控制的水泵供水量不能满足用水要求，则其他水泵投入工作，这些水泵一般在正常转速工作。

第二种是变频调速供水设备的改进型，配套技术有了一定程度的提高，如采用大小泵结合的形式供水，设备设小型气压水罐，几台大泵互为备用，切换交替运行。该类产品和初期产品相比，水泵工作在高效段的时段有了一定程度的提高，较之初期产品更节能。此类新产品的控制点一般都是水泵出水口压力，使水泵出水口压力恒定在一个设定值，通过变频来改变水泵的出水流量。这样往往容易出现虽然改变了水泵的出水量，但水泵运转仍不处于高效段运行的情况，不能达到很好的节能效果。

该工程的J10 区加压设备运用的全流量高效变频给水技术。这项全新的技术，按流量段配泵，变频在各个流量段小幅度变化，使流量衔接得更平滑，保证了各流量段之间的流量衔接；通过两种方式配泵，控制高效频率下限值，能够精确供水。这种变频给水设备配置的水泵任何时段均在高效段运行，较一般变频供水设备节电 30%。经计算，该设备应用在该工程，全年可节电约 1500kW·h。这种设计是符合工程要求的，但是值得指出的是，酒店按五星级标准定位，办公区按智能化超甲级办公楼定位，供水安全性是重点考虑方面，如采用变频供水，一旦设备出现故障，会导致马上停水，引起客户不满，造成重大经济损失并严重损坏大厦形象。而且大部分知名品牌酒店均要求采用高位水箱重力供水方式。

4新型消防水系统设计

室内消防水灭火系统覆盖整个建筑的主要是室内消火栓及自动喷水灭火系统，该工程消防供水系统采用常高压与稳高压相结合的方式，即火灾延续时间 3h 内的全部室内消火栓用水量 432 m?和自动喷水灭火系统 1h 用水量 122m?，合计 554 m? （考虑到其它水消防灭火系统，虽不是同时开启，但消防水池容积放宽到 600 m?）全部放置在屋顶层，作为水灭火系统的水源。水灭火系统以常高压为主，重力流不能满足压力的上部楼层采用稳高压系统（66层～71 层）。在 35 层设置消防转输水箱，有效容积为 50m?，用于转输水泵抽水。分别在 10 层、35 层、53 层设置消防减压水箱，有效容积均为 50m?。

在消防车供水范围内的区域，水泵接合器直接供水到室内消防环状管网；在消防车供水压力不能到达的区域，水泵接合器接至地下消防水池，火灾时利用转输水泵及转输水箱向屋顶消防水池供水。

系统的地下水池及转输水泵、转输水箱形成了第二供水系统，其实际意义相当于第二水源。屋顶水池、稳高压与常高压结合的灭火系统已形成了一套完备的灭火系统。地下水池和屋顶水池各贮存 1 小时的自动喷水灭火系统用水量，相当于发生火灾时自动喷水灭火系统保有 200%的贮水量。而 20min 室内消火栓流量则意味着发生火灾时第二水源立即供水，消防车如在发生火灾 20min 内赶到，可通过水泵接合器向地下水池供水。

该工程的消防水系统形成了一个可靠度较高的超高层水灭火系统，除上部靠重力流不能满足灭火水压的采用稳高压系统外，塔楼 65 层以下均为常高压灭火系统，火灾时无需启动水泵，避免了因电气故障或机械故障产生的系统失效，保证了灭火时安全供水。

5结束语

现代高层建筑的发展是社会需求推动的。随着经济发展和城市化程度的提高，城市人口急剧增加，土地供应紧张，促使人们向高空发展，拓展生存空间，在极为有限的土地上建造更大面积的建筑，这是高层建筑及超高层建筑产生和发展的源动力。随着科技的不断进步，建筑技术的不断创新，越来越多的高层和超高层林立于城市之中，只有不断的提高设计人员的专业技术，才能使更多的高层和超高层建筑更经济更合理的成为现实。

参考文献：

[1]李洋.超限高层建筑给排水系统设计的特点[J].给水排水，2010， 36（1）：69～72

[2] 上海市城乡建设和交通委员会. 建筑给排水设计规范（GB 50015-2003，2009 年版）[S].中国计划出版社，2010

[3]上海市建设和交通委员会. 室外给水设计规范（GB 50013-2006）[S].中国计划出版社，2006