超高层住宅小区给水方案选择的体会及探讨

【摘 要】根据工程实际设计经验与体会，结合国家规范要求，介绍了超高层住宅小区不设中间设备层的优点及设计中各给水系统的方案选择。对超高层住宅小区各给水系统设计的一些特点展开探讨。

【关键词】超高层住宅；并联供水；设备层；生活给水系统；消火栓给水系统；自喷给水系统；方案选择

1 引言

近年来，随着中国经济的持续快速发展，城市化的进程加快，人口的迅猛集中，住宅的需求量扩大很快，市中心可用来建设的土地非常有限，超高层住宅早已在国内各一线大城市涌现，一些经济发达土地供应紧张的中小型城市的中心区域也开始出现类似产品。超高层住宅建筑设计中，各给水系统方案的选择关系到整个住宅小区的舒适性、安全可靠性、工程投资运行费用、维护管理及使用效果，因此各给水系统方案选择是至关重要的。超高层住宅，特别是超高层住宅小区，有其自身的特点，不能按超高层公共建筑的思路来设计。按“高规”6.1.13条“建筑高度超过100m的公共建筑，应设置避难层（间）”，6.1.13.4条“避难层可兼作设备层，但设备管道宜集中布置”。所以规范没有强制要求超高层住宅设置避难层，如果在中间单独设置局部设备层，或因为要设置设备层而让建筑专业勉强设一个避难层，均不可取，存在诸多不利因素。个人认为，对于超高层住宅小区，不管其它专业是否设置避难层或设备层，给排水专业应尽量避免在中间设置设备层，就此笔者总结了设计过程中一些经验及体会，供各位同行探讨交流。

2 工程概况

天津某工程项目为超高层住宅小区，位于天津市中心和平区，该小区主要由4栋38层的超高层住宅（约120m，简称1-4号楼）、1栋45层的超高层住宅（约145m，简称5号楼）、沿街商业及地下两层车库组成。1、2层均为大堂、商业等公共用房，各楼层高均相同，总建筑面积约为12万m2。

3 生活给水系统方案选择

现行超高层住宅加压给水设计通常采用以下2种方式：

3.1 水池水泵房屋面水箱用水点；

3.2 水池变频供水设备用水点。

第一种供水方式，因水池、水箱贮备有一定水量，当停水停电时，可延时供水，因此供水可靠，水压稳定，按最大小时流量选泵，水泵功率相对较小，但高度越高，需减压的楼层越多，能耗越大，且需物业管理较好，否则易产生供水的二次污染。第二种供水方式，由于变频供水设备可根据用户实际用水情况，通过调节水泵转速或运行台数以调节水量，因此能耗较少。但无屋顶水箱，供水可靠性较差；按设计秒流量选泵，总功率相对较大，水泵型号较多，选型技术要求高，水泵控制调节复杂，投资较大。综上所述，以上两种供水方式各有利弊，不能一概而论，应结合设计项目的实际情况，经综合比较考虑，选出最适合的供水方式，必要时可采取两种联合使用的给水方式。

本住宅小区超高层住宅有5栋，按照楼层静水压力不宜大于0.45MPa及动压超过压力0.35MPa的楼层设减压阀减压的原则划分竖向分区。共做出了三种给水方案对较。第一种方案：竖向分成6区。

1区：地下室至地上2层，由市政水压直接供水。

2区：3层～10层，由水池+变频泵组1供给。

3区：11层～18层，由水池+变频泵组2供给。

4区：19层～26层，由水池+变频泵组3供给。

5区：27层～38层，由水池+变频泵组4供给。

6区：39层～45层，由水池+变频泵组5供给。各区的水池及变频泵组均设在地下二层集中水泵房内，且1-5号楼各区均共用相应分区的变频泵组。

第二种方案：竖向分成6区，各分区楼层数均与第一种方案同，且1-4区供水方案也与第一种方案相同，但5区及6区的水池及变频泵组均移至每栋楼的中间设备层了，需每栋楼均单独在中间设置设备层，5区及6区由各自设备层中的水池及变频泵组供水。1-5号楼设备层中各水池采用群控技术启停水泵来共用一组地下二层工频泵供水。

第三种方案：竖向分为5个区，1-4区方案也均与第一种方案同。5区：27层～45层，由水池+工频泵组+屋顶水箱联合供给，在每栋屋顶设一个有效容积约4m3的生活水箱。顶部压力不足的4个楼层在每幢楼屋顶水箱间设局部变频加压供水。水池与水泵均设在地下二层水泵房内，1-5号楼各分区均共用相应各区变频泵组，1-4号楼屋顶水箱给水共用一组工频泵，并采用群控技术启停水泵，5号楼屋顶水箱给水单独设一组工频泵。

对于第一种方案，水池及水泵均设在地下车库水泵房内，且不同楼的同一分区能共用一组泵，即节地又节省投资，但对于5区及6区，供水高度超过100m，水泵扬程达到或超过1.60MPa。单台水泵的功率均较大，气压罐承压较高，因此可调节容积较小，调节作用有限，故变频泵需经常启动，且由于功率大，非常峰时段低频运行时也需要费较多的电能。且扬程越高，变频出水压力波动绝对值就越大，导致住户用水舒适性受到较大的影响。当变频器、控制器或压力变送器出现故障时，系统会可能出现超压现象而破坏用水器具。整个系统常年处于高压状态，也容易出现各种问题。对于不超过100m的高层住宅，采用这种并联分区变频的给水方案是可行的，但超过100m后由于上述缺点开始明显，该方案变的不太合理了。故最终放弃了这种方案。

对于第二种方案，5区及6区变频泵组需设在中间设备层，这种方案具有各个系统压力均不高，对管材要求也不高，且相对节能等优点。但存在以下几个问题。1、每栋楼的设备层均需单独设置一组或两组生活变频泵组，以供设备层以上的各层生活用水，不能多栋楼共用，势必造成变频加压泵组分散，不方便管理，泵组较多，初期投资也有较大增加。2、每个设备层水箱及变频泵组需占用约40平米面积，而超高层住宅一般建在市中心，寸土寸金，如本工程毛坯单价达两万，5栋楼共需200多平米面积，价值几百万元。3、设备层的上下层及隔壁均为住宅，生活变频水泵基本上为全天24小时运行，虽然可采取各种措施来减少噪音与震动，但无法将噪音与震动完全消除掉，特别为低频的噪音与震动。事实上，很多的住宅出现过低频噪音与震动严重影响相邻用户的休息，用户投诉却无法根本解决。4、设备间的排水接管处理较困难，排水管不能穿过下层住户室内排水。而不设中间设备层，均可将这些缺点全部避免掉。鉴于该方案缺点远多于优点，也不可取。

对于第三种方案，即避免了第一种方案的耗电、压力波动大、存在超压等问题，又避免了第二种方案中需设置设备层带来的一系列问题。上部1/3区域采用水箱重力供水，下部2/3区域采用变频增加供水，从节能上来说该方案也较优。变频泵组均按二用一备设计，并配有隔膜气压罐，工频泵组均按一用一备设计，并采取了防水锤措施。地下水池及屋顶水箱均设有紫外线消毒设置。各楼由于不超过150m高，采用工作压力2.5Mpa的钢塑复合管能满足将水一次性提升到屋顶水箱，且2.5Mpa的管材长度较短，市场供应充足，造价增加较少。故综上所述，建议不超过150m的超高层住宅，可不设中间设备层，超过150m的超高层住宅，也要尽量少地设置中间设备层。

4 消火栓给水系统方案选择

在一般的高层或超高层建筑中，当消火栓系统最低处消火栓口静压超1.0MPa而需要分区设置的时候，一般有两种设计方案。第一种方案：整个系统采用一套加压设备，高区利用加压设备直接供水，低区经减压阀降压后供水。第二种方案：每个分区独立设置加压设备，不设减压阀。第二种方案中还分并联供水与串联供水，并联供水为各分区水泵独立运行，串联供水为低区消防泵同时兼高区消防泵的接力泵。本工程室内消火栓系统选用第二种方案，且采用并联供水，具体如下：

低区为地下室负2层～22层，加压水泵设在地下室负2层水泵房内，水泵出水直接打进低区。在最高的5号楼屋顶设置消防水箱，屋顶水箱出水管在5号楼的23层处设减压阀组进行减压，调至0.12Mpa，以保证 22层消火栓满足着火初期0.15MPa的压力要求。

高区消火栓系统为23层～38（45）层，加压水泵也设在地下二层水泵房内，水泵出水直接打进高区管网，其中5号楼38层成一个环，该环与屋顶水箱直接相连，平时由屋顶水箱重力流稳压；5号楼39层及45层均成环管，且45层的环管与屋顶增压装置相连，39层的环管与38层的环管采用两止回阀相连，以防止屋顶增压装置平时稳压时高区各楼的底部几层（23-33层）消火栓超1.0Mpa压力值，利用本小区各楼高度的特点，巧妙地利用止回阀减少一个分区。

相对第一种方案而言，本方案仅在屋顶水箱与低区环管相连的管段上设了减压阀组，而且为一用一备，减少了减压阀在消防系统中使用，增强系统可靠性，可以避免火灾时由于减压阀失灵而造成中低区管网压力太高。栓口动压超过0.5MPa时采用减压孔板或减压稳压消火栓减压。另本设计中采用了新型变流恒压专用消防水泵，通过泵的机械特性实现工频恒压供水，该水泵Q-H曲线平坦，实现小流量（或零流量）不超压，大流量不欠压，避免水泵在超高扬程工况下运行对人身、设备、管网等带来的诸多安全隐患，确保消防效率和消防设备及消防人员的安全性、可靠性，同时，由于该泵能实现单级叶轮扬程达到300米，传统泵受限于扬程的制约只能采用串联加压供水，采用该泵使并联供水有安全保证。各区采用独立加压系统，且为并联供水，可以避免由于低区加压设备失灵造成整个大楼消防系统瘫痪的问题，也增加了消防系统的可靠性。因并联供水可将高区加压泵与低区加压泵均设在地下消防泵房内，便于管理，可以避免在中间部位设置加压设备间，从而避免了生活给水方案选择时出现的占用建筑面积、影响上下层住户等系列问题。由于超高层建筑消防立足于自救，提高消防系统的可靠性是高层建筑火灾自救的关键所在。当建筑物高度接近或超过100m 时，在条件许可的情况下，最好每个分区独立设置加压设备，减少减压阀在消防系统中的使用。同时避免采用串联加压供水，而采用并联供水，以不需在中间设置设备层。

5 自喷给水系统方案选择

自喷给水系统方案与消火栓给水系统方案基本相同，也是分高、低两区，高、低区独立设水泵并采用并联供水，22层以下为低区，23层及以上为高区，为满足规范要求的湿式报警阀承压不超过1.2MPa，低区湿式报警阀设在地下水泵房内，由下往上供，高区湿式报警阀设在屋顶设备机房内，由上往下供，高区水泵及高区湿式报警阀也不需在中间设置设备层，避免以上所述的诸多问题。按现行“高规”中7.6.1条，如住宅内部不设置中央空调系统，且户门为甲级防火门时，住宅内部可不设置自动喷水灭火系统。故设计时户门采用甲级防火门，只在公共走道、电梯厅设置喷头，因为建筑物同一时间火灾次数只考虑1 次, 建筑物内几层走道同时着火的可能性极小。该工程3～38（45）层只在走道、电梯厅单排布置喷头，系统的设计秒流量按每层全部5 个喷头动作考虑，加上安全系数，设计流量取10L / s ，湿式报警阀后喷淋干管取DN80即可，故低区自喷泵流量按30L/s选用，高区自喷泵流量按10L/s选用，大大减少了高区泵的功率，节省设备及管材投资。审图公司及消防部门审核顺利通过。现在，本人又有一个大胆的想法，可将自喷分区按2层及以下为低区，3层及以上为高区，由于高区设计流量为10L/s，可将3～45层的高区自喷系统做成常高压，按火灾持续时间1小时，只要在最高的5号楼屋顶设一个36立方的自喷消防专用水箱，取消高区自喷泵组，改在5号楼屋顶设一套流量为10L/S的低扬程增压泵组，供5号楼39-45层自喷即可。这样还可降低低区自喷泵组的扬程与功率，3-22层的湿式报警阀设置位置及供水方式同以前不变。屋顶原已有一个18立方的自喷水箱（天津当地消防部门要求自喷需单独设置水箱），只要再增加18立方即可，增加的费用可以忽略不计，该方案即安全又节省投资，是一种非常规的新方案，供大家多多探讨，开拓思路。

6 其它

由于超高层建筑并联供水管承受很大的压力，必须解决系统的安全问题，为保障各生活及消防供水的安全，必须在设备的选型、管材的选用、施工安装质量等多方面严格把关，消防系统水泵供水管宜采用内外镀锌的无缝钢管，高区的22层以下部分需采用工作压力2.5MPa的管材；给水管宜采用钢塑复合管，既保证水质又能延长给水管寿命，直供屋顶水箱的水泵加压出水管也需采用工作压力2.5MPa的管材。超高层建筑消防系统的压力较大，需采用新型的高扬程水泵，否则无法实现并联供水。由于科学技术的进步，新型的耐高压管材及新型高扬程水泵的出现，能使超高层建筑的各种供水方案更加合理、可靠、节能、节地、环保、节省投资等。

7 结语

超高层住宅小区的各系统采用何种供水方式一定要根据小区内各楼高度，及住宅的自身特点进行分析，需综合考虑，不能单栋进行设计，也不能按公共建筑的思路来设计，还应结合其他专业的设置统一进行技术经济分析，从而选择最优方案，必要时采用新型设备及管材，以保证使超高层住宅小区的各种供水方案更加经济合理、安全可靠、节能、节地、环保、节省投资等。

参考文献：

[1]刘振印，建筑给排水节能节水技术探讨，给水排水，2007 Vol.33 No.1：61～70