超高層建筑給排水設計:給水系統的選擇與設計1導讀前面幾篇文章對變頻供水系統的節能性進行了分析，文章介紹的計算方式可用于對超高層各種給水系統的綜合效率系數進行計算，以及進行系統的節能性判定，文章以外的部分計算內容及結果不再詳述（文字量大），其結論對超高層建筑給水系統選擇及設計的引導意義如下：1、工頻泵高位水箱重力供水系統，當工頻泵提升至水箱的提上升度與其供水范圍基本一致時：A.當供水高度為50m時，其節能性優于變頻供水系統。B.當供水高度為100m時，其節能性略遜于合理配置下的全變頻給水設備分區供水，但差異很小，而變頻供水系統節能性不穩定，其節能效果，因設計而異、因設備而異、因實際用水工況而異，且全變頻給水設備分區供水一次投資大、設備維護相對多而雜，在其節能性不確定且節能比例可能很小的情況下，采納全變頻給水設備的投資回報年限可能很長。C.當單水箱供水區域接近100m時，重力供水最下部分區采納合理配置下的全變頻給水設備供水，其整體供水節能性優于單水箱全重力供水系統，但差于分區工頻泵高位水箱重力供水系統。2、工頻泵高位水箱重力供水系統，當其提上升度與供水范圍基本相等時：A.當提上升度不小于100m時，提上升度加添，其綜合效率系數基本保持不變，即當工頻泵提升至100m時的效率系數與水泵提升至150m時的效率系數基本相等。（以前文計算模型為例，2種方式綜合效率系數均約為0.33～0.34，差異基本可以疏忽，究其原因，在于水泵提上升度越高，其供水至用戶的平均有效揚程越高，兩者成正比。）B.當提上升度小于100m，其效率系數隨提上升度的減小而漸漸加添。（以前文計算模型為例，當提上升度降低至50m時，其綜合效率系數約為0.38。）3、供水范圍幾何中心向供水區域均為標準層的樓層供水時，同一工頻泵高位水箱重力供水系統，其供水范圍的幾何中心越高，其系統綜合效率系數越高，供水范圍幾何中心越靠近水箱，其節能性越高。4、全變頻供水系統當采納全變頻給水設備供水時，其分區高度越小，節能性越高，但存在一次投資加添及投資回收年限變長的問題，個人建議，對于超高層建筑，當采納全變頻供水系統時，一套全變頻供水設備，其供水區域總高差不宜大于60m。至于是否要進行更細致的設備分區，應綜合一次投資的加添量和節省的能耗量確定，當投資回收年限大于5年時，不宜進行更細致的設備分區。5、綜合造價工頻泵高位水箱重力供水系統＜重力供水與加壓系統聯合供水系統＜全變頻給水設備分區供水系統。采納全變頻給水設備不分區供水時，綜合造價相對較低，但節能性差，不應采納。（關于幾種供水方式的綜合造價比較，在中國知網上有多篇論文進行了闡述，本文不再贅述。但由于不同項目有差異，且設備造價有差異，實在比較應依據實在項目“定制”計算。）6、系統形式選擇從節能角度、簡化系統和節省投資的角度，宜優先采納工頻泵高位水箱重力供水系統，為避開轉輸系統壓力過大，個人建議工頻泵提升至水箱的最大高差不宜大于150m，當超過150m時，宜設中心轉輸水箱二次轉輸，宜在各避難層和屋面設置高位水箱，各分區均采納重力供水（頂部樓層局部加壓），以降低系統單位供水能耗，提高系統綜合效率系數，最大程度保證系統的節能性。對于提上升度150m以內避難層內設置的重力供水水箱，應采納并聯轉輸的方式分泵組直接轉輸至各水箱，保證各分區供水互不影響。不宜采納逐級轉輸的方式，逐級轉輸，下級水箱進水的出流水頭無法利用，會降低系統的節能性，且上區供水受下區限制。不應采納僅在最大轉輸高度處（例如150m處）設重力水箱往下部各分區減壓供水的方式，此給水方式綜合效率系數低，能耗大，節能性差。2超高層給水系統形式梳理依據個人手上現有超高層圖紙及資料，對各超高層項目給水系統形式進行匯總梳理，結果如下：從上表可以看出，在實際工程項目中，超高層建筑存在如下幾種二次生活給水系統形式：1）各分區均采納變頻給水設備加壓供水①泵組串聯疊壓供水A.地下設備用房設置變頻供水設備，向低區管網供水，同時向高區接力泵組轉輸，轉輸水泵組（變頻供水）和低區供水泵組（變頻供水）合用，轉輸水管接自低區管網。（方案1）B.地下設備用房設置低區專用變頻供水設備，向低區管網供水，同時設置高區專用轉輸泵組（變頻供水）向高區接力泵組（無負壓給水設備）轉輸，轉輸水泵和低區供水泵組分開設置。（方案2）②串聯中心水箱加壓供水（方案3）系統均為加壓供水，對于上部分區，當地下室設備用房內設置的泵組無法充足供水高度要求時，在地下設備用房內設置高區專用轉輸水泵向避難層中心水箱轉輸，避難層設置加壓泵組向高區管網供水。2）重力供水與加壓系統聯合供水（方案4）此情況下，工頻轉輸泵提上升度一般大于50m，通常間隔不小于1個避難層，提上升度范圍內，上部區域采納重力供水，下部采納位于下級的變頻給水設備供水，重力供水范圍和加壓供水范圍不同項目有不同，部分項目頂部避難層以上采納變頻給水設備供水。3）重力為主供水系統（方案5）一般情況下，超高層裙房當功能與上部不同時，裙房采納單獨的變頻泵組加壓供水，裙房以上，可采納設置中心水箱及屋面高位生活水箱重力供水，頂部分區最上部幾層采納加壓供水，中心水箱宜于每個避難層及屋面均設置，以最大程度的降低系統能耗。注：按間隔一個避難層設置中心水箱和在避難層連續設置中心水箱，看似后者多設置了1倍的水箱，但由于后者水箱有效容積也折減了不少，實際加添占地面積及加添造價有限，但節能效果明顯，對給水系統利大于弊。其次，水箱數量加添，重要問題在于水箱內的水質保證措施，宜對水質情況實行實時監測，加強水箱清洗及維護管理，盡可能降低二次污染。3規范要求《建筑給水排水設計標準》1、條文摘取1.0.3當建筑物高度超過250m時，建筑給水排水系統設計除應符合本標準的規定外，尚應進行專題討論、論證。3.4.2衛生器具給水配件承受的最大工作壓力，不得大于0.6Mpa。3.4.3當生活給水系統分區供水時，各分區的靜水壓力不宜大于0.45Mpa；當設集中熱水系統時，分區進水壓力不宜大于0.55Mpa。3.4.4生活給水系統用水點處供水壓力不宜大于0.2Mpa，并充足衛生器具工作壓力的要求。3.4.6建筑高度不超過100m的建筑的生活給水系統，宜采納垂直并聯供水和分區減壓的供水方式；建筑高度超過100m的建筑，宜實行垂直串聯供水方式。3.5.10給水管網的的壓力高于本標準3.4.2條、3.4.3條規定的壓力時，應設置減壓閥，減壓閥的配置應符合下列規定：①減壓閥的減壓比不宜大于3:1，并應避開氣蝕區；②閥后配水件處的最大壓力應按減壓閥失效情況下進行校核，其壓力不應大于配水件的產品標準規定的公稱壓力的1.5倍；當減壓閥串聯使用時，應跟其中一個失效情況下計算閥后最高壓力。3.8.5中心水箱生活用水調整容積應按水箱供水部分和轉輸部分水量之和確定；供水水量的調整容積，不宜小于供水服務區域樓層最大時用水量的50%。轉輸水量的調整容積，應按提升水泵3min～5min的流量確定；當中心水箱無供水部分生活調整容積時，轉輸水量的調整容積宜按提升水泵5min～10min的流量確定。2、解讀1給水分區高度1、個人觀點1）在無集中熱水系統時，給水系統分區靜水壓力不宜大于0.45MPa，需要注意的是，依據本條條文說明及09版《建水規》原條文，此處靜水壓力是指用水點處的靜水壓力，分區供水掌控靜水壓力的目的是防止損壞給水配件，和避開過高的供水壓力造成用水不必要的揮霍。2）因此，分區靜水壓力0.45MPa的要求針對的是戶內（或衛生間、廚房等用水房間、用水點處）給水配件或者用水點處靜壓，故當入戶支管上設置了支管減壓閥，或設置了樓層給水減壓閥，掌控用水點給水壓力不大于0.2MPa，其給水配件或者用水點靜壓基本能充足此條文的要求。（《建筑給水減壓閥應用技術規程》術語2.1.1：給水減壓閥既能減動壓又能減靜壓。）3）對于支管減壓閥前或樓層給水減壓閥前的管段無需充足0.45MPa的要求，由于此部分僅有給水管道，當采納符合要求的管材時，其承壓0.45MPa不存在任何問題，支管減壓閥前的管段不應受0.45MPa的限制。可調式減壓閥的最大減壓壓力，19版《建水標》并未給出，刪除了09版中最大減壓0.4MPa的要求，即當減壓壓力突破0.4MPa時并不違規。4）當設置了樓層減壓閥或支管減壓閥時，閥后配水件處的最大壓力應按減壓閥失效情況下進行校核，給水配件最大承受壓力為0.6MPa，其試驗壓力為最大承受壓力的1.5倍，即為0.9MPa，故在考慮樓層給水減壓閥或支管減壓閥失效的情況下，給水分區用水點處最大允許顯現的壓力為0.9MPa，個人認為此壓力值才是真正掌控分區高度的關鍵所在。5）分區高度計算假設某給水分區采納恒壓變頻給水設備供水，給水設備位于分區下部，分區內不設減壓閥組進行進一步分區，最不利樓層給水壓力（動壓）按0.15MPa計，供水至最不利樓層的水損為5m，則最不利樓層入口靜水壓力為0.20MPa，其最大豎向分區高度：H=0.90.2=0.70MPa，即70m分區內當用水點動壓超0.2MPa時設置樓層給水減壓閥或支管減壓閥，且應保證給水配件或用水點處靜水壓力不超0.45MPa。（此處疏忽了樓層給水壓力和樓層近來用水點處的水損）以上僅代表個人觀點，假如您覺得不對，那就是我錯了。[免杠聲明]2、一般觀點目前特別多的觀點認為分區靜水壓力0.45MPa，是針對整個給水分區，包括支管減壓閥前管段。此時，仍以恒壓供水為例，最不利樓層給水壓力（動壓）按0.15MPa計，供水至最不利樓層的水損為5m，則最不利樓層入口靜水壓力為0.20MPa，其最大豎向分區高度：H=0.450.2=0.25MPa，即25m注：1）介于衛生潔具工作壓力普遍≥0.1MPa，為保證用水的舒適性，個人建議樓層給水壓力不宜小于0.15MPa。2）分區高度問題，目前執行不一，有些公司甚至用最大靜水壓力0.45MPa去減最不利樓層給水壓力（動壓0.15MPa），得到分區高度。3）從規范條文說明來看，目前分區高度計算的多數觀點，并未完全和規范條文初衷一致，個人覺得存在過度理解的嫌疑。2其他1、3.4.2條衛生器具給水配件承受的最大工作壓力不得大于0.6Mpa。解析：本條是指在給水配件平常工況下的極限值，當減壓閥損壞時，應按試驗壓力0.9MPa復核。2、3.4.6建筑高度不超過100m的建筑的生活給水系統，宜采納垂直并聯供水和分區減壓的供水方式；建筑高度超過100m的建筑，宜實行垂直串聯供水方式。解析：1）09版《建水規》3.3.6條文說明：“垂直串聯供水可設中心轉輸水箱，也可不設中心轉輸水箱，在變頻調速泵組供水的前提下，中心轉輸水箱已失去調整水量的功能，只剩下防止水壓回傳的功能，而此功能可用導流防止器替代。不設中心轉輸水箱，可以削減一個水箱污染環節和節省建筑面積。”2）19版《建水標》取消了上述條文說明中有關中心水箱設置的說法，個人理解是：中心水箱雖然存在二次污染及占用建筑面積的問題，但工頻泵高位水箱重力給水系統節省造價、簡化系統、降低系統能耗，仍有設置的必要，而且相對于變頻給水設備直接串聯的方式，其系統更為安全牢靠、優勢明顯，個人認為，宜優先考慮工頻泵高位水箱重力給水系統，但應實行措施降低水質污染。3）生活水箱應設置消毒設施，宜設置在線水質監測系統，實現對供水水質的實時監測、智慧水務綜合信息遠程管理與數據分析。水箱分格，并按要求定期對水箱進行清洗，清洗消毒單位應具有相應資質。4給水形式選擇生活供水設備作為日常高頻率運行設備,其長期運行能耗應是設計方案的緊要考慮內容，在設備牢靠性方面，由于重力給水機電設備數量少，潛在故障少，壓力穩定，是一種比較牢靠的給水方式，即使斷水斷電，水箱內的存水仍可供應一段時間，設備維護較變頻給水系統簡單、便利，能耗更低，對后期物業管理成本的降低和建設綠色品牌具有緊要意義。1、對于超高層建筑給水系統，一般情況下，個人理解的給水系統形式選擇次序如下：1）重力為主供水系統方案5→2）重力供水與加壓系統聯合供水方案4→3）串聯中心水箱加壓供水方案3→4）各分區均采納變頻給水設備加壓供水方案2→方案1注：1）當受條件限制時，如避難層