高层建筑给水研究

高层建筑给水研究与低层建筑相比，高层建筑具有层数多、高度大、振动源多、用水要求高、排水量大等特点，因此，必须采取新的技术措施，才能确保给水排水系统的良好工况，满足各类高层建筑的功能要求。而高层建筑给水可以分两个方面，即生活给水和消防给水。高层建筑生活给水系统给水方式的选择应考虑多种因素。当建筑高度50m左右时，低区利用城市给水管网水压直接供水，高区采用水泵——屋顶水箱联合供水；当建筑高度50-80m时，高区采用高位水箱减压阀给水方式；当建筑高度80-110m时，高区采用高位水箱分区减压给水方式：当建筑高度超过110m时，高区采用高位水箱串联给水与减压给水相结合的方式。高层建筑如由屋顶水箱供水，由于水箱供水压力低，最上面3-4层的水压和水量过小，不能满足热水器供水，分区恒压变流量供水方式，进行合理的分区，选择合适的供水泵和变频器，保持设定的压力，达到恒压供水的效果，提高了水的品质。同时，如果采用水箱供水，在夜间水压升高时(或启动水泵)水箱进水，供水压力由用水点和水箱的高差决定，高差越大，供水压力越大。所以，顶层供水压力最小。如果水箱不能及时补水，水位将更低，压力更小。一般情况下，顶层热水器即使能打开，供水量也极小，不能正常作用。要解决供水压力不足问题，可以从增加供水压力或减少管道阻力损失两方面考虑。顶层供水压力明显不足，加大供水管管径，减少管道阻力损失对供水系统影响很有限，不能解决问题。所有只能采用增加供水压力。提高供水压力可以有4个方案:（1）提高水箱的底标高，增加用水点和水箱的高差。提高水箱的底标高虽然节约投资，但对建筑外立面影响效果很大，破坏建筑整体的美观协调，且水箱提高1m，只能提高10kPa，当水箱底标高离屋顶8m，水箱充满水的情况下，才能确保顶层淋浴器的供水压力。所以该方案没有采用的可能性。（2）每户增设增压泵。在每户进水管上安装小型增压泵，可基本解决供水压力问题，但水泵安装在室内噪音很大，开启时不但对住户有影响，而且通过管道传给其他用户。（3）气压给水设备。气压给水系统工作原理，上水通过水泵加压送至压力罐和用户，随着气压罐内水量的增加，水罐内空气被压缩，压力升高，但压力升高至最大工作压力时，压力控制器使水泵关闭。用户用水时，气压水罐里的水在压缩空气的压力下被送至给水管网，随着气压水罐内水量的减少，空气体积膨胀，压力减小，但压力降至设计最小工作压力时，水泵再次启动。如此循环工作，气压供水最大的问题是压力罐体积庞大，占用了很大的空间，增加的建筑造价，减少了绿化面积，对于小区总体环境有一定的影响，目前采用很少。（4）分区恒压变量供水系统。该系统是在高层建筑给排水设计中采用较成功的提供供水压力的方法。分区恒压变流量供水方式，根据计算得到供水小时最大流量的扬程，选择合适的供水泵，配置相应的变频器，在保持设定的工作压力情况下，由用户用水量的变化通过变频器控制水泵电机的转速，由水泵电机转速的变化，改变供水量，满足用户使用舒服性要求，达到恒压供水的效果。每分区设定两个水泵交替使用，延长设备的使用寿命。另外，取消屋顶水箱，能够减少二次污染，提供了供水的卫生标准。在投资方面，与硅水箱比较也相差无几。由于取消屋顶水箱，建筑外观效果更好，同时，在物业管理上，减少了清洗水箱的麻烦。但是有一点，就是小区在停电时，楼上用户没有水箱储备，如设置一定的备用电源，则更为完美。而如果要使用高位水箱给水方式在实际应用中可以按以下情况考虑。1、建筑高度50m左右的高层建筑，高区部分可采用贮水池——水泵——屋顶水箱——减压阀给水方式。如果低区部分对供水安全要求较高，可以直接从屋顶水箱引下一根立管至低区管网，该立管上设电动阀门和减压阀，平时电动阀门关闭，在城市给水管网停止供水时打开电动阀门向低区供水。如图1所示。此方式供水安全可靠，充分利用了城市管网的水压，节省能源。这种方式普遍采用。2、建筑高度50～80m左右的高层建筑，高区部分可采用贮水池——水屋顶水箱——减压阀给水方式（见图2）或高位水箱并联给水方式（见图3）。并联给水方式各分区为独立的给水系统，供水安全可靠，水泵集中布置，便了管理维护，运行动力费川省。但走必须设水泵——水箱两套设备，增加了水泵和水箱占用的建筑面积，造价增大，这在大城市尤为显著。减压阀给水方式系统简单，设备费用少，占地面积小，管理维护方便。但是其供水安全性比并联给水较差，运行动力费用较高。目前我国各地供电情况逐步改善，电费比较适中，采用高位水箱分区减压给水方式具有较大优越性。这种情况病区部分有两个分区。此种方式应用较多。如由重庆建筑大学设计的重庆医科大学附属第一医院外科大楼，总建筑面积37756m2，地下有两层，地上有二十三层，建筑高度89.1m。生活给水系统采用分区给水方式，四层及四层以下由城市管网直接供水，五层及五层以上由贮水池——水泵——屋顶水箱——减压阀减压给水，高区部分有两个分区。3、建筑高度批80～110m左右的高层建筑，高区部分推荐采用高位水箱分区减压给水方式，即贮水池——水泵——屋顶水箱——减压阀给水方式，如图4所示。也可以采用高位水箱并联给水方式。这种情况高区部分有三个分区。4、建筑高度超过110m的高层建筑，最高分区水泵扬程将会很大，压水管线很长，为避免这种情况应采用高位水箱串联给水方式（不设中间水箱时采用中间接力水泵方式）。推荐采用高位水箱串联给水与减压给水相结合的方式。除了生活给水外，高层建筑也需要消防给水。高层建筑物的火灾特点决定了建筑物内必须设置消防给水设施以自救为主，消防给水系统是高层建筑消防灭火系统中的重要组成部分。其中包括：（1）高位消防水池供水形式。这种供水方式是在高层建筑的屋顶设置大容量消防水池（水池的容积以灭火灾延续时间内所需要的全部消防用水为度），平时利用生活加压水泵将水一次抽升至屋顶消防水池贮存。当火灾发生时，直接依靠水池中的消防贮水，通过室内消火栓给水系统和自动喷水灭火系统进行灭火。除因屋顶消防水池设置高度不够，需要在顶层设消防增压泵以满足建筑最高几层消防设施所需的压力外，无需再设消防专用水泵和相应的控制电器系统。尤其是对于50m以卜，需要分区减压供水的高层建筑，该特点尤为突出，只需在分区的适当高度和部位设置小容量的调压水箱，即可满足消防使用要求。此种供水方式不存在平时因维护管理不善、长时期不使用致使消防专用水泵在着火时无法启动等不利因素。消防的安全可靠性高，控制简单，使用方便；而且对供电要求不严，无需双路电源或设置自备的柴油发电机组供电。从而简化了消防给水系统，有利于设计、施工和管理。可是该方式消防水池的容积庞大，对建筑外观和结构计算以及抗震投资等影响较大，不易被接受，因而限制了该供水方式的应用。（2）消防专用水泵一屋顶高位水箱供水形式。这种供水方式是高层建筑消防给水设计中采用最多、最易接受的一种方式。在高层建筑屋顶设小容量的高位水箱，一般和生活用水合用，并且满足10min的消防用水量。在建筑物底层（地下室）或室外设消防专用水池、水泵及泵房。与高位消防水池供水方式最大的不同点在于消防供水灭火的任务主要是由消防专用水泵来完成。从建筑的高度及分区情况看，该供水方式又可分为一次加压供水，分区并联加压供水及分区串联加压供水3种形式。一次加压供水适用于建筑高度在50m以下，且不需要分区供水的高层建筑。分区并联加压供水或分区串联加压供水，用于建筑高度超过50m，且需要分区减压供水的高层建筑。分区并联加压供水，各分区供水互不影响，消防安全可靠，分区水箱容积较小；消防专用水泵可集中设置，便于平时维护、管理，但对于消防供水管材的质量要求较高。分区串联加压供水，对消防管道压力要求较低，可减少管道的维修。但各区供水有联系，消防安全可靠性较差。当下一区的消防专用水泵出现故障时，将影响其上区消防灭火的可靠性。且串联供水，水泵安装分散，平时的维修、管理困难较多。（3）消防气压罐供水形式。该种供水方式与其他供水方式的不同点在于无需另设高位水箱，使消防管网始终处于常高压状态。消防安全可靠性高，但对供电要求严格，需两路电源或柴油发电机供电系统。近几年，该供水方式以其独特的供水形式，不受高度的限制，安装灵活方便，操作简单，具有自动化程度高，消防出水快，技术上安全可靠等优点，为广大设计者和使用者青睐。在高层建筑消防给水设计中不断被采用。但是，该供水方式耗电较高，日常运行费用大。据调杳，该供水方式约有四分之一的能耗被用来维修无效压力的区间上而浪费掉。此外，在需要分区减压供水的高层建筑消防给水设计中，山于每分区都要设一个存有l0min消防用水量的大气压罐，可以说是很不经济，很不合理的。（4）全自动恒压变频调速供水形式。这是一种用于生活、消防的新型节能供水设备。它采用了最新的交流变频调速技术和自动化技术，对管网压力实行检测，控制水泵转速、扬程等，保证了管网压力的恒定。其特点是生活、消防供水共用一组水泵，并共用备用水泵，减少了设备的占地面积，避免了因水泵久置用而锈蚀所引起的不安全因素，增强了消防供水的安全可靠性，该供水方式同消防专用水泵一高位水箱供水方式基本相同。同时，高层建筑消防给水也包含高层建筑消防给水系统的超压和泄压问题，解决方式如下：（1）给水超压的问题。超压是指系统内的水压超过其工作压力的限值，造成管道、附件、器材和设备的损坏，或造成给水的不均匀，不利于系统的灭火，影响系统正常运行的现象。超压问题在高层建筑消防给水中客观存在，所以应当引起注意和重视，并采取防治对策。分析超压的原因主要有以下几种情况：①系统小流量出水。在火灾的初期，自动喷水灭火系统往往只有几个喷头动作，或者自动喷水灭火系统在进行末端试水时，自动喷水灭火系统所需要的流量都很小，而自动喷水灭火系统的加压泵是按设计秒流量来选择的，两者相差好几倍。此时加压泵在小流量下工作，会造成加压泵扬程大幅度升高，使自动喷水灭火系统的管网超压。②竖向分区不合理。在建筑物高度较高时，给水的竖向分区未按1.2MPa上作压力的要求分区。③水锤超压。消防泵因故障或停电而突然停转所造成的水锤现象。④水泵结合器的超压。当消防给水竖向分区的上区和下区共用水泵结合器，防止串压的止回阀不严密时，下区会出现超压；另一方面，当消防车的消防泵向室内消防给水管网供水时，有时会造成管网的超压，特别是消防车的消防泵与系统的消防泵串联运行时，这种可能性较大。⑤未设排气装置。自动喷水灭火系统的给水管网中未设排气阀或排气阀的位置设置不当，管网内的空气处于被压缩的状态，可能发生压力波动造成超压。（2）给水的减压和泄压方式。由于在自动喷水灭火系统中，普遍存在着超压的问题，因此必须采用减压和泄压方式解决系统的超压问题。通过给水的减压和泄压，能保证给水的均匀性，有利于作用面积内给水的可靠，确保系统设计流量能正确使用；同时，还有利于系统的设备和材料的安全，因此给水的减压和泄压对系统的给水有着重要的意义。通过对超压问题的分析，自动喷水灭火系统的给水减压可通过3方面来解决：①采取有效的技术措施来防止超压的产生。首先，合理布置白动喷水灭火系统的给水管网，尽量将喷头均匀布置在配水管的两侧，可均衡各个配水管的水压。同时合理选择下放给水系统的分区，并适当减少给水分区的压力值。例如，当建筑高度低于或等于120m时，消防给水竖向分区可以采用减压阀、分区水泉、多出口泉等并联消防泉给水系统；建筑物高度达于120m时，消防给水竖向分区可以采用多台消防泵直接串联或设中间水箱转输的串联消防泵给水系统。其次，在消防泵的选择上，可以采用流量一扬程曲线平缓的消防泵。有条件的建筑采用切线消防泵、水冷直联消防泵或者变频调速消防泵。②提高整个消防给水系统的承压能力。使之在一般情况卜出现的超压，在提高承压能力后在允许工作压力范围之内。③采取相应的泄压和稳压措施，使超压值对给水管网不致造成损坏，如泄压阀、安全阀、稳压阀、气罐阀等。最后，对于高层建筑消防给水系统的可靠性，指的是高层建筑消防给水系统在规定的条件下，在规定的时间内，能够完成规定的功能的能力。它的可靠性对保证高层建筑消防的作用有举足轻重的影响。消防给水系统的可靠性通常用可靠度来表示。它是消防