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高层建筑给水排水优化设计研究

2019/11/14 阅读:

摘要:随着我国城市经济的快速发展,城市人口数量急剧上涨,人们的生活水平也不断提高,从而人们对生活质量及居住环境有了新的要求,高层建筑中的给排水与人们生活密切相关,这样给高层建筑给排水系统设计质量提出了更高的要求,设计中必须考虑到新技术的应用,为高层建筑给排水性能提供保障。本文首先对给排水方式进行了论述,然后并对高层建筑设计中存在的问题进行了分析,最后对高层建筑给排水优化设计进行了探究。

关键词:高层建筑;给排水;优化设计

建筑工程施工中给排水作为重要环节,对整体工程质量具有直接影响。尤其是高层建筑,结构复杂,给排水系统设计带来很大的压力。如果设计不到位就会影响到高层建筑给排水的安全性及居民使用的可靠性,同时会给工程施工带来巨大阻碍,因此,高层建筑给排水优化设计成为重要研究内容,通过科学设计确保给排水施工顺利进行。在其设计过程中需要结合建筑主体的实际情况,严格按照国家有关标准执行,有效提升设计方案的科学性、合理性,为高层建筑的给排水系统的稳定打下坚实的基础,同时更好地满足人们的需求,提升人们的幸福水平。

1高层建筑给水排水概述

相对于低层建筑,高层建筑具有楼层数多、振动源多、给排水水量瞬间需求量大的特点,决定高层建筑具有较高的建筑标准,进而决定了在给排水设计、施工材料、施工管理方面有严格要求,需进一步引入新技术,确保给排水的安全性和稳定性。首先,高层建筑热水、消防系统的静水压大,如果只有一个供水区则组件消耗过大难以满足使用要求,需要通过科学的竖向分区供水确保系统稳定,降低静水压,保证供水系统安全。其次,高层建筑消防隐患诸多,一旦发生紧急情况危险大、损失大,高层建筑消防压力较高。最后,高层建筑中居住人群数量较多,给排水需求量大,如果发生故障问题影响面积较大。想要确保排水压力稳定就要采用通气管引入排水系统,或者选择新型单立管系统,选择性能良好的材料,确保排水畅通。

2高层建筑给排水方式

2.1高层建筑给排水竖向分区设计

2.1.1竖向分区设计必要性高层建筑高差大,若只选择室外供水路线设计可能受压力影响难以满足用水要求。因此,供水系统设计时需要增压设施设计。如果不采取竖向分区设计则底层用水点静水压力较大产生一系列问题,例如,较低楼层用水器具流量大,受高压影响产生喷射状水流影响用户的使用,而且浪费水资源。上层用水器具流量少产生负压抽吸,水的反向流动产生污染。此外,建筑底层用水设置阀门,磨损比较严重,在较大水压下就会出现渗漏,增加设备维护难度。所以,综合以上原因分析,高层建筑给排水系统采取分区运行是必要的。

2.1.2给排水竖向分区方法分区设计要科学选取压力参数,若压力参数较大可能产生很多问题;若压力参数较小又会因为分区较多,增加设备、组件、管线使用量,增加成本投入与后续维护难度。因此,给排水系统分区设计要结合实际要求、材料质量、组件额定工作压力确定压力参数。一般情况下,高层建筑给排水系统分区选择的压力参数以各部分分区最底端用水点的静水压力低于组件额定压力标准确定。根据建筑给排水设计规范要求:建筑给排水系统各分区底部用水点位置的静水压力在0.35~0.45MPa之间,用水节点位置需进行减压。各分区中,处于最为不利用水点处的水压要符合标准供水压力标准。高位水箱供水时,水箱应在最顶端。通常高层建筑供水分区最低静水压力为0.1MPa。因此,高层建筑各供水分区顶部入户管线的进管压力参数应在0.1MPa以上,生活用水水压为0.30MPa。水压大于0.35MPa可安装降压设备,防止水压过大导致用水不便。

2.2高层建筑给排水方式设计

2.2.1气压罐供水设计气压罐供水系统分为气压罐与离心水泵两部分。气压罐是一种钢材料的密封存水容器。水源来水经水泵压入密闭压力罐至最高水位后,在压缩空气的作用下由密闭罐将水送至建筑内各用水点,是一种利用密封储罐内空气的可压缩性进行储存、调节和加压送水量的装置。而且,受气压影响将此容器内水压提高到用水高度,有效达到节能的目的。这种设计方法优势为:第一,储存在密封气压罐里的水不会受到污染,可保证洁净。第二,投资少、成本低,有助于实现经济效益最大化。第三,无需设置水塔和水箱,使得建筑总体荷载下降。第四,可实现自动控制,便于集中管理,安全可靠。其不足为:密封容器的存水量较小,水量调节能力有限,供水稳定性较低,供水压力变化大导致稳定性不高。单位时间中水量存贮少,造成水泵运行频率快,水泵磨损严重,缩短水泵使用年限。

2.2.2减压分区供水设计减压设计是利用减压水箱、减压阀降低压力,用水泵将水提升至建筑顶层贮水装置,可根据高层建筑大小合理设置分区减压水箱。设计送水按照由上一级减压水箱向下一级减压水箱供水,也可以在减压水箱高低邻区安装减压阀门。向下区送水时通过主管线减压阀门流入下层给水管网,这种方法稳定且结构简单、成本低。采用这种方式供水,无需在各供水分区安装水箱,充分节约更大空间。不过,这种设计方法底部区的水压损失较大,水泵能量损失较大。

2.2.3高位水箱供水设计高位水箱给水分为水箱、水泵,串联与并联等。高位水箱供水设计可以保证水压稳定、水箱内存贮更多水量,确保供水稳定。由于水箱存水量较多因而水泵无需频繁启动,有效提升了供水效率,而且安装简便,无需较多成本投入。其不足为:设计复杂,主体结构成本投入增加,高位水箱存贮水长期存放水质降低,水泵向水箱供水时,管路系统与机电系统存在噪声,高位水箱体积过大占用较多建筑面积。

2.2.4变频泵无水箱给水方式所谓的变频泵,利用变频器来改变水泵的转速,来调节水泵的流量和压力,最终实现设备水压和流量的调控。因此不需要高压水箱。此方式最大的优点是节能,在压力不变的前提下,电机的转速随水量的变化而变化,水泵磨损小;其次,实现自动控制,变频器上一般都有闭环控制功能,可以根据压力信号自动控制运行,达到恒压供水;再次,可利用变频器的软启动功能,使启动电流从零开始,最大值也不超过额定电流,延长了设备和阀门的使用寿命,节省了设备的维护费用;最后,结构紧凑,占地面积少,容易安装,方便集中管理。主要缺点为:变频器造价昂贵,前期投资较多。

3高层建筑给水排水设计问题

3.1给排水泵房中水锤预防问题

水锤作为供水管路主要物理现象,对供水管路与阀门影响较大,可能发生爆管,影响其他给水设施。为此,建筑给排水泵房设计时应避免水锤破坏,优化水泵房设计尤为重要。

3.2高层建筑给水设计中的水系统压力问题

高层建筑给水设计系统比较复杂,根据竖向分区可分为低区供水和高区供水两个供水系统。低区供水可采用带气罐的变频供水方式,高区供水可采用屋顶水箱供水系统。高层建筑楼层较高,难以做到高区供水和低区供水的平衡,特别是高层建筑的最顶层,供水压力相对较低。供水点的静水压力一般不能够达0.1MPa以上,满足不了用水需求。

3.3地漏设置与水封问题

地漏设置应满足建筑给排水设计规范,结合使用环境选择多种类型的地漏,食堂、厨房、公共浴室选择网框式地漏。但是在后续使用时发现室内时常出现异味,这是因为地漏水封受损,排水管道内气体进入室内造成污染。在实际施工中很多单位为节约成本而选择劣质地漏,其水封深度只有30mm(规范要求水封深度不得小于50mm),难以达到水封作用。在排水过程中,地漏水封因为诱导虹吸发生损坏。尤其是厨房抽油烟机运行时更加严重,因为气压变化,造成水封受损。

3.4管道渗漏

管道渗漏是建筑工程一种常见现象,发生原因为:第一,给排水管道质量差,以次充好。高层建筑高度较高因而具有较大的冲力,对管道承载力要求较高。如果给排水优化设计时管道达不到最低承载力要求就会在后续使用过程中发生渗漏。第二,给排水管道检查不到位,一些管材存在砂眼或组件缺陷。如果不认真检查极容易疏忽,这些问题只要认真检查都能够发现,保证管道符合标准要求。第三,受施工环境制约,管材质量与使用时间变化,例如:施工现场温差较大使得材料完整性受到影响,或因为管道连接技术较差,很多细节问题被忽视从而产生管道连接问题。

3.5排水管道堵塞

第一,排水管道直径较小,随着使用时间的延长管道内部堆积杂物发生堵塞,或居民一次性倒入杂物较多也会出现堵塞。第二,施工时管道内杂物未清理干净,这些杂物无法顺利排出,多被堆积在管道转角位置,生成难以被排除的沉淀物导致管道堵塞。

4高层建筑给水排水的优化设计

建筑给排水设计具有复杂性特点,无论旧项目改造或是新项目设计,首先需要进行系统分析,经过分析为决策提供各种可靠数据、可供选择方案,保证决策正确。为此,要想解决给排水中的各种问题,必须根据高层建筑的实际情况科学地设计给排水管道的管径与流速,并对其设计进行优化,为日后的使用奠定坚实的基础。

4.1优化设计之一:泵房中水锤的预防

水锤,是管路中液体流动速度骤然减小和增加都会引起管道内压力升高而引起的,是一般供水管道中经常遇见的物理情况,影响供水管路及阀门,严重可能导致爆管。所以,在建筑给排水的泵房设计中,应预防水锤的破坏。设计时可以注意以下几点:(1)采用变频水泵,利用PLC自动控制系统,对水泵进行变频调控,严格控制水泵的流量,防止发生水流速度急剧变化,保持水压平衡;(2)安装减压阀,利用泄压的方法降低管道中的压力,避免水流较小时管网超压;(3)在合适的位置安装止回阀,通过缓慢关闭阀门减小水锤的冲击,并定期进行维护保养;(4)可以在管道的最高处设置自动排气补气阀,排除管道中的多余气体,以消除管道中负压,可减小水锤压力,避免管道损坏。

4.2优化设计之二:地漏设置及水封问题

地漏的设置应符合《建筑给水排水设计规范》GB50015-2003(2009年版)。卫生间、厨房及其他特需地面排水的房间,需设置地漏,并根据使用场所不同来选择适合的地漏。国家建筑给排水设计规范规定“带水封的地漏水封深度不得小于50mm”。在实际生活中,有许多业主发现房间内气味异常,特别是厨房抽油烟机工作时气压波动会更加严重,这个问题的根源就是地漏的水封被破坏,排水管道内气体上返进入室内,造成室内空气污染。其主要原因之一是为了降低工程造价,施工中使用了劣质的地漏,水封深度不足不能起到水封的作用;其二是住户装修时选择地漏不当,一些外观美观的地漏却水封深度不能满足规范规定,排水时地漏的水封由于诱导虹吸或正压喷溅作用被破坏,导致臭气上返。因此设计及施工时应采用高水封地漏或新型的气水两封型地漏,也可在地漏下加存水弯。

4.3优化设计之三:饮用水安全

给水是给排水系统设计的重要功能之一,给水作为饮用水水源,其安全性尤为关键。如果高层建筑给水形式为一泵到顶、逐级减压式供水,管道承压较大,存在安全隐患。可优化设计,采用全流量高效变频调速给水设备垂直串联加压供水,在设备层设置中间转输水箱,具有节能性良好、维护简单等优点。高层建筑若设供水水箱,选材要符合生活饮用水卫生标准要求,建议采用国家食品级304不锈钢材质的储水水箱,无污染,同时水箱溢流管要做好防护措施,避免昆虫进入,确保供水及用水安全。

5结语

总而言之,高层建筑给排水系统的设备、材料呈现多元化,技术水平不断提高、区域智能化也在不断发展。设计人员要不断引入新的设计理念,妥善解决、优化处理存在的问题,确保让高层建筑给水排水的需求得到满足。但是,给排水管道材质及施工质量也不容忽视,施工单位必须严格按照《给排水设计施工规范》施工,真正让给排水最佳设计得到有效执行,保证质量与性能同在。

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作者:吴占全 单位:国家能源集团准能公司

高层建筑给水排水优化设计研究

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