摘要:本文結(jié)合某小區(qū)給排水工程設(shè)計(jì)實(shí)例,簡述了生活給水系統(tǒng)、中水給水系統(tǒng)、自動(dòng)噴水滅火給水系統(tǒng)及排水系統(tǒng)的水力計(jì)算方法及介紹了自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)在設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮的問題。
　　關(guān)鍵詞:住宅小區(qū)；給水系統(tǒng);濕式噴水系統(tǒng);設(shè)計(jì)秒流量
　　該小區(qū)工程建筑面積約10萬m2,由4棟16層的單體建筑及連通的地下室組成，給排水工程設(shè)計(jì)包括生活給水系統(tǒng),中水給水系統(tǒng),消火栓給水系統(tǒng),自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng),生活排水系統(tǒng),中水排水系統(tǒng),雨水排水系統(tǒng)，是比較典型的一個(gè)設(shè)計(jì)示例。
　　1生活給水系統(tǒng)
　　1.1生活給水源
　　由室外引入市政自來水,地下室設(shè)有400m3生活儲水池,高低區(qū)共設(shè)有4臺生活給水泵,分別為一用一備,向高、低區(qū)供水，供水系統(tǒng)的設(shè)置通常有兩種方法:一是水泵水箱聯(lián)合供水的系統(tǒng),二是水泵由微機(jī)控制供水的系統(tǒng)。本工程采用的是第二種方法。微機(jī)供水是通過變頻調(diào)速改變電機(jī)本身的轉(zhuǎn)速,變頻調(diào)速既適用于同步電機(jī)也適用于異步電動(dòng)機(jī),本工程采用的是異步電動(dòng)機(jī),異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速公式如下:
　　
　　式中,n為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)(r/min);f為交流電源的頻率(Hz);P為電動(dòng)機(jī)的極對數(shù);S為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的轉(zhuǎn)差率。
　　其調(diào)速性能曲線如圖1所示。從圖1中可以看出:
　�。�1）電源頻率f值改變時(shí),電機(jī)的轉(zhuǎn)速也相應(yīng)改變。當(dāng)某一負(fù)載轉(zhuǎn)矩為M2時(shí),可得到不同的轉(zhuǎn)速n。若f1>f′1>f′′1>f′′′1時(shí),則n′′1>n′′2>
　　n′′3>n′′4。故調(diào)節(jié)f即調(diào)節(jié)了n值。
　�。�2）調(diào)速過程中電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差損耗很小,電動(dòng)機(jī)可以在很小轉(zhuǎn)差
　　率情況下正常運(yùn)行,效率很高。
　�。�3）屬于無級調(diào)速,調(diào)速范圍很寬,基本上可以從零赫茲（Hz）平滑調(diào)到額定轉(zhuǎn)數(shù),且只要電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)條件等允許,還可以從額定轉(zhuǎn)速值上調(diào)。微機(jī)變頻調(diào)速供水的優(yōu)點(diǎn)是：實(shí)現(xiàn)變流量恒壓供水,供水安全,節(jié)能。
　　
　　圖1變頻調(diào)速n-M特性
　　水泵選擇計(jì)算,當(dāng)采用水泵水箱聯(lián)合供水時(shí),采用每小時(shí)最大設(shè)計(jì)流量計(jì)算水泵的流量和揚(yáng)程,本工程由微機(jī)變頻調(diào)速供水,應(yīng)采用最大設(shè)計(jì)秒流量計(jì)算水泵的流量和揚(yáng)程。經(jīng)計(jì)算,高區(qū)給水泵設(shè)計(jì)流量Q=16.85L/s;揚(yáng)程H=71m.低區(qū)給水泵設(shè)計(jì)流量Q=17.13L/s;揚(yáng)程H=46m.高、低區(qū)分別設(shè)置兩臺同型號水泵,一用一備。
　　1.2給水管道布置及水力計(jì)算
　　4棟單體建筑的地下1層、1～8層為低區(qū),9～16層為高區(qū),給水干管都設(shè)在地下室,采用PPR管材,下行上給式布置。系統(tǒng)分區(qū)后,給水干管的布置可以有兩種形式,一是高、低區(qū)干管都布置在地下室,二是低區(qū)干管布置在地下室,高區(qū)干管布置在第8層。前一種立管較多,1～8層衛(wèi)生間都是雙立管,占用面積,維修時(shí)對第8層用戶的各個(gè)房間沒
　　有影響,耗用管材較多。后一種特點(diǎn)正相反,但是由于對第8層用戶的影響較大,考慮到管道安裝占用空間,建筑物一般應(yīng)增加300mm高,同樣增加造價(jià),這種情況一般應(yīng)與上供下回的采暖管道同時(shí)考慮。本工程采暖系統(tǒng)為分戶供暖,水平供、回水干管在地下室,因此采用這種方案是合理的。
　　給水系統(tǒng)各管段的水力計(jì)算,應(yīng)滿足以下要求:
　　(1)正確選用設(shè)計(jì)秒流量的計(jì)算公式;
　　(2)滿足室內(nèi)管網(wǎng)中最不利配水點(diǎn)的水壓要求;
　　(3)在設(shè)計(jì)秒流量時(shí),干管流速一般采用1.2～2.0m/s;支管流速一般采用0.8～1.2m/s[2]。本設(shè)計(jì)中管道設(shè)在衛(wèi)生間及廚房內(nèi),不必再特殊降低流速。
　　2中水給水系統(tǒng)
　　2.1中水給水源
　　由室內(nèi)清潔廢水,包括淋浴排水,洗臉盆排水經(jīng)處理后供給。中水處理的工藝流程如圖2。
　　
　　圖2
　　經(jīng)計(jì)算,高區(qū)中水給水泵設(shè)計(jì)流量Q=10.4L/s;揚(yáng)程H=71m.低區(qū)中水給水泵設(shè)計(jì)流量Q=9.8L/s;揚(yáng)程H=46m.高、低區(qū)分別設(shè)置兩臺同型號水泵,一用一備.
　　2.2中水給水管道布置及水力計(jì)算
　　中水僅供沖洗廁所用水。采用PPR管材,為區(qū)別起見,外表面為綠色。管道布置仍分為高、低兩個(gè)區(qū),分區(qū)層數(shù)同生活給水系統(tǒng)。在管道的布置上盡量使各立管集中布置,減少在衛(wèi)生間內(nèi)的橫向管道,水力計(jì)算同生活給水設(shè)計(jì)。
　　3消火栓消防給水系統(tǒng)
　　3.1消火栓給水系統(tǒng)
　　建筑高度超過50m的室內(nèi)消火栓給水系統(tǒng)難以得到一般消防車的供水支援[1].為加強(qiáng)供水安全和保證火場滅火用水,宜采用分區(qū)給水系統(tǒng)。建筑高度不超過50m的工業(yè)與民用建筑,一旦著火,消防隊(duì)使用消防車,從室外消火栓取水,通過水泵接合器往室內(nèi)管網(wǎng)送水,可協(xié)助室內(nèi)撲滅火災(zāi),采用不分區(qū)室內(nèi)消防給水系統(tǒng).本建筑44.8m,室內(nèi)消防給水系統(tǒng)不分區(qū).每個(gè)單元設(shè)兩條立管,分別供給兩個(gè)栓口,保證任何地點(diǎn)都有兩股水柱同時(shí)到達(dá).
　　3.2水泵的選用計(jì)算
　　消防水泵的揚(yáng)程計(jì)算公式:
　　Hb=Hq+hd+hg+hz•
　　式中,Hb為消防水泵的壓力(米水柱);Hq為最不利點(diǎn)消防水槍噴嘴所需壓力(米水柱);hd為消防水龍帶的水頭損失(米水柱);hg為管網(wǎng)的水頭損失(米水柱);hz為消防水池水面與最不利消火栓之高差(米水柱)。
　　消防用水量[3],室外20L/s,室內(nèi)20L/s,每根豎管最小流量:10L/s,每支水槍最小流量:5L/s.
　　經(jīng)計(jì)算,本建筑選用消防水泵流量Q=30L/s;揚(yáng)程H=93.4m。設(shè)置兩臺同型號水泵,一用一備。
　　消防水箱有效容積18m3。設(shè)于2號樓屋面。
　　3.3水泵接合器
　　水泵接合器是消防車往室內(nèi)管網(wǎng)供水的接口。當(dāng)室內(nèi)消防水泵發(fā)生故障或室內(nèi)消防用水量不足時(shí),消防車從室外消火栓或消防水池取水,通過水泵接合器將水送至室內(nèi)管網(wǎng),供應(yīng)室內(nèi)火場用水[4]。當(dāng)室內(nèi)消防水泵發(fā)生故障時(shí),可能要求將室外消防用水通過水泵接合器送至室內(nèi)管網(wǎng)。因此,水泵結(jié)合器的數(shù)量應(yīng)按室內(nèi)消防用水量進(jìn)行計(jì)算確定。本工程消火栓系統(tǒng)設(shè)置兩個(gè)水泵結(jié)合器。每個(gè)水泵接合器的流量按10～15L/s計(jì)算。
　　4自動(dòng)噴灑消防給水系統(tǒng)
　　4.1自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
　　4.1.1要有可靠的供水源自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)用水的供水方式可采用以下幾種:(1)由室外給水管網(wǎng);(2)由消防水池;(3)由江、河、湖、泊、海、水庫等天然水源。本工程由室內(nèi)消防水池取水。
　　4.1.2水不應(yīng)中斷自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)供水不應(yīng)出現(xiàn)中斷的情況。
　　為此,在設(shè)計(jì)中必須處理好以下幾點(diǎn)。
　　(1)合理選擇噴水滅火系統(tǒng)的類型。為了防止出現(xiàn)因凍結(jié)等原因而中斷供水的情況,室內(nèi)溫度不低于4℃且不高于70℃的建、構(gòu)筑物均可采用濕式噴水滅火系統(tǒng)。而室內(nèi)溫度低于4℃或高于70℃的建、構(gòu)筑物,應(yīng)采用干式噴水滅火系統(tǒng)[5]，本工程采用的是濕式系統(tǒng)。
　　(2)設(shè)有較嚴(yán)格的監(jiān)測裝置。
　　(3)自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)置水泵接合器，本工程自動(dòng)噴灑系統(tǒng)單獨(dú)設(shè)置兩個(gè)水泵接合器。
　　4.1.3合理設(shè)置消防水泵
　　(1)宜采用自灌式引水方式，以保證及時(shí)啟動(dòng),及時(shí)供水。
　　(2)自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)的高壓或臨時(shí)高壓給水系統(tǒng)的消防泵,每臺泵應(yīng)有獨(dú)立的吸水管從消防水池直接取水,以保證系統(tǒng)滅火用水。
　　(3)消防水泵一般為設(shè)備用泵,其工作能力不應(yīng)小于其中工作消防泵的最大泵。本工程自動(dòng)噴灑消防泵流量Q=30L/s,揚(yáng)程H=108m。設(shè)置兩臺同型號水泵,一用一備•
　　4.1.4合理選擇自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)類型
　　閉式噴頭的自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng),一般包括濕式噴水滅火系統(tǒng)、干式噴水滅火系統(tǒng)、預(yù)作用噴水滅火系統(tǒng)、干濕式噴水滅火系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)。濕式噴水滅火系統(tǒng)一般包括閉式噴頭、管道系統(tǒng)、濕式報(bào)警閥、報(bào)警裝置和供水設(shè)施等,在報(bào)警閥的上下管道內(nèi)充滿壓力水。
　　4.2自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)水力計(jì)算
　　4.2.1關(guān)于管道水力計(jì)算方法問題
　　(1)沿途計(jì)算法，按其管道的布置形式,從最不利噴頭開始,依沿途噴頭逐個(gè)開放,算到所規(guī)定的30L/s流量所需要的管徑及系統(tǒng)的水頭損失值為止。噴頭出流量可按下式計(jì)算:
　　第一個(gè)噴頭流量q1=BH1L/s
　　式中,B為按廠家噴頭給定的特性系數(shù)為0.184L/(s•m);
　　H1為噴頭處的壓力米水柱.
　　第二個(gè)噴頭流量q2=BH2
　　式中,B同上;H2為第二個(gè)噴頭處的壓力,系噴頭1至噴頭2管段的水頭損失與噴頭的壓力之和.
　　以下各噴頭的流量均依次疊加計(jì)算,這種僅按噴頭布置達(dá)到規(guī)定水量的計(jì)算方法,一般用于大管徑的管段較多,但是這往往與火災(zāi)發(fā)生后需要噴灑救火的實(shí)際情況有很大差別。在大多數(shù)情況下,火災(zāi)發(fā)生時(shí),一般是由火源點(diǎn)呈輻射狀向四周擴(kuò)散蔓延,此時(shí)只有火災(zāi)區(qū)上方的噴頭才會(huì)開啟噴水。雖然上述計(jì)算中總的水量已經(jīng)滿足規(guī)范的要求,但是火勢的蔓延不完全與計(jì)算噴頭開啟相吻合。
　　（2）面積計(jì)算法，即首選確定最不利位置作用面積,并假定該面積為正方形或長方形，當(dāng)采用長方形時(shí),其長邊平行于配水支管,其尺寸等于或大于工作面積值平方根的1。2倍（只有在工作面積內(nèi)的噴頭,才計(jì)算噴水量）。而且各噴頭的噴水量相等,依此計(jì)算各管段的流量和阻力損失直至工作面積最末一個(gè)噴頭為止,以后管段的流量不再增加,僅計(jì)算管道阻力損失�！蹲詣�(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》對這個(gè)計(jì)算做了肯定,因?yàn)檫@個(gè)計(jì)算方法較為經(jīng)濟(jì)、可靠。
　　4.2.2關(guān)于自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)管道單位長度的
　　水頭損失計(jì)算采用下式:
　　
　　式中,i為管道單位長度水頭損失（米水柱/米）;v為管道內(nèi)的平均水流速度（m/s）;dj為管道計(jì)算內(nèi)徑（m）。
　　4.2.3關(guān)于管道局部水頭損失計(jì)算問題計(jì)算方式一般有兩種:（1）按公式計(jì)算;(2)估算�！蹲詣�(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》采用估算法,即
　　局部水頭損失按當(dāng)量管道長度計(jì)算或按管道沿途水頭損失值的20%計(jì)算•
　　5排水系統(tǒng)
　　5.1生活廢水排水系統(tǒng)
　　衛(wèi)生間洗浴排水、洗臉盆排水采用設(shè)置專用通氣管的雙立管排水,底層排水單獨(dú)排出，在室外采用鋼筋混凝土管集中后進(jìn)入中水處理系統(tǒng)。
　　5.2生活污水排水系統(tǒng)
　　廚房采用僅設(shè)伸頂通氣管的單立管排水,衛(wèi)生間其余排水采用設(shè)置專用通氣管的雙立管排水,底層排水單獨(dú)排出,在室外經(jīng)管道集中后進(jìn)化糞池處理后排入市政管道污水系統(tǒng)。
　　5.3雨水排水系統(tǒng)
　　采用內(nèi)排水系統(tǒng),由屋頂雨水斗集水后經(jīng)由室內(nèi)雨水立管排至市政雨水管道。本工程排水實(shí)現(xiàn)了污、廢水分流,中水再用,設(shè)置專用通氣立管,可避免污水管道內(nèi)的臭氣、有害氣體等逸入室內(nèi)。
　　[1]高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范[S].GB50045-2005
　　[2]建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范[S].GB50015-2003.
　　[3]自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].GB50084-2001
　　[4]陳耀宗,姜文源,胡鶴均,等.建筑給水排水設(shè)計(jì)手冊[M]
　　北京:中國建筑工業(yè)出版社,2004.
　　[5]王增長,曾雪華.建筑給水排水工程[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2003.