建筑给水排水水力计算及优化

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　　［摘要］：阐述了搞好建筑给水排水水力计算及优化的重要意义，分析了建筑给水排水的主要任务、特点及方式，对建筑给水排水水力计算及优化进行了深入探讨。
　　［关键词］：建筑；给水排水；水力计算；优化
　　
　　1引言
　　随着城镇化进程的不断加快，各种类型的建筑拔地而起，特别是近年来高层建筑得到快速发展，一大批高层、超高层建筑如雨后春笋般的建了起来。作为建筑的重要保障系统，建筑给水排水系统担负着保障居民生产、生活用水，以及消防安全用水的重要职责，进一步优化建筑给水排水水力计算，科学进行给水排水计算，对保障居民生产、生活安全意义十分重大。
　　2建筑给水排水的主要任务、特点及方式
　　2.1建筑给水排水的主要任务
　　人类的日常生活中一天也不能没有水，据科学家研究确定维持正常的生存，每人每天需要2升左右的水，再加上饮用及清洁卫生方面的需要，生活用水需求十分巨大。如果这些水得不到有效满足，很难维持人民群众的正常生活，提升人民群众生活水平也会成为一句空话。
　　建筑给水工程的主要任务是为了解决建筑内部用户的生活、生产、消防用水问题，以满足用户日常生活、生产及消防安全需要。
　　建筑排水工程的任务主要是把建筑内部生活和生产过程中所产生的废水、污水及时排出建筑物，并与建筑物外部排水系统有效对接，保持建筑内干燥、卫生，同时还要有效解决建筑屋面雨水的排除问题。
　　建筑室内热水工程的主要任务是将冷水在加热设备内集中加热，用管道输送到室内各用水点，以满足生产、生活中对热水的需求。特别是近年来南方多处出现极端冰冻天气，也使得建筑室内热水工程提上议事日程。
　　2.2建筑给水排水工程的基本特点
　　建筑给水排水工程，特别是高层建筑给水排水工程要求标准高，施工难度大，强度高，必须确保建筑具有可靠、安全的水源，同时还要保证维护管理方便。建筑各类管道设备众多，因此，给水、排水工程设计时要统盘考虑，防止出现翻工现象，造成不必要的经济损失。给水排水工程还要综合考虑用户生活、生产、消防、供暖等的需求，做到统筹协调，安全第一，确保给水排水设施的高效运转。
　　2.3建筑主要给水方式
　　给水方式即为给水方案，它与建筑物的高度、性质、用水安全性、是否设消防给水、室外给水管网所能提供的水量及水压等因素有关，最终取决于室内给水系统所需总水压H和室外管网所具有的资用水头(服务水头)H0之间的关系。
　　2.3.1直接给水方式
　　适用范围主要为：室外管网压力、水量在一天的时间内均能满足室内用水需要，H0>H。供水方式系室外管网与室内管网直接相连，利用室外管网水压直接工作。主要特点是：系统简单，安装维护可靠，充分利用室外管网压力，内部无贮水设备。
　　2.3.2水泵水箱供水方式
　　单设水箱供水方式，主要适用于室外管网水压周期性不足，一天内大部分时间能满足需要，仅在用水高峰时，由于水量的增加，而使市政管网压力降低，不能保证建筑上层的用水时。供水方式为：室内外管道直接相连，屋顶加设水箱，室外管网压力充足时(夜间)向水箱充水；当室外管网压力不足时(白天)，由水箱供室内用水。主要特点是：节能，无需设管理人员，减轻市政管网高峰负荷（众多屋顶水箱，总容量很大，起到调节作用），由于水箱的放置导致屋顶造型不美观，水箱水质易污染。采用该方式，应掌握室外供水的流量及压力变化情况，及室内建筑物内用水情况，以保证水箱容积能满足供水压力时，建筑内用水的需要；仅适用于用水量不大，水压力不足时间不很长的建筑。V不大于20m3。
　　水泵水箱联合供水方式主要适用于室外管网压力经常不足且室内用水又不很均匀的供水方式，水箱充满后，由水箱供水，以保证用水。主要特点是：水泵及时向水箱充水，使水箱容积减小，又由于水箱的调节作用，使水泵工作状态稳定，可以使其在高效率下工作，同时水箱的调节，可以延时供水，供水压力稳定，可以在水箱上设置液体继电器，实现水泵启闭自动化。
　　2.3.3水泵给水方式
　　恒速泵主要适用于室外管网压力经常不满足要求，室内用水量大且均匀，多用于生产给水。
　　变频调速泵供水主要适用于当建筑物内用水量大且用水不均匀时，可采用变频调速供水方式。其主要特点是变负荷运行，节省减少能量浪费，不需设调节水箱。
　　2.3.4分区供水方式
　　该供水方式主要适用于多层建筑中，室外给水管网能提供一定的水压，满足建筑下几层用水要求，且下几层用水量有较大。供水方式为：下区由市政管网压力直接供水；上区由水泵水箱联合供水，两区间设连通管，并设阀门，必要时，室内整个管网用水均可由水泵、水箱联合供或由室外管网供水。
　　2.3.5环状供水方式
　　按用水安全程度不同，管网为枝状管网、环状管网。枝状是一般建筑中的给水管路。环状管网为不允许断水的大型公共建筑、高层或某些生产车间，其形式主要为：水平环状、垂直环状。上述各种给水方式按其水平干管在建筑内敷设的位置分为：下行上给式，水平干管敷设在地下室天花板下，专门的地沟内或在底层直接埋地敷设，自下向上供水。民用建筑直接从事外管网供水时，多采用此方式；上行下给式：水平干管设于顶层天花板下，吊顶中，自上向下供水，主要适用于屋顶设水箱的建筑，或下行存在困难时采用，缺点是结露、结冻，干管漏水时损坏墙面和室内装修、维修不便。另外，按用户对供水可靠程度要求的不同，管网分：枝状（一般建筑）和环状（不允许断水的建筑）。
　　3建筑给水排水水力计算及优化
　　3.1生活给水系统水力计算
　　建筑给水系统水力计算主要与以下5个水力要素有关：设计秒流量（qg）、流速（v）、管径（d）、水头损失（h0）、供水压力（hg）。
　　目前，我国现行采用的建筑生活给水管道设计秒流量计算公式为：
　　（式1）
　　式中：
　　Qg－设计秒流量（L/s）；
　　Ng－计算管段的卫生器具给水当量总数；
　　a、k－根据建筑物用途而定的系数。
　　首先，根据式1计算出管段的设计秒流量，然后根据流量定义式的变形，并根据设计要求选取适宜的流速值，代入计算，求得计算管径。
　　然后，根据计算管道内的实际流速；根据实际管径及流速来确定管道的水头损失；最后，根据水头损失及高差确定管网所需的供水压力。
　　3.2消防给水系统水力计算
　　按照消防要求的充实水柱高度的要求，来进一步确定水枪造成充实水柱长度所需的水压：
　　（式2）
　　式中：
　　Hg－水枪造成充实水柱长度所需水压（m）；
　　af、－实验系数；
　　Hm－充实水柱长度（m）。
　　进一步可以根据《建筑给水排水设计规范》(GB50015-2003)计算出消防给水系统所需要的供水压力。
　　3.3排水系统水力计算
　　建筑排水系统的任务是确定排水管道的管径。排水管径的分布规律基本如下：
　　器具排水管≤排水支管≤排水立管≤排出管
　　排水立管设计负荷即为立管中水流呈水膜流且达到终限流速，是水膜厚度及流速均为恒定值时确定的。排水横管水力计算公式如下：
　　（式3）
　　式中：
　　V-速度；
　　R-水力半径；
　　I-水力坡度，采用排水管的坡度；
　　n-粗糙系统。
　　3.4给水排水工程优化设计
　　建筑给水排水工程是一项系统工程(某建筑给水排水系统如图1所示)，必须要统筹考虑各种相关因素，合理安排给水、排水、消防等设施，确保给水排水工程设施高效、科学运转，真正造福各类用户。要强化节能减排意识，不断优化给水排水设计，特别是要对用水量大、使用频繁的环节，要加强研究，尽可能采取相对科学的方法来减少水资源的浪费，强化水的循环利用。比如：用户的卫生间的给水排水，如果采用后排水方式将会更有利于住宅室内环境的提高。采用后出水新型节水型坐便器应当是应当高度关注的发展方向,同时，要着重在通气排水性能与造型上狠下功夫。完善住宅卫生间的排水设计,更多更好的产品有待开发,特别是开发各种形式的优质下水软接器件。届时工程只需留出排水系统的接口,各类卫生洁具至排水接口通过“软接”连接,这样便给住户留下相当大的灵活性。
　　
　　图1某建筑给水排水系统示意图
　　参考文献
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　　［3］GB50015-2003.建筑给水排水设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社.2003.
　　［4］邹平华，赵金玲.生活给水及热水供应设计秒流量计算方法的研究(一)[J].给水排水，2000，(08).