浅析给水系统的运用与分析
1工程概况
我校一研究生公寓，主体为九层框架结构，建筑高度33.0米。给水设计中市政给水保证压力为3.0MPa(压力零点与建筑标高零点重合时)，为满足用户用水要求又节省能源，建筑实行分区供水。5层及以下划分为低区利用市政压力进行供水；6层以上划分为高区，因为建筑立面的原因顶层无法提供高架水箱的设置位置，故使用水箱和气压罐联合供水。水箱位于9层顶，设置高度为33.5米，由架空层水泵加压后供水到水箱，然后由补水泵加压后向6、7、8、9层供水
2气压给水设备选择
本项目属研究生公寓，每个房间均设置单独卫生间，根据《宿舍建筑设计规范》JGJ36-2005,属于II类宿舍。8层和9层每个房间居住2人，6层和7层每个房间居住4人，每层有80个房间，故气压罐服务范围内的用水人数N=80*2*（4+2）=960人。卫生洁具设置为每个房间设2个洗脸盆，1个拖布池，1个淋浴器，1个低水箱蹲便器，根据《建筑给水排水设计规范》GB50015-2003进行气压给水系统的选型：
2．1气压罐调节容积的确定。Qh=ql*Kh*N/24=150*2.5*960/24000=15m3/h=4.16l/sVq2=aa*qb/4nq=1.0*1.2*15/(4*8)=0.56M3Vq=βVq1/(1-ab)=1.05*0.56/(1-0.75)=2.35M3说明：（1）气压罐服务人数较多，故用水量时变化系数取小值；（2）用水计量收费，日用水量也取小值；（3）每小时补水泵起停次数取8次。选择稳压设备型号为SQL1200*0.6，工作压力0.6MPa，水泵流量QL=4.44l/s，扬程24米，气压罐调节容积0.56M3。
2．2气压罐起泵压力P1的确定。根据规范3.8.5条，P1≥H+H1+H2+H3,H为水箱最低水位至管网最不利给水点的高度差，本工程中为-3m。H1为由水箱至最不利给水点的管路沿程阻力损失，本例中管线为DN80的涂塑钢管，最远点距离水箱的长度为80m，故根据《钢塑复合管工程技术手册》：H1=hf=i*L=8.973*10-3*Q1.774/Dj4.774*L=8.973*10-3*（2.22*10-3）1.774/（0.0079）4.774=2.57m（设管路沿途均匀用水，故取Q=1/2Qh）H2为由水箱至最不利给水点的局部阻力损失，取H2为30%的沿程损失为2.57*0.3=0.77m；H3为最不利给水点用水设备的出流水头，本项目中取淋浴器混水阀处出流水头为7m；故系统的起泵压力P1=2.57+0.77+7-3=7.34m，取7.5m。
2．3气压罐停泵压力P2的确定。因水泵扬程为24米，故停泵压力取23米，故系统的停泵压力P2=23m。根据以上计算结果，安装了气压给水设备并设定了补水泵的起停值，设备投入了使用。
3出现问题
在设备投入使用后，发现补水泵起停特别频繁，现场实测基本每分钟起停1次，远超出了规范规定的每小时起停6-8次的要求，不仅对电气系统和水泵造成不利影响，而且系统难以使用。进一步观测发现水泵不仅在早上7：00-9：00用水高峰时段起停频繁，甚至在9点以后用水量较少时起停也非常频繁，给系统运行造成很大不利影响。
4现象
分析按照建筑给水排水设计规范本研究生公寓属于II类宿舍，给水性质介于分散型给水和集中型给水中间，故09版规范单独列出了I类、II类宿舍的单独用水标准。在水泵停泵的这段时间内，生活用水全部由气压罐储存水量提供，气压罐不仅起到了系统保压的作用，而且也有提供储存用水量的作用。水泵启动频繁，肯定是用水量Q过大超出了设计中的平均时用水量而调节容积Vq2偏小储存水量有限，系统用水过程中气压罐内水很快消耗掉水压很快就低于了起泵压力P1，由此导致多次起泵以满足用户用水需求。
5解决办法
根据以上情况，有两个办法可以解决此问题：一是，减少气压罐的服务范围来减少用水量Q（即使在非高峰时段），二是，增大气压罐调节容量Vq2增加储存水量，由此我们采取了以下几个办法。
5．1供水高区和低区串联。利用非高峰时段低区的富裕压头，减少非高峰时段气压罐的服务范围，解决非高峰时段高区的用水问题根据实测情况，虽然市政供水压力保证值为0.30MPa，但非高峰时段实测水压经常能达到0.4MPa，基本能满足8层建筑的需要。故在低区和高区之间加设了一根DN100的联络管，将低区和高区串联起来，利用非高峰时段的水压满足部分高区用水要求，从而减少了高区气压罐的服务范围使高区用水量Q降低（在联络管上加设止回阀防止高区供水串到低区），就解决了非高峰时段补水泵起停频繁的问题。
5．2增大气压罐的调节容量Vq2。上述方法虽然解决了非高峰时段的用水问题，但在高峰时段7：00-9：00时仍存在问题，因为此时整个管网用水量较多管网供水压力本身就比较小（实测发现也就在0.30MPa左右）低区无富余压头可供高区利用，上述方法就不起作用，补水泵起停仍旧频繁，故需要增大气压罐的储存水量来解决问题。根据气体的克拉伯龙方程式PV=NRT，厂家在设计时根据气压罐的工作压力比、使用压力和调节容积Vq2充入了一定质量的氮气。对此气体而言，在使用压力P一定时，气体体积V与物质的量N成正比，减小气体量N在P相同时V自然就减小了，储存水量相应增大。气压罐出厂时罐内气体压力一般都为补水泵扬程的3/4，根据使用情况放出部分气体使气压罐初始气体压力约等于补水泵扬程的1/2，由此使气压罐的调节容量增大，达到减少起停频率的目的。使用以上两种方法，基本解决了本项目遇到的水泵起停频繁的问题。
6结语
从本气压给水系统的使用情况分析可以得出：
6．1研究生公寓给水系统属于分散型给水和集中型给水中的一种型式，其平均小时用水量很大，而且用水的时变化系数也很大，在规范中对其用水量情况研究较少，规范中有关公式计算时应取较大值。
6．2通过调节气压罐内气体压力的大小可以改变气压水罐的调节容积，从而减少配套水泵的起停频率，在特定场合具有一定的适用性。
6．3典型的间歇供水系统，可以使用气压罐停机保压自动控制的功能，但要利用其储存水量供水时，受其气压罐调节容积的限制，其应用范围有所限制。
作者：闻涛 单位：侯兴华中国石油大学
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