建筑给水排水系统优化思路
１给水系统的优化
给水系统应能满足用户对水质、水量和水压的需求。除此之外，在整个基建进程和运转中还需求基建投资省、维护费用低、操作便利。直观地说，就是每一个用水点都能保证舒适度较高的、足量、水质安全的供水。根据给水系统功能，结合建筑给排水优化设计指标，可以给出给水系统的优化目标：技术先进，经济合理，管理使用维护方便，达到节能、节水、节材、节地及可持续发展的设计要求［１］。实现给水系统优化目标的方法、手段很多，但最关键部分在于给水系统的选择以及给水方式的确定。
１．１给水方案比较
变频调速供水是近１０年来发展起来的，是目前工程设计中最常采用的供水方式，叠压供水则是近几年发展的新方式。根据目前市售的变频调速泵节能效果不佳的状况，以及无负压供水设备的缺陷而出现了两种新的供水方式：①市政水源→水池→全流量高效变频调速给水设备（带气压罐）→用户。②市政水源→二次供水前置设备→全流量高效变频调速给水设备（带气压罐）→用户。从节能方面讲，高位水箱供水耗电量最少，因为这种供水方式的加压泵始终处于高效段工作，且水泵流量按最大时选择，其值为计算变频调速泵选用设计秒流量的１～１／３［２］。对于一个供水系统而言，全天２４ｈ的用水量不同，使最不利点自由水头满足要求所需的总扬程也不同。传统的变频调速供水设备是按设计秒流量及此时所需的扬程选用水泵的。在系统用水量减少时，水泵转速降低以适应系统工况变化，当频率降到某一临界值时，水泵不在高效段工作［３］。由于全天２４ｈ出现设计秒流量的时段不多，故水泵大部分时间处于低效段工作，使系统不能达到节能高效运行。为改变这种现象，通过划分设计秒流量的不同流量段，计算出各流量段所需的扬程，根据实际需要配置水泵，利用ＰＬＣ编程控制及变频调速控制，实现各流量供水过程中水泵均在高效工况段工作，以此达到高效节能供水的目的。二次供水前置设备是指单体建筑供水系统中，在二次加压泵组之前设置的一套设备。该设备取代传统的储水水池，其主要作用是利用市政供水管网的余压，使二次加压所需的扬程减少，达到节约资源、节省电能的目的。同时，该设备具有储备适当水量、防止二次污染、保证用水安全可靠的优点。此外，该设备可以根据实际工程需要，设置调节容积，满足城市调节水量的整体要求，可大面积推广利用市政水压的供水设备而不影响市政供水系统正常工作［４］。
气压供水设备与高位水箱供水相比，主要是不需设高位水箱，缺点是要提高供水压力，因此从节能角度看，肯定比高位水箱供水耗能。但高位水箱供水存在的一个突出的问题是存在二次污染的问题，二次污染使得给水系统不能正常工作，造成用户用水困难；同时，受污染水的排放及供水系统的清洗，也造成了水的浪费。正因为二次污染问题，才渐渐发展出了后面的新型供水方式。但因为设水箱的给水方式，具有供水可靠和水压稳定等优点，仍具有较好的应用前景。在超高层建筑中，经常出现水箱供水与其他供水方式相结合的供水方案［５］。变频调速供水与叠压供水相比前面两种，则因其取消了部分或全部供水调节储水设施，因而能够节地、防止和减少二次污染、简化系统。而变频调速泵虽然随管网流量的变化可调频变速，比常速泵省功节能，但因其一天中基本不间断运行，且有部分时间在低流量、低效状态下工作，因此比高位水箱供水耗能大。全流量变频调速给水设备，因为各流量供水过程中水泵均在高效工况段工作，解决了变频泵不节能的问题，以此达到高效节能供水之目的。叠压供水按理论推测，因其充分利用了市政供水管网的余压所以节能，但实际应用中，它与市政供水条件、设备参数的选择是否恰当等有很大关系［６］。叠压供水现多用于小型、小体量建筑；而有的地方限制采用叠压供水。二次供水前置设备不仅可以利用市政管网余压，防止二次污染，而且可以克服叠压供水的缺点，根据实际工程需要，设置调节容积，满足城市调节水量的整体要求。叠压供水与二次前置供水设备供水都有个缺点就是储水设备因为要能承受市政余压，造价较高。这种初期投资虽然高，但运行过程中节省的电量远远要大于初期设备投资，从建筑的全寿命周期来看，性价比较好。当居住小区设集中供水系统时，应注意如下两点：①供水泵站宜相对集中、适中布置，防止因供水干管管线过长，加大管道沿程阻力损失，导致水泵扬程偏高，增加能耗，且离泵站较近的用户存在超压问题，供水管道还存在噪声、水压不稳定等问题。②合理选择集中泵房位置，因地制宜。泵房位置的选择，不仅关乎供水管线的敷设，而且还影响着小区单体给水分区问题，进而影响水泵选型。位置设置得好，可以减小水泵扬程，大大节能，而且有利于管网的综合布线，特别是对于大高差地形。
１．２给水方式
对于低层建筑，市政压力满足的楼层采用市政直供；对于不能直供的，采用加压供水，供水方式相对简单。对于高层建筑的分区供水分为：水箱减压、减压阀减压、水泵并联供水和水泵串联供水，不同方式其节能效果不同，有的可以节能２０％以上，具体要计算确定［７］。因此必须进行大量的设计计算和分析比较才能达到节能目的。在高层建筑给水排水系统设计中，给水方式选择应以经济合理、技术先进、供水安全可靠为原则。当市政管网压力具有一定资用水头，其压力能满足高层建筑下面几层，如地下室或裙房用水需要，为节省能源和基建投资与运行管理费用，下面几层可采用市给水管网直接供水。但是利用市政管网压力设置给水系统时，应考虑其供水房间的性质和水压要求。
２排水系统的优化
２．１通气管的设置
通气技术的主要目的是提供排水中气体的散逸，达到透气的作用，防止排水系统中出现水封的负压虹吸及正压喷溅现象，确保空气的循环，保持排水通畅、安静。建筑排水系统可根据通气方式分为伸顶通气排水系统、双立管排水系统、环形通气排水系统和器具通气排水系统四种。通常情况优先采用双立管排水系统，即设置专用通气立管。专用通气立管有效增加立管的排水能力，平衡立管内的正负气压，减少气塞现象，从而降低噪声。设置何种通气管，具体怎么设置，《建筑给水排水设计规范》中有作为单独的一节进行说明，可见通气立管的设置正确与否直接影响到整个排水系统能否正常使用［８］。
２．２排水管材
近年来，塑料管以其价格低、重量轻、安装方便、水流阻力小等优点在室内排水工程中得到广泛应用，已逐渐取代了传统排水铸铁管，但塑料管水流噪声大（比排水铸铁管高约１０ｄＢ）［９］，易老化。在环境要求较高、对噪声有严格限制的场所，则应采用柔性接口离心铸造的排水铸铁管，或者选用噪声小的塑料管，如Ｕ－ＰＶＣ螺旋管，它根据内壁分为普通型和加强型两种。普通型内螺旋管、旋流器是指螺旋管内壁有６根凸状螺旋筋，螺距约２ｍ，旋流器无扩容；加强型内螺旋管螺旋肋数量是普通型的１．０～１．５倍，螺距缩小１／２以上，旋流器有扩容且有导流叶片。当然不同管材价格会有差异，可以根据建筑物功能以及档次、对噪音的限制程度等来综合确定［１０］。从上面的分析看出，双立管排水效果好，铸铁排水管降噪效果好。但是目前的商品房开发商设计中基本上都不会采用上述方式。原因在于双立管排水系统最大的问题就是占用空间，因为多了一个立管从而给房间装修等带来后续的一些麻烦。而铸铁排水管成本高、易渗漏，抗震性能差。考虑上述原因，目前的住宅楼的排水立管基本上都采用了Ｕ－ＰＶＣ螺旋管。《建筑给水排水设计规范》中提供了普通型和加强型两种螺旋管，具体根据排水能力选用［１１］。选用Ｕ－ＰＶＣ内螺旋排水管从技术、经济等角度综合分析，都是适合的。但笔者通过几个不同小区的施工发现，一些设计人员在设计中将建筑内部的排水立管和横支管均采用了Ｕ－ＰＶＣ螺旋管。事实上，横支管采用Ｕ－ＰＶＣ内螺旋管不但不能提高排水效果，反而易造成管道堵塞，也增加了造价。因此在建筑排水设计中横支管不宜采用Ｕ－ＰＶＣ内螺旋管。
３结束语
建筑给水排水系统必须根据用户用水需求结合工程实际情况综合考虑，同时还要考虑噪声、造价及施工难易度等方面的因素，才能确保实现节水、节能安全可靠的给水排水系统。
作者：许建福 单位：福建省泉州福兴建筑工程有限责任公司
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