超高層建筑設(shè)計(jì)中的給水系統(tǒng)分區(qū)及加壓方案

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1.工程實(shí)例分析

   銀星大廈位于西安市，于2002年完成設(shè)計(jì)，2005年建成投入使用，總建筑面積約為52000平方米，建筑高度約為126m，地下三層，地上31層，地下部分的主要功能為汽車庫(kù)及水、暖、電各專業(yè)的設(shè)備用房，地上部分的功能主要為：一層為大廳、二層為餐廳，三層以上為辦公及業(yè)務(wù)用房，其中16層為避難層，一—六層為裙房。地下三層層高為4.5m，一層層高為為4.5m，二層層高為4.8m，三層層高為4.5m，四層以上層高為3.8m。給排水專業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：給排水系統(tǒng)、熱水系統(tǒng)、消火栓系統(tǒng)、自噴系統(tǒng)。
   項(xiàng)目水源接自城市自來(lái)水管網(wǎng)，市政供水水壓約為0.20MPa，從市政給水管網(wǎng)引一根DN300mm給水管網(wǎng)進(jìn)入基地成環(huán)狀管網(wǎng)供本建筑生活和消防用水。
   銀星大廈的給水系統(tǒng)形式為：給水系統(tǒng)采用生活水池-水泵-水箱的聯(lián)合供水方式，在地下室設(shè)生活水池一座和低區(qū)、中區(qū)生活加壓泵各兩臺(tái)，在裙房頂設(shè)低區(qū)生活水箱一座，在16層避難層設(shè)中區(qū)水箱（轉(zhuǎn)輸水箱）一座和供高區(qū)水箱的轉(zhuǎn)輸水泵兩臺(tái)，在屋頂設(shè)高區(qū)生活水箱一座。
   給水系統(tǒng)的豎向分區(qū)如下：30-31層由高區(qū)水箱經(jīng)屋頂增壓泵加壓后供給；23-29層由屋頂高區(qū)水箱直接供水；14-22層由屋頂高區(qū)水箱經(jīng)減壓閥減壓后供給；6-13層由避難層的中區(qū)水箱供給 ；3-5層由低區(qū)水箱經(jīng)增加泵加壓后供給；地下二層-2層由自來(lái)水管網(wǎng)直接供給。

1.1本項(xiàng)目給水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有以下優(yōu)點(diǎn)：
   項(xiàng)目給水系統(tǒng)采用水池-水泵-水箱的聯(lián)合供水方式，供水安全可靠性高，中低區(qū)水泵及轉(zhuǎn)輸水泵均采用工頻泵，水泵啟、停與水箱水位聯(lián)動(dòng)，因辦公用水量較小，水泵啟動(dòng)次數(shù)低，加壓設(shè)備在前期投入的費(fèi)用及平時(shí)運(yùn)行費(fèi)用上相對(duì)于變頻泵較低，經(jīng)濟(jì)性好。
   給水系統(tǒng)豎向分為六個(gè)區(qū)，各分區(qū)的壓力均小于0.45MPa，減壓閥設(shè)置較少，各分區(qū)給水立管承壓較小，管材的造價(jià)低，使用壽命長(zhǎng)。
1.2本項(xiàng)目給水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中存在以下缺點(diǎn)：
 （1）各區(qū)給水均由水箱供給，沒(méi)有有效的利用市政管網(wǎng)水壓。
   本項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)間較早為2002年，設(shè)計(jì)所依據(jù)的規(guī)范均為老版本，但近年來(lái)國(guó)家對(duì)建筑設(shè)計(jì)中的節(jié)水節(jié)能提出了更高的要求，在《建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50015-2003）2009年版、《城鎮(zhèn)給水排水技術(shù)規(guī)范》（GB50788-2012）及《 民用建筑綠色設(shè)計(jì)規(guī)范》中都明確規(guī)定“供水系統(tǒng)應(yīng)充分利用市政供水壓力”，所以有效的利用市政壓力是現(xiàn)在建筑給排水設(shè)計(jì)和審圖中非常注意的一個(gè)重要問(wèn)題。同時(shí)隨著一些高新技術(shù)及設(shè)備在給水上的廣泛運(yùn)用，如無(wú)負(fù)壓供水設(shè)備等的應(yīng)用都很好的利用了市政水壓。
 （2）采用高位生活水箱供水雖然供水安全可靠但是存在衛(wèi)生隱患；且為保證最不利點(diǎn)的衛(wèi)生潔具的供水壓力，在水箱間需設(shè)增壓設(shè)施。
   舊版《建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定只要采取消防用水不被他用的措施，消防水箱和生活水箱可以合用，但在《建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50015-2003）2009 這樣如果建筑物給水系統(tǒng)如采用水池-水泵-水箱的聯(lián)合供水方式，則屋頂需要設(shè)消防水箱和生活水箱兩個(gè)水箱，增加了結(jié)構(gòu)的荷載，占用了建筑物的空間，同時(shí)生活水箱必須保證水質(zhì)的清潔、消毒和循環(huán)，但因?yàn)榻ㄖ锏挠盟康牟淮_定性及一些不可控的人為因素，生活水箱仍存在衛(wèi)生隱患。
   同時(shí)由于此系統(tǒng)中僅靠水箱與最高層衛(wèi)生器具的位置高差不能滿足衛(wèi)生器具的給水壓力，所以在裙房、避難層、屋頂?shù)乃溟g均增設(shè)了增壓設(shè)備，增加了設(shè)備運(yùn)行的費(fèi)用。
 （3）給水系統(tǒng)的豎向分區(qū)太多，造成熱水系統(tǒng)設(shè)備投資過(guò)大。
   為保證各用水點(diǎn)的冷熱水壓力平衡，項(xiàng)目的熱水系統(tǒng)分區(qū)與給水系統(tǒng)分區(qū)保持一致，熱水系統(tǒng)采用了6套換熱設(shè)備和循環(huán)水泵，投資過(guò)大，平時(shí)的運(yùn)行管理費(fèi)用也增大很多。

2.超高層建筑給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1工程概況：
   乾元金融大廈是以辦公性質(zhì)為主的超高層建筑。項(xiàng)目地下2層為設(shè)備用房及銀行庫(kù)房，層高6.6m，地下1層為車庫(kù)及銀行庫(kù)房，層高6.0m，底層至三十層均為大空間辦公用房，一至三層層高5.1米，四層至三十層層高4.2m，三十一層為觀光大廳，層高7.2m，本建筑總高度149.4m，建筑面積7.1萬(wàn)平方米，其中12層及22層為兩個(gè)避難層，一—三層為裙房。乾元大廈東邊為陽(yáng)光財(cái)富大廈，該樓是以辦公性質(zhì)為主的高層建筑，地下2層為設(shè)備用房，層高6.6m，地下1層為車庫(kù)及員工餐廳，廚房，層高6.0m，底層至二十二層均為辦公用房，一至三層層高5.1m，四層至二十二層層高均為4.2m，建筑總高度99.8m，建筑面積8.1萬(wàn)平方米。本著節(jié)約投資成本及設(shè)備房占地面積的設(shè)計(jì)思路，乾元大廈、陽(yáng)光財(cái)富大廈的給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)為兩座樓共用加壓設(shè)備。
2.2水源：
   水源接自市政自來(lái)水管網(wǎng)，水壓0.45MPa.,室外分別引兩根DN200mm給水管形成環(huán)狀管網(wǎng)。
2.3生活給水用水量：
   生活給水用水量詳見表1。

2.4給水加壓系統(tǒng)方案的比較：
   本工程給水加壓系統(tǒng)有以下幾種方案可供選擇：
 （1）各級(jí)供水均采用水池-水泵-水箱的聯(lián)合供水方式；
 （2）各級(jí)供水均選用水池（水箱）-變頻供水設(shè)備-各用水點(diǎn)的供水方式；
 （3）初級(jí)供水采用市政管網(wǎng)-無(wú)負(fù)壓供水設(shè)備-各用水點(diǎn)的供水方式，二級(jí)供水采用轉(zhuǎn)輸水箱-變頻供水設(shè)備-各用水點(diǎn)的供水方式。
各種供水方式分析比較：
   第一種供水方案的優(yōu)、缺點(diǎn)在上面已經(jīng)闡述過(guò)了在這里不在贅述。在乾元大廈及陽(yáng)光財(cái)富大廈的給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)中因?yàn)閮勺髲B共用地下室加壓設(shè)備，所以如果采用此系統(tǒng)，在乾元大廈和陽(yáng)光財(cái)富大廈兩座樓的高位水箱中任一個(gè)達(dá)到最低水位時(shí)地下室工頻泵都要啟動(dòng)，兩個(gè)水箱都到達(dá)高水位時(shí)才能停泵，造成工頻泵啟動(dòng)頻繁，運(yùn)行費(fèi)用增大，所以不是合適的供水方案。
   第二種供水方案是將市政管網(wǎng)的水引入地下室生活水箱后由變頻供水設(shè)備加壓后供給各用水點(diǎn)。該方案的優(yōu)點(diǎn)為：地下室水池（水箱）的容積保證供水范圍內(nèi)最高日用水量的20%，在市政管網(wǎng)暫時(shí)停水時(shí)仍能保證供水的可靠性；變頻供水設(shè)備可選用3-4臺(tái)同類型、配備電機(jī)功率較小的且水泵效率較高的不銹鋼水泵和一臺(tái)小型立式隔膜氣壓罐，這樣在用水量變化大時(shí)解決小流量供水時(shí)的節(jié)能問(wèn)題。
   缺點(diǎn)為：
   a、不能有效的利用市政管網(wǎng)的水壓，不符合當(dāng)前節(jié)能的政策要求，地下室水池（水箱）體積過(guò)大，增加投資費(fèi)用和泵房面積。
   b、高區(qū)給水干管承壓較高，管材的造價(jià)高，使用壽命短。
   第三種供水方式的優(yōu)點(diǎn)為：初級(jí)供水有效的利用了市政管網(wǎng)的水壓，同時(shí)設(shè)備采用變頻泵組，符合節(jié)能要求。缺點(diǎn)為：無(wú)負(fù)壓供水設(shè)備的應(yīng)用需要得到當(dāng)?shù)刈詠?lái)水公司的許可，且市政管網(wǎng)的管徑需要足夠大才能不影響其他用水用戶，若采用罐式無(wú)負(fù)壓則初級(jí)供水無(wú)貯存水量，供水安全性差。
   分析乾元大廈.陽(yáng)光財(cái)富大廈的市政管網(wǎng)情況，市政管網(wǎng)的壓力為0.45MPa，市政主干管管徑為DN300mm，從干管引兩根DN200mm給水管在基地內(nèi)形成環(huán)網(wǎng)，滿足無(wú)負(fù)壓供水的市政條件，且由于供水設(shè)備同時(shí)供應(yīng)乾元大廈和陽(yáng)光財(cái)富大廈，高峰期和低谷期的流量差不大，系統(tǒng)不存在低谷期流量過(guò)小問(wèn)題。為保證供水的安全可靠性，設(shè)計(jì)時(shí)初級(jí)供水可選擇采用差量補(bǔ)償箱式無(wú)負(fù)壓供水設(shè)備，并合理增大水箱的體積，同時(shí)在設(shè)備選擇時(shí)采用多泵并聯(lián)的形式。
   綜上所述，乾元金融大廈.陽(yáng)光財(cái)富大廈選用第三種供水方式。
   2.5給水系統(tǒng)豎向分區(qū)的劃分：
   因乾元大廈的給水系統(tǒng)與陽(yáng)光財(cái)富大廈共用加壓設(shè)備，所以給水豎向分區(qū)要兼顧兩個(gè)樓的給水系統(tǒng)，使之保持一致同時(shí)使各分區(qū)的壓力均小于0.45MPa。兩個(gè)樓的層高及分區(qū)詳見圖1所示。
   2.6乾元大廈、陽(yáng)光財(cái)富大廈給水系統(tǒng)分區(qū)及加壓方案：
   經(jīng)方案比較和給水系統(tǒng)的分區(qū)計(jì)算，乾元大廈、陽(yáng)光財(cái)富大廈給水系統(tǒng)分區(qū)及加壓方案確定為：采用并聯(lián)與串聯(lián)相結(jié)合的供水方式，給水系統(tǒng)共分為四個(gè)區(qū)。
   (1)一區(qū)：地下二層至地上四層，由市政自來(lái)水直接供給。
   (2)二區(qū)：地上五層至十三層，由地下二層生活水箱及本區(qū)箱式無(wú)負(fù)壓供水設(shè)備聯(lián)合供水。
   (3)三區(qū)：十四層至二十二層，由地下二層生活水箱及本區(qū)箱式無(wú)負(fù)壓供水設(shè)備聯(lián)合供水。
   (4)四區(qū)：二十三層至三十一層，采用二級(jí)變頻泵串聯(lián)接力供水 ，由三區(qū)的箱式無(wú)負(fù)壓供水設(shè)備至避難層（22層）中間轉(zhuǎn)輸生活水箱，再由設(shè)于本避難層的四區(qū)變頻供水設(shè)備作為二級(jí)提升泵聯(lián)合供水。
   各區(qū)的箱式無(wú)負(fù)壓的水箱體積均為供水范圍內(nèi)最高日用水量的12%。

   3.結(jié)論

   在超高層建筑的給排水設(shè)計(jì)中，給水系統(tǒng)分區(qū)及加壓方案的合理選擇需要根據(jù)工程的具體情況進(jìn)行具體分析，同時(shí)在其它系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中及管材運(yùn)用上也盡量符合國(guó)家相關(guān)的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，使超高層建筑設(shè)計(jì)逐步滿足國(guó)家關(guān)于綠色建筑的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。