超高層建筑給水排水設(shè)計(jì)中的節(jié)能、節(jié)材研究

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摘要：隨著整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展和城市化水平的不斷提高，水資源短缺、電力供應(yīng)短缺和原材料短缺的矛盾日益凸現(xiàn)。因此，對(duì)建筑給水排水設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，如何對(duì)現(xiàn)有設(shè)計(jì)進(jìn)行不斷優(yōu)化，以求最大限度的節(jié)約每一寸管道、節(jié)省每一個(gè)閥門、降低每一度電力消耗等，就成為擺在廣大給水排水設(shè)計(jì)者面前的一個(gè)不容回避的問(wèn)題。下面結(jié)合筆者在某建筑高度120m的超高層建筑給水排水設(shè)計(jì)中的一些做法，談?wù)劰P者在落實(shí)貫徹“節(jié)能、節(jié)材”方面的一些做法，以期和廣大國(guó)內(nèi)同行共同探討。關(guān)鍵詞：超高層建筑報(bào)警閥末端試水雨水管道

　　項(xiàng)目概況：鄭州某超高層綜合樓位于鄭州市鄭東新區(qū)CBD外環(huán)，建筑高度118.8m，地上30層，地下4層。地上部分建筑面積60863m2，地下部分建筑面積12317m2.地下1~4層為設(shè)備機(jī)房和地下汽車庫(kù)，可停放汽車242輛，其中地下2~4層戰(zhàn)時(shí)為五級(jí)二等人員掩蔽所；地上5層裙房，作餐飲、娛樂(lè)和商業(yè)用；主樓部分主要做開(kāi)敞式辦公用。結(jié)構(gòu)形式為框架—核心筒結(jié)構(gòu)。

　　在該項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，筆者結(jié)合設(shè)計(jì)的基本要求，并在此基礎(chǔ)上，征求了國(guó)內(nèi)一些設(shè)計(jì)同行的意見(jiàn)，對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行了一些改進(jìn)。希望能和廣大設(shè)計(jì)同行共同探討。

　　1.避難層集中設(shè)置報(bào)警閥，省去減壓閥的做法

　　就建筑高度在120m左右超高層建筑的噴淋系統(tǒng)的報(bào)警閥設(shè)置來(lái)說(shuō)，通常采用分散設(shè)置濕式報(bào)警閥的做法：在避難層內(nèi)設(shè)置若干套濕式報(bào)警閥，供建筑高區(qū)自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)使用；在地下室內(nèi)設(shè)置若干套濕式報(bào)警閥，供避難層以下的低區(qū)自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)使用。同時(shí)，根據(jù)《自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50084-2001-2005）的相關(guān)要求，濕式報(bào)警閥入口壓力不應(yīng)大于1.2Mpa，在低區(qū)濕式報(bào)警閥環(huán)狀供水管道入口設(shè)置減壓閥組，控制閥前壓力不大于1.2Mpa.

　　在閉式自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，根據(jù)計(jì)算，噴淋水泵揚(yáng)程需要1.8Mpa.在整個(gè)閉式自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)的各個(gè)組成部分中，結(jié)合相關(guān)噴淋產(chǎn)品所提供的技術(shù)參數(shù)，濕式報(bào)警閥的最大工作壓力為1.2Mpa；普通玻璃球下垂型噴頭的額定工作壓力為1.2Mpa，出廠試驗(yàn)壓力為3.0Mpa；一般水流指示器的額定工作壓力為1.2Mpa，出廠密封測(cè)試壓力為2.4Mpa；對(duì)夾式安全信號(hào)蝶閥的額定工作壓力可達(dá)1.6Mpa.

　　此外，根據(jù)《自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)施工及驗(yàn)收規(guī)范》（GB50261-2005）6.2.1條的規(guī)定：“當(dāng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作壓力等于或小于1.0Mpa時(shí)，水壓強(qiáng)度試驗(yàn)壓力應(yīng)為設(shè)計(jì)工作壓力的1.5倍，并不小于1.4Mpa；當(dāng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作壓力大于1.0Mpa時(shí)，水壓強(qiáng)度試驗(yàn)壓力應(yīng)為該工作壓力加0.4Mpa.”那么，當(dāng)系統(tǒng)工作壓力較大時(shí)，采用無(wú)縫鋼管以及額定工作壓力較大的閥門等材料即可滿足系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及施工驗(yàn)收需要。

　　結(jié)合上述壓力數(shù)據(jù)，在整個(gè)閉式自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，作為整個(gè)系統(tǒng)中的重要一環(huán)，相比之下，濕式報(bào)警閥的最大工作壓力只有1.2Mpa，小于整個(gè)系統(tǒng)的其他組件。有鑒于此，《自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50084-2001-2005）才要求濕式報(bào)警閥入口壓力不應(yīng)大于1.2Mpa.

　　在項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，筆者曾作過(guò)如下考慮：如果按照常規(guī)設(shè)計(jì)，采取在地下室和避難層分散設(shè)置濕式報(bào)警閥的做法，如自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)原理圖（一）所示，在低區(qū)報(bào)警閥組前的環(huán)狀管網(wǎng)上分別設(shè)置減壓閥組。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，減壓閥組通常采用兩組并聯(lián)，每個(gè)報(bào)警閥組采用報(bào)警閥前后設(shè)置控制閥門，并在報(bào)警閥前加設(shè)過(guò)濾器的做法。由于報(bào)警閥前后的控制閥門一般采用普通手動(dòng)閥門，一旦減壓閥出現(xiàn)故障的情況下，控制閥門不具備自動(dòng)關(guān)閉功能。因此，兩組報(bào)警閥組通常不具備故障情況下的自動(dòng)切換功能，只能手動(dòng)進(jìn)行切換。此外，由于報(bào)警閥分散設(shè)置，從一定程度上增加值班人員的工作強(qiáng)度。

　　為了克服低區(qū)上述不足，進(jìn)一步確保濕式報(bào)警閥的安全，經(jīng)反復(fù)考慮，最終決定把濕式報(bào)警閥集中設(shè)置在避難層，如自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)原理圖（二）所示。由于避難層的建筑高度大約在60m左右，由噴淋水泵揚(yáng)程減去報(bào)警閥和噴淋水泵間的高差（噴淋水泵設(shè)在地下三層。），從而可以確保濕式報(bào)警閥閥前壓力小于1.2Mpa.相比之下，由于報(bào)警閥在避難層集中設(shè)置，無(wú)需在閥前設(shè)置減壓閥組即可有效保證報(bào)警閥不會(huì)發(fā)生超壓，從而可以充分確保報(bào)警閥的安全，進(jìn)一步提高了整個(gè)自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)的安全程度。同時(shí)，由于報(bào)警閥集中設(shè)置，必然利于系統(tǒng)日后的運(yùn)行管理。

　　2.屋面雨水落水管兼作噴淋末端試水排水管道的做法

　　對(duì)于高層框架—核心筒結(jié)構(gòu)的高層建筑，由于高層建筑本身豎向管道較多，必然需要占用標(biāo)準(zhǔn)層有限的建筑面積。那么，就我們給水排水專業(yè)來(lái)說(shuō)，能否對(duì)現(xiàn)有管道系統(tǒng)進(jìn)行合理優(yōu)化，在保證建筑使用功能的前提下，盡可能減少豎向管道數(shù)量，既利于節(jié)省管材，同時(shí)也利于節(jié)省建筑空間。

　　對(duì)于高層建筑屋面雨水排水設(shè)計(jì)，《建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50015-2003）第4.9.26條規(guī)定：“高層建筑雨水排水管材宜選用承壓塑料管或金屬管。”同時(shí)，筆者也查閱了國(guó)內(nèi)部分超高層建筑的設(shè)計(jì)實(shí)例，屋面雨水排水管道多采用熱浸鍍鋅鋼管，也有部分采用鋼塑復(fù)合管。同時(shí)，在超高層建筑的噴淋設(shè)計(jì)中，結(jié)合噴淋末端試水裝置的設(shè)置位置，需設(shè)置專門的噴淋末端試水排水管道。那么，在設(shè)計(jì)噴淋平面的時(shí)候，能否結(jié)合屋面雨水排水管道的設(shè)置位置（對(duì)超高層框架—核心筒結(jié)構(gòu)的建筑，雨水管道通?？客鈮υO(shè)計(jì)。），在靠近雨水管道處合理設(shè)置噴淋末端試水裝置？這樣設(shè)計(jì)的話，就可以把屋面雨水管道兼做噴淋末端試水排水管道。從理論上看，這樣做應(yīng)該是可行的。

　　在鄭東新區(qū)該超高層項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，筆者采用了如下做法：屋面雨水管道采用襯塑鋼管，靠建筑外墻設(shè)置。在靠近噴淋末端的雨水落水管每層的適當(dāng)位置（在室內(nèi)吊頂以上。），引出一根DN50的排水支管（與雨水管道同材質(zhì)。），并結(jié)合噴淋末端試水排水系統(tǒng)的需要，設(shè)置排水漏斗。同時(shí)，在該支管上設(shè)置控制閥門（設(shè)計(jì)采用球閥。根據(jù)排水需要，不宜設(shè)制截止閥。）。當(dāng)該層需要打開(kāi)噴淋系統(tǒng)末端試水裝置進(jìn)行試水時(shí)，手動(dòng)開(kāi)啟該層雨水管道支管上的控制閥門（該閥門也可自動(dòng)啟閉。），排放噴淋試驗(yàn)用水；當(dāng)試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，關(guān)閉該閥門，以防止下雨時(shí)，屋面雨水從該層排水漏斗處進(jìn)入室內(nèi)。采用上述做法，既節(jié)省了一趟排水管道，并節(jié)減了相關(guān)安裝費(fèi)用；同時(shí)也盡可能減少對(duì)標(biāo)準(zhǔn)層建筑面積的占用。

　　3.冷卻塔的設(shè)計(jì)及節(jié)能運(yùn)行問(wèn)題

　　通常對(duì)于有中央空調(diào)冷卻循環(huán)水系統(tǒng)的建筑，結(jié)合高層（多層）建筑主樓、裙房和室外場(chǎng)地的關(guān)系，合理選擇冷卻塔的擺放位置，對(duì)于節(jié)省造價(jià)、降低日后運(yùn)行成本有著重要意義。在冷卻塔的設(shè)置位置方面，當(dāng)建筑專業(yè)和室外環(huán)境允許的情況下，在室外場(chǎng)地上（綠化意內(nèi)）直接設(shè)置冷卻塔也是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。顯然，冷卻塔的位置距離空調(diào)制冷機(jī)組越近，相比之下更節(jié)省冷卻循水管道，也必然利于降低冷卻循環(huán)水系統(tǒng)的造價(jià)和建安成本。同時(shí)，冷卻循環(huán)水管道長(zhǎng)度越小，系統(tǒng)管路的水頭損失必然降低，利于降低冷卻循環(huán)水泵的揚(yáng)程，也就降低了系統(tǒng)日后的運(yùn)行成本。此外，由于日常地面風(fēng)速比起高空要小的多。當(dāng)冷卻塔設(shè)置位置越低的時(shí)候，冷卻循環(huán)水的飄失水量也就越小，利于整個(gè)系統(tǒng)的節(jié)水。而且，由于冷卻塔設(shè)置位置較低，那么冷卻循環(huán)水系統(tǒng)的補(bǔ)水系統(tǒng)可充分利用市政水壓完成，避免了冷卻塔補(bǔ)水系統(tǒng)的二次加壓，勢(shì)必從一定程度上降低系統(tǒng)日后的運(yùn)行費(fèi)用。同時(shí)，如果能夠在室外地面上直接設(shè)置冷卻塔沒(méi)的話，勢(shì)必減少了冷卻塔在屋面上所帶來(lái)的屋面荷載，節(jié)省了結(jié)構(gòu)造價(jià)。

　　在該項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，結(jié)合該建筑底層的使用功能，同時(shí)，結(jié)合該建筑室外場(chǎng)地的情況，把冷卻塔設(shè)置在該建筑南側(cè)的室外綠地內(nèi)?？紤]美觀需要，要求冷卻塔廠家對(duì)塔體（方形橫流式冷卻塔）進(jìn)行適當(dāng)美化（借鑒電氣專業(yè)室外箱式變電站的做法：室外箱式變電站經(jīng)適當(dāng)美化處理后，其外觀效果可作為室外建筑小品）。由于冷卻塔設(shè)在室外綠地上，為了防止室外落葉進(jìn)入冷卻循環(huán)水系統(tǒng)，設(shè)計(jì)要求在冷卻塔的塔頂出風(fēng)口上設(shè)置鋼絲網(wǎng)。該系統(tǒng)經(jīng)過(guò)空調(diào)季節(jié)運(yùn)轉(zhuǎn)，運(yùn)行情況良好。同時(shí)，根據(jù)建成后的實(shí)際效果來(lái)看，由于室外冷卻塔處理得當(dāng)，相當(dāng)于一個(gè)室外小品，對(duì)于豐富建筑環(huán)境，起到了不錯(cuò)的效果。

　　結(jié)語(yǔ)：

　　隨著國(guó)家資源供需矛盾的日益突出，在設(shè)計(jì)中采取一切必要措施，充分貫徹“節(jié)水、節(jié)材、節(jié)地、節(jié)能、環(huán)保”的設(shè)計(jì)要求，成為擺在每個(gè)給排水設(shè)計(jì)師面前的一個(gè)不容回避的責(zé)任。這就需要我們?cè)谠O(shè)計(jì)中，充分理解設(shè)計(jì)中的每一個(gè)細(xì)節(jié)，在保證設(shè)計(jì)功能需要的前提下，從每一個(gè)細(xì)微之處最大限度的節(jié)約每一寸管道、節(jié)省每一個(gè)閥門、降低每一度電力消耗，充分減少系統(tǒng)建造及運(yùn)行成本。