论文部分内容阅读
摘要:在民用建筑设计中，二次加压给水泵房（以下简称给水泵房）是给排水设计很重要的一部分内容，设计成功与否，直接影响到泵房的正常运行及供水安全。現以居住小区为例，就二次加压给水泵房的设计要点讨论如下。
关键词:建筑设计; 水泵房设计
中图分类号: TU991.35
一、 泵房位置选择
给水泵房运行时最显著特点是有噪音产生，不论采用何种减震方式都不能彻底消除运行噪音。这种噪音会沿着墙、柱等结构构件四散传播。居民就噪音问题的投诉，很多都是由于泵房位置设置不合理造出的。《民用建筑设计通则》（GB50352-2005）第8.1.14条规定：“给水泵房、排水泵房不得设置在有安静要求的房间上面、下面和毗邻的房间内”。在《二次供水技术规程》（CJJ140-2010）（以下简称《规程》）7.0.2条对居住建筑内的泵房设置位置给出了更详细的要求：“1、不能毗邻起居室或卧室。宜设置在居住建筑之外或居住建筑的地下二层，当居住建筑首层为共建时，可设置在地下一层。泵房应独立设置，泵房出入口应从公共通道直接进入……”对于集中设置给水泵房的居住小区而言，为了保证供水压力均匀，应尽量降低给水泵房的供水半径，设置在小区中间位置是理想的选择（对占地面积巨大的小区，应考虑分区域设置多座给水泵房）。当上述两方面选址原则不能同时满足时，应优先保证减少噪声对居民正常生活的滋扰。
综上，在适当兼顾减小供水半径的情况下，居住小区的给水泵房应优先选择设置在居住建筑外的动力站内，并尽量设置在一层，这种做法不但解决了噪声问题，还满足了泵房采光、通风的要求，排水问题也比较好解决；次之选择设置在远离住宅楼的地下室内；再次之选择设置在一层为商服网点等对安静要求较低的住宅地下室内。后两种情况需要设置机械通风系统。除此之外，给水泵房的“上层房间不应有厕所、浴室、盥洗室、厨房、污水处理间等”有可能造成污染的功能房间存在。某些地区和城市的卫生审批部门对给水泵房的位置有特殊要求，如要求给水泵房距离室外排水检查井、化粪池不小于15米。在这种情况下，更需要设计人员和建设单位及建筑师细心协商，保证给水泵房的位置合理。
二、 供水方式选择
目前常用的供水方式有：高位水箱+工频水泵供水、气压水罐+工频水泵+缓冲水箱供水、调节水箱+变频调速设备供水（以下简称变频调速供水）、管网叠压供水。前两种供水方式节能效果优于后两种，但因调节容积受限，适用于使用人数不多的单栋建筑，这里笔者不予讨论。
管网叠压供水，也称为无负压供水，是近几年来新出现的供水设备，该方式可基本上消除二次污染，运行能耗较低，占用的设备间面积是前述四种方式中最小的，受到很多开发商的青睐。其工作原理为：直接从市政给水管网吸水，当市政管网内水压波动、水量不足时，吸水管路上的“速断”装置马上切断与市政管网的供水联系，达到不影响为附近用户供水的目的。另外，从理论上讲，因其直接从市政管网吸水，可利用部分市政管网压力，降低水泵的扬程。但由于没有调节容积，供水安全性较差。
变频调速供水是当今二次加压供水系统的主流方式，它由调节水箱+变频调速水泵机组组成。供水安全性高，水泵变频工作，运行费用也较理想。专人管理、高品质的水箱和定期的专业清洗也大大降低二次污染带来的不足。更重要的是，部分城市的供水公司对管网叠压供水设备的使用管理严格，主要原因是近年来储存城市供水调节水量的清水池增容建设速度往往赶不上城市的迅猛扩张，而新建、扩建住宅小区设置的调节水箱恰好弥补了城市供水调节容积欠缺的不足。因此，管网叠压供水设备的使用受到了限制，供水公司更倾向于采用变频调速供水方式。变频调速供水与管网叠压供水所需进水总管的管径也不相同，前者采用的是最高日平均时流量作设计依据，后者因没有调节容积，要用设计秒流量作设计依据，后者的管径远大于前者。值得注意的是，管网叠压供水设备是否能正常运行，还需要一些较严格的外部条件。总结以往的设计经验及同行的技术交流，采用网叠压供水时，接驳处的市政给水管管径应至少比进水总管（设备吸水总管）管径大2号，以确保接驳处的市政水量充沛。但际情况是，很多城市的供水公司只允许小区进水管从城市配水支管上接驳，而配水支管的管径一般不会大于DN300。因此，对于一些使用人数较多的居住小区，网叠压供水方式没有安全运行的条件。例如某建筑面积20万平方米的住宅小区，局部一层为商服网点。计算居住人口7500人，用水标准采用200升/人.日，最高日用水量为1500立方米，平均时用水量为62.5立方米/小时。综合管段平均出流概率为0.0247，总当量数为8710，设计秒流量为43.52升/秒。小区附近市政给水管管径为DN300。当采用变频调速供水时，进水管管径为DN150，流速为1.0m/s，市政给水管可满足接驳要求；当采用管网叠压供水时，进水管管径为DN250，流速为0.90 m/s（若管径采用DN200，则流速为1.40 m/s，大于规范规定的水泵吸水管最高流速），所需最小市政给水管径为DN400，无法满足要求。
供水方式的选择是给水泵房设计中很重要的一个环节，选择的结果要有过程计算和市政条件作支撑。一般情况下，对于服务人口少的居住小区，笔者推荐采用管网叠压供水；对于服务人口较多的居住小区，笔者推荐采用变频调速供水。
三、给水泵房设计的注意事项
采用管网叠压供水的给水泵房布局简单，这里不予赘述。现针对采用调节水箱+变频调速供水设备的给水泵房工艺设计中需要注意的事项予以讨论。
1.水箱的有效容积计算和安装距离等应按照《建筑给水排水设计规范》（GB50015-2003）（以下简称《规范》）3.7.2条和3.7.3条执行。当计算出的调节容积大于100立方米时，笔者建议将其分为2座容积基本相等的水箱，并联工作，方便清洗和维护。另外，现在使用的主流水箱均为装配式产品，大多数的水箱组件均以0.5米为模量，设计时要根据给水泵房的实际情况，尽量使水箱的长、宽、高符合模量，否则会增加购进成本。
2.通常情况下，生活水箱的进水是通过安装在进水管上的浮球阀实现自动控制的，为防止发生虹吸回流，《规范》3.2.4B条作出如下规定：“生活饮用水水池（箱）的进水管口的最低点高出溢流边缘的空气间隙应等于进水管管径，但最小不应小于25mm，最大可不大于150mm。”当采用普通杠杆式浮球阀从水箱侧壁进水时无法满足上述要求。以DN100进水管为例，要达到《规范》要求，则管中心距溢流水位不应小于150mm，距最高水位不应小于250mm。按国标图01SS105给出的参数，DN100杠杆式浮球阀中心与关闭水位（设计最高水位）的间距为84mm，远小于需要的250mm。而液压式水力遥控浮球阀可以很好的解决这个问题，其阀体可安装在方便维护的低位，进水总管从水箱顶部进水，管口距溢流水位达到《规范》要求时停止，其下部设置消能桶减少进水时的喷溅。从阀门主体引出的小口径传动管仅起到控制阀门主体内的阀瓣启闭的作用，不向水箱注水，不会造成虹吸回流。传动管可从顶部或侧壁进入水箱。
3.保证水箱水质的一项重要措施是避免“死水区”的产生。“死水区”指的是在规定的时间内不能或极缓慢被新鲜补水替换的储存区域。随着余氯的消耗，该区域菌群总数往往会超出饮用水标准的规定。较为简洁的解决办法是让水箱的出水管与进水管对角设置，保证二者间的距离最大化。若无法实现，则应在水箱内设置导流装置。
4.变频调速供水设备的选取除满足设计秒流量和扬程等参数外，还需保证供水的安全性和经济性，即要考虑水泵的备用、水泵的启动方式和大、小泵的搭配等。《规程》规定：“应设置备用水泵，备用泵的供水能力不应小于最大一台运行水泵的供水能力”；“水泵应采用自灌式吸水，当因条件所限不能自灌吸水时应采取可靠的饮水措施”小泵的设置是为了避免在小流量用水时启动大泵，从而降低能耗。笔者通常的做法是：每组变频调速供水设备中，设3台主泵，其中一台为备用泵，每台主泵的流量为设计流量的1/2；设一台小泵，扬程与主泵扬程一致或略高，流量为主泵流量的1/4。变频设备与水箱安装在同一标高的设备间内，保证水泵自灌式吸水。
5.最后讨论下泵房的排水。对于设置在一层的给水泵房，泵房废水可利用重力排放，但需注意水箱的溢流和放空要间接排水。设置在地下室的给水泵房废水需经集水坑收集后用污水泵提升排至室外。此时，集水坑的容积要根据污水泵性能和水箱溢流水量来确定。其中溢流水量可按水箱进水管经济流速状态下达到的流量考虑。以DN100的水箱进水管为例，流速为1.5m/s时对应的流量为41.5m3/h，而此流量也就是污水泵应该到达的最小流量。按照《规范》4.7.8条规定：“集水池有效容积不易小于最大一台污水泵5min的出水量”，则集水坑有效容积不应小于3.5立方米。再加上集水坑的超高和污水泵冷却水位高度（停泵水位至坑底距离），实际设置的集水坑会很大或很深。当条件受限时，笔者建议调整污水泵的工况：从原来的一用一备调整为一用一热备，调整后水泵的流量为原水泵的1/2。即2台污水泵平时一用一备、交替运行，当发生事故溢流时，2台水泵同时启动，集水坑的有效容积可减少一半。这是一种折中的做法，虽降低了泵房的安全性，但可通过加强管理维护来弥补。
四、结束语
二次加压给水泵房是居住小区给水系统的心脏，设置合理、运行安全是每一位从业人员必须要考虑的问题。笔者经历有限，草草成文，希望是抛砖引玉，请各位同仁批评指正。
参考文献：《建筑给水排水设计规范》（GB50015-2003）
《民用建筑设计通则》（GB50352-2005）
《二次供水技术规程》（CJJ140-2010）
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词:建筑设计; 水泵房设计
中图分类号: TU991.35
一、 泵房位置选择
给水泵房运行时最显著特点是有噪音产生，不论采用何种减震方式都不能彻底消除运行噪音。这种噪音会沿着墙、柱等结构构件四散传播。居民就噪音问题的投诉，很多都是由于泵房位置设置不合理造出的。《民用建筑设计通则》（GB50352-2005）第8.1.14条规定：“给水泵房、排水泵房不得设置在有安静要求的房间上面、下面和毗邻的房间内”。在《二次供水技术规程》（CJJ140-2010）（以下简称《规程》）7.0.2条对居住建筑内的泵房设置位置给出了更详细的要求：“1、不能毗邻起居室或卧室。宜设置在居住建筑之外或居住建筑的地下二层，当居住建筑首层为共建时，可设置在地下一层。泵房应独立设置，泵房出入口应从公共通道直接进入……”对于集中设置给水泵房的居住小区而言，为了保证供水压力均匀，应尽量降低给水泵房的供水半径，设置在小区中间位置是理想的选择（对占地面积巨大的小区，应考虑分区域设置多座给水泵房）。当上述两方面选址原则不能同时满足时，应优先保证减少噪声对居民正常生活的滋扰。
综上，在适当兼顾减小供水半径的情况下，居住小区的给水泵房应优先选择设置在居住建筑外的动力站内，并尽量设置在一层，这种做法不但解决了噪声问题，还满足了泵房采光、通风的要求，排水问题也比较好解决；次之选择设置在远离住宅楼的地下室内；再次之选择设置在一层为商服网点等对安静要求较低的住宅地下室内。后两种情况需要设置机械通风系统。除此之外，给水泵房的“上层房间不应有厕所、浴室、盥洗室、厨房、污水处理间等”有可能造成污染的功能房间存在。某些地区和城市的卫生审批部门对给水泵房的位置有特殊要求，如要求给水泵房距离室外排水检查井、化粪池不小于15米。在这种情况下，更需要设计人员和建设单位及建筑师细心协商，保证给水泵房的位置合理。
二、 供水方式选择
目前常用的供水方式有：高位水箱+工频水泵供水、气压水罐+工频水泵+缓冲水箱供水、调节水箱+变频调速设备供水（以下简称变频调速供水）、管网叠压供水。前两种供水方式节能效果优于后两种，但因调节容积受限，适用于使用人数不多的单栋建筑，这里笔者不予讨论。
管网叠压供水，也称为无负压供水，是近几年来新出现的供水设备，该方式可基本上消除二次污染，运行能耗较低，占用的设备间面积是前述四种方式中最小的，受到很多开发商的青睐。其工作原理为：直接从市政给水管网吸水，当市政管网内水压波动、水量不足时，吸水管路上的“速断”装置马上切断与市政管网的供水联系，达到不影响为附近用户供水的目的。另外，从理论上讲，因其直接从市政管网吸水，可利用部分市政管网压力，降低水泵的扬程。但由于没有调节容积，供水安全性较差。
变频调速供水是当今二次加压供水系统的主流方式，它由调节水箱+变频调速水泵机组组成。供水安全性高，水泵变频工作，运行费用也较理想。专人管理、高品质的水箱和定期的专业清洗也大大降低二次污染带来的不足。更重要的是，部分城市的供水公司对管网叠压供水设备的使用管理严格，主要原因是近年来储存城市供水调节水量的清水池增容建设速度往往赶不上城市的迅猛扩张，而新建、扩建住宅小区设置的调节水箱恰好弥补了城市供水调节容积欠缺的不足。因此，管网叠压供水设备的使用受到了限制，供水公司更倾向于采用变频调速供水方式。变频调速供水与管网叠压供水所需进水总管的管径也不相同，前者采用的是最高日平均时流量作设计依据，后者因没有调节容积，要用设计秒流量作设计依据，后者的管径远大于前者。值得注意的是，管网叠压供水设备是否能正常运行，还需要一些较严格的外部条件。总结以往的设计经验及同行的技术交流，采用网叠压供水时，接驳处的市政给水管管径应至少比进水总管（设备吸水总管）管径大2号，以确保接驳处的市政水量充沛。但际情况是，很多城市的供水公司只允许小区进水管从城市配水支管上接驳，而配水支管的管径一般不会大于DN300。因此，对于一些使用人数较多的居住小区，网叠压供水方式没有安全运行的条件。例如某建筑面积20万平方米的住宅小区，局部一层为商服网点。计算居住人口7500人，用水标准采用200升/人.日，最高日用水量为1500立方米，平均时用水量为62.5立方米/小时。综合管段平均出流概率为0.0247，总当量数为8710，设计秒流量为43.52升/秒。小区附近市政给水管管径为DN300。当采用变频调速供水时，进水管管径为DN150，流速为1.0m/s，市政给水管可满足接驳要求；当采用管网叠压供水时，进水管管径为DN250，流速为0.90 m/s（若管径采用DN200，则流速为1.40 m/s，大于规范规定的水泵吸水管最高流速），所需最小市政给水管径为DN400，无法满足要求。
供水方式的选择是给水泵房设计中很重要的一个环节，选择的结果要有过程计算和市政条件作支撑。一般情况下，对于服务人口少的居住小区，笔者推荐采用管网叠压供水；对于服务人口较多的居住小区，笔者推荐采用变频调速供水。
三、给水泵房设计的注意事项
采用管网叠压供水的给水泵房布局简单，这里不予赘述。现针对采用调节水箱+变频调速供水设备的给水泵房工艺设计中需要注意的事项予以讨论。
1.水箱的有效容积计算和安装距离等应按照《建筑给水排水设计规范》（GB50015-2003）（以下简称《规范》）3.7.2条和3.7.3条执行。当计算出的调节容积大于100立方米时，笔者建议将其分为2座容积基本相等的水箱，并联工作，方便清洗和维护。另外，现在使用的主流水箱均为装配式产品，大多数的水箱组件均以0.5米为模量，设计时要根据给水泵房的实际情况，尽量使水箱的长、宽、高符合模量，否则会增加购进成本。
2.通常情况下，生活水箱的进水是通过安装在进水管上的浮球阀实现自动控制的，为防止发生虹吸回流，《规范》3.2.4B条作出如下规定：“生活饮用水水池（箱）的进水管口的最低点高出溢流边缘的空气间隙应等于进水管管径，但最小不应小于25mm，最大可不大于150mm。”当采用普通杠杆式浮球阀从水箱侧壁进水时无法满足上述要求。以DN100进水管为例，要达到《规范》要求，则管中心距溢流水位不应小于150mm，距最高水位不应小于250mm。按国标图01SS105给出的参数，DN100杠杆式浮球阀中心与关闭水位（设计最高水位）的间距为84mm，远小于需要的250mm。而液压式水力遥控浮球阀可以很好的解决这个问题，其阀体可安装在方便维护的低位，进水总管从水箱顶部进水，管口距溢流水位达到《规范》要求时停止，其下部设置消能桶减少进水时的喷溅。从阀门主体引出的小口径传动管仅起到控制阀门主体内的阀瓣启闭的作用，不向水箱注水，不会造成虹吸回流。传动管可从顶部或侧壁进入水箱。
3.保证水箱水质的一项重要措施是避免“死水区”的产生。“死水区”指的是在规定的时间内不能或极缓慢被新鲜补水替换的储存区域。随着余氯的消耗，该区域菌群总数往往会超出饮用水标准的规定。较为简洁的解决办法是让水箱的出水管与进水管对角设置，保证二者间的距离最大化。若无法实现，则应在水箱内设置导流装置。
4.变频调速供水设备的选取除满足设计秒流量和扬程等参数外，还需保证供水的安全性和经济性，即要考虑水泵的备用、水泵的启动方式和大、小泵的搭配等。《规程》规定：“应设置备用水泵，备用泵的供水能力不应小于最大一台运行水泵的供水能力”；“水泵应采用自灌式吸水，当因条件所限不能自灌吸水时应采取可靠的饮水措施”小泵的设置是为了避免在小流量用水时启动大泵，从而降低能耗。笔者通常的做法是：每组变频调速供水设备中，设3台主泵，其中一台为备用泵，每台主泵的流量为设计流量的1/2；设一台小泵，扬程与主泵扬程一致或略高，流量为主泵流量的1/4。变频设备与水箱安装在同一标高的设备间内，保证水泵自灌式吸水。
5.最后讨论下泵房的排水。对于设置在一层的给水泵房，泵房废水可利用重力排放，但需注意水箱的溢流和放空要间接排水。设置在地下室的给水泵房废水需经集水坑收集后用污水泵提升排至室外。此时，集水坑的容积要根据污水泵性能和水箱溢流水量来确定。其中溢流水量可按水箱进水管经济流速状态下达到的流量考虑。以DN100的水箱进水管为例，流速为1.5m/s时对应的流量为41.5m3/h，而此流量也就是污水泵应该到达的最小流量。按照《规范》4.7.8条规定：“集水池有效容积不易小于最大一台污水泵5min的出水量”，则集水坑有效容积不应小于3.5立方米。再加上集水坑的超高和污水泵冷却水位高度（停泵水位至坑底距离），实际设置的集水坑会很大或很深。当条件受限时，笔者建议调整污水泵的工况：从原来的一用一备调整为一用一热备，调整后水泵的流量为原水泵的1/2。即2台污水泵平时一用一备、交替运行，当发生事故溢流时，2台水泵同时启动，集水坑的有效容积可减少一半。这是一种折中的做法，虽降低了泵房的安全性，但可通过加强管理维护来弥补。
四、结束语
二次加压给水泵房是居住小区给水系统的心脏，设置合理、运行安全是每一位从业人员必须要考虑的问题。笔者经历有限，草草成文，希望是抛砖引玉，请各位同仁批评指正。
参考文献：《建筑给水排水设计规范》（GB50015-2003）
《民用建筑设计通则》（GB50352-2005）
《二次供水技术规程》（CJJ140-2010）
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。