某住宅小区给水排水工程设计分析

　　摘要:本文结合某小区给排水工程设计实例,简述了生活给水系统、中水给水系统、自动喷水灭火给水系统及排水系统的水力计算方法及介绍了自动喷水灭火系统在设计中应考虑的问题。
　　关键词:住宅小区；给水系统;湿式喷水系统;设计秒流量
　　该小区工程建筑面积约10万m2,由4栋16层的单体建筑及连通的地下室组成，给排水工程设计包括生活给水系统,中水给水系统,消火栓给水系统,自动喷水灭火系统,生活排水系统,中水排水系统,雨水排水系统，是比较典型的一个设计示例。
　　1生活给水系统
　　1.1生活给水源
　　由室外引入市政自来水,地下室设有400m3生活储水池,高低区共设有4台生活给水泵,分别为一用一备,向高、低区供水，供水系统的设置通常有两种方法:一是水泵水箱联合供水的系统,二是水泵由微机控制供水的系统。本工程采用的是第二种方法。微机供水是通过变频调速改变电机本身的转速,变频调速既适用于同步电机也适用于异步电动机,本工程采用的是异步电动机,异步电动机转速公式如下:
　　
　　式中,n为电动机转数(r/min);f为交流电源的频率(Hz);P为电动机的极对数;S为电动机运行的转差率。
　　其调速性能曲线如图1所示。从图1中可以看出:
　　（1）电源频率f值改变时,电机的转速也相应改变。当某一负载转矩为M2时,可得到不同的转速n。若f1>f′1>f′′1>f′′′1时,则n′′1>n′′2>
　　n′′3>n′′4。故调节f即调节了n值。
　　（2）调速过程中电动机转差损耗很小,电动机可以在很小转差
　　率情况下正常运行,效率很高。
　　（3）属于无级调速,调速范围很宽,基本上可以从零赫兹（Hz）平滑调到额定转数,且只要电动机结构条件等允许,还可以从额定转速值上调。微机变频调速供水的优点是：实现变流量恒压供水,供水安全,节能。
　　
　　图1变频调速n-M特性
　　水泵选择计算,当采用水泵水箱联合供水时,采用每小时最大设计流量计算水泵的流量和扬程,本工程由微机变频调速供水,应采用最大设计秒流量计算水泵的流量和扬程。经计算,高区给水泵设计流量Q=16.85L/s;扬程H=71m.低区给水泵设计流量Q=17.13L/s;扬程H=46m.高、低区分别设置两台同型号水泵,一用一备。
　　1.2给水管道布置及水力计算
　　4栋单体建筑的地下1层、1～8层为低区,9～16层为高区,给水干管都设在地下室,采用PPR管材,下行上给式布置。系统分区后,给水干管的布置可以有两种形式,一是高、低区干管都布置在地下室,二是低区干管布置在地下室,高区干管布置在第8层。前一种立管较多,1～8层卫生间都是双立管,占用面积,维修时对第8层用户的各个房间没
　　有影响,耗用管材较多。后一种特点正相反,但是由于对第8层用户的影响较大,考虑到管道安装占用空间,建筑物一般应增加300mm高,同样增加造价,这种情况一般应与上供下回的采暖管道同时考虑。本工程采暖系统为分户供暖,水平供、回水干管在地下室,因此采用这种方案是合理的。
　　给水系统各管段的水力计算,应满足以下要求:
　　(1)正确选用设计秒流量的计算公式;
　　(2)满足室内管网中最不利配水点的水压要求;
　　(3)在设计秒流量时,干管流速一般采用1.2～2.0m/s;支管流速一般采用0.8～1.2m/s[2]。本设计中管道设在卫生间及厨房内,不必再特殊降低流速。
　　2中水给水系统
　　2.1中水给水源
　　由室内清洁废水,包括淋浴排水,洗脸盆排水经处理后供给。中水处理的工艺流程如图2。
　　
　　图2
　　经计算,高区中水给水泵设计流量Q=10.4L/s;扬程H=71m.低区中水给水泵设计流量Q=9.8L/s;扬程H=46m.高、低区分别设置两台同型号水泵,一用一备.
　　2.2中水给水管道布置及水力计算
　　中水仅供冲洗厕所用水。采用PPR管材,为区别起见,外表面为绿色。管道布置仍分为高、低两个区,分区层数同生活给水系统。在管道的布置上尽量使各立管集中布置,减少在卫生间内的横向管道,水力计算同生活给水设计。
　　3消火栓消防给水系统
　　3.1消火栓给水系统
　　建筑高度超过50m的室内消火栓给水系统难以得到一般消防车的供水支援[1].为加强供水安全和保证火场灭火用水,宜采用分区给水系统。建筑高度不超过50m的工业与民用建筑,一旦着火,消防队使用消防车,从室外消火栓取水,通过水泵接合器往室内管网送水,可协助室内扑灭火灾,采用不分区室内消防给水系统.本建筑44.8m,室内消防给水系统不分区.每个单元设两条立管,分别供给两个栓口,保证任何地点都有两股水柱同时到达.
　　3.2水泵的选用计算
　　消防水泵的扬程计算公式:
　　Hb=Hq+hd+hg+hz•
　　式中,Hb为消防水泵的压力(米水柱);Hq为最不利点消防水枪喷嘴所需压力(米水柱);hd为消防水龙带的水头损失(米水柱);hg为管网的水头损失(米水柱);hz为消防水池水面与最不利消火栓之高差(米水柱)。
　　消防用水量[3],室外20L/s,室内20L/s,每根竖管最小流量:10L/s,每支水枪最小流量:5L/s.
　　经计算,本建筑选用消防水泵流量Q=30L/s;扬程H=93.4m。设置两台同型号水泵,一用一备。
　　消防水箱有效容积18m3。设于2号楼屋面。
　　3.3水泵接合器
　　水泵接合器是消防车往室内管网供水的接口。当室内消防水泵发生故障或室内消防用水量不足时,消防车从室外消火栓或消防水池取水,通过水泵接合器将水送至室内管网,供应室内火场用水[4]。当室内消防水泵发生故障时,可能要求将室外消防用水通过水泵接合器送至室内管网。因此,水泵结合器的数量应按室内消防用水量进行计算确定。本工程消火栓系统设置两个水泵结合器。每个水泵接合器的流量按10～15L/s计算。
　　4自动喷洒消防给水系统
　　4.1自动喷水灭火系统的设计
　　4.1.1要有可靠的供水源自动喷水灭火系统用水的供水方式可采用以下几种:(1)由室外给水管网;(2)由消防水池;(3)由江、河、湖、泊、海、水库等天然水源。本工程由室内消防水池取水。
　　4.1.2水不应中断自动喷水灭火系统供水不应出现中断的情况。
　　为此,在设计中必须处理好以下几点。
　　(1)合理选择喷水灭火系统的类型。为了防止出现因冻结等原因而中断供水的情况,室内温度不低于4℃且不高于70℃的建、构筑物均可采用湿式喷水灭火系统。而室内温度低于4℃或高于70℃的建、构筑物,应采用干式喷水灭火系统[5]，本工程采用的是湿式系统。
　　(2)设有较严格的监测装置。
　　(3)自动喷水灭火系统设置水泵接合器，本工程自动喷洒系统单独设置两个水泵接合器。
　　4.1.3合理设置消防水泵
　　(1)宜采用自灌式引水方式，以保证及时启动,及时供水。
　　(2)自动喷水灭火系统的高压或临时高压给水系统的消防泵,每台泵应有独立的吸水管从消防水池直接取水,以保证系统灭火用水。
　　(3)消防水泵一般为设备用泵,其工作能力不应小于其中工作消防泵的最大泵。本工程自动喷洒消防泵流量Q=30L/s,扬程H=108m。设置两台同型号水泵,一用一备•
　　4.1.4合理选择自动喷水灭火系统类型
　　闭式喷头的自动喷水灭火系统,一般包括湿式喷水灭火系统、干式喷水灭火系统、预作用喷水灭火系统、干湿式喷水灭火系统、循环系统。湿式喷水灭火系统一般包括闭式喷头、管道系统、湿式报警阀、报警装置和供水设施等,在报警阀的上下管道内充满压力水。
　　4.2自动喷水灭火系统水力计算
　　4.2.1关于管道水力计算方法问题
　　(1)沿途计算法，按其管道的布置形式,从最不利喷头开始,依沿途喷头逐个开放,算到所规定的30L/s流量所需要的管径及系统的水头损失值为止。喷头出流量可按下式计算:
　　第一个喷头流量q1=BH1L/s
　　式中,B为按厂家喷头给定的特性系数为0.184L/(s•m);
　　H1为喷头处的压力米水柱.
　　第二个喷头流量q2=BH2
　　式中,B同上;H2为第二个喷头处的压力,系喷头1至喷头2管段的水头损失与喷头的压力之和.
　　以下各喷头的流量均依次叠加计算,这种仅按喷头布置达到规定水量的计算方法,一般用于大管径的管段较多,但是这往往与火灾发生后需要喷洒救火的实际情况有很大差别。在大多数情况下,火灾发生时,一般是由火源点呈辐射状向四周扩散蔓延,此时只有火灾区上方的喷头才会开启喷水。虽然上述计算中总的水量已经满足规范的要求,但是火势的蔓延不完全与计算喷头开启相吻合。
　　（2）面积计算法，即首选确定最不利位置作用面积,并假定该面积为正方形或长方形，当采用长方形时,其长边平行于配水支管,其尺寸等于或大于工作面积值平方根的1。2倍（只有在工作面积内的喷头,才计算喷水量）。而且各喷头的喷水量相等,依此计算各管段的流量和阻力损失直至工作面积最末一个喷头为止,以后管段的流量不再增加,仅计算管道阻力损失。《自动喷水灭火系统设计规范》对这个计算做了肯定,因为这个计算方法较为经济、可靠。
　　4.2.2关于自动喷水灭火系统管道单位长度的
　　水头损失计算采用下式:
　　
　　式中,i为管道单位长度水头损失（米水柱/米）;v为管道内的平均水流速度（m/s）;dj为管道计算内径（m）。
　　4.2.3关于管道局部水头损失计算问题计算方式一般有两种:（1）按公式计算;(2)估算。《自动喷水灭火系统设计规范》采用估算法,即
　　局部水头损失按当量管道长度计算或按管道沿途水头损失值的20%计算•
　　5排水系统
　　5.1生活废水排水系统
　　卫生间洗浴排水、洗脸盆排水采用设置专用通气管的双立管排水,底层排水单独排出，在室外采用钢筋混凝土管集中后进入中水处理系统。
　　5.2生活污水排水系统
　　厨房采用仅设伸顶通气管的单立管排水,卫生间其余排水采用设置专用通气管的双立管排水,底层排水单独排出,在室外经管道集中后进化粪池处理后排入市政管道污水系统。
　　5.3雨水排水系统
　　采用内排水系统,由屋顶雨水斗集水后经由室内雨水立管排至市政雨水管道。本工程排水实现了污、废水分流,中水再用,设置专用通气立管,可避免污水管道内的臭气、有害气体等逸入室内。
　　[1]高层民用建筑设计防火规范[S].GB50045-2005
　　[2]建筑给水排水设计规范[S].GB50015-2003.
　　[3]自动喷水灭火系统设计规范[S].GB50084-2001
　　[4]陈耀宗,姜文源,胡鹤均,等.建筑给水排水设计手册[M]
　　北京:中国建筑工业出版社,2004.
　　[5]王增长,曾雪华.建筑给水排水工程[M].北京:中国建筑工业出版社,2003.