建筑给水系统的优化设计及实例分析

李江军

（山西焦煤公共事业发展公司，山西 太原 030024 ）

引言

给水系统与其他系统不同的是，它并不运行在预先设定的环境中。这是因为用水点时刻在变，用水量也时刻在变，这就意味着给水系统需要与用水需求、环境影响相结合，不但要满足用户对用水量以及水压的要求，还要对水压与水量具有较高的灵敏度，更进一步的要求还要节约能耗，防止水源受到二次污染。所以给水方式的选择就成为建筑给水系统的一个重点环节。本文就是再此基础上，对目前给水系统设计方案进行综合比较并进行实证分析。

1 建筑给水系统的优化目标

建筑给水系统是一个相对复杂的系统工程，无论是新建筑工程的设计还是旧项目的改造升级，在工程伊始，就需要制定合理优化的设计方案，很重要的一环就是确定工程的优化目标。通俗来说，给水系统就是保证每一个用水节点都可以享受舒适的、安全的、足量的供水。因此建筑给排水优化设计目标可以确定为：科学布局、经济快捷、技术先进、管理维护成本低且方便，实现给水的节能、节水、节材的理念。

2 建筑给水系统的综合分析

建筑给水工程优化目标的实现，需要科学有效的技术方案，最重要的环节则在于给水系统的比较与选择，确定哪种技术方案最为科学合理，最能实现优化设计目标。

2.1 给水系统的方案

目前，我国建筑项目给水系统采取的方案有以下几种：

（1）水源——水池——加压泵——高位水箱——用户

（2）水源——水池——加压泵——气压罐——用户

（3）水源——水池——变频调速加压泵——用户

（4）水源——叠压供水设备——用户

（5）水源——水池——全流量高效变频调速给水设备——用户

（6）水源——二次供水前置设备——全流量高效变频调速给水设备——用户

本文重点对后两种新进发展的方案做重点介绍。全流量高效变频调速给水设备的核心理念就是按照不同流量段，计算出各流量段所需的扬程，然后按照计算结果配置水泵，通过PLC编程技术与变频调速技术进行控制，从而保证供水水泵时刻在高效工况段工作。传统的变频调速给水设备则是根据设计的秒流量及实际扬程选择水泵，当需求量降低时，水泵随系统工况变化而转速降低，但是因为全天候出现设计的秒流量的时段较少，因此水泵相当多的时间工作在低效段。

方案六中的二次供水前置是设备代替了常用的储水水池，它最显著的效用就是合理利用供水管网的余压，将二次加压的扬程降低。另外，该设备能够按照建筑工程的实际需求，调节容积，从而适应城市调节水量的基本需求。

2.2 各给水方案的比较

对于以上几种方案的功耗进行比较分析，如表1所示。

表1 六种供水方式比较表

由表1对以上六种供水方案的比较可以得出，六种方案各有优势与劣势。从节能方面来说，高位水箱由其耗电量很低，始终工作在高效段，同时期水泵Q值为变频调速所设计秒流量的1/3，因此能耗较低。而气压供水与之相比，需要提高供水压力，肯定耗能要高。高位水箱最大问题在于消除二次污染差，正因为如此，才出现后面的几种新型供水方式。不过高位水箱因其稳定性，仍然得到广泛使用，但是常与其他供水方式相结合。

变频调速、叠压供水则由于减少了或不用供水调节储水设施，所以可以减少二次污染，并且简化了系统。如2.1所述变频调速虽然能够调频变速，达到节能的目的，不过其24小时不间断运行，导致其耗能较高。而全变流变频调速给水则较好的解决了变频调速变频不节能的关键问题，其水泵全部工作在高效工况。叠水供水较好的利用余压，达到节能的目的，但是它与当地供水条件，设备参数的选取有相当关系，其多用小型建筑。而二次供水前置设备不但能够利用余压，还具有叠压供水所不具备的优势，就是能够设置调节容积，实现城市调节水量的全局需求。二者都具有一些劣势，就是其利用余压，就需要能够承受余压，导致设备造价过高，初期投资较高。但是其在运行中的优势还是比较巨大，其节省的电量远远高于初期设备的投资，从长远来看，性价比较高。

通过对以上几种给水方案的比较，在实际建筑工程中，可以采取多种方案的组合。本文提出了以下一种给水方案：二次供水前置设备+常速泵组+高位水箱。在建筑楼中，在其设备层设置一定容积的高位水箱，高位水箱一方面利用重力势能供给底层用户，另一方面利用加压供给高层用户；水泵房选择二次供水前置，目的就是利用余压。此方案的优点在于：一是能够利用余压；二是水泵的Q值为变频调速泵组流量的1~1/3；三是水泵一直运行在高效段；四是高位水箱具有供水安全性高，稳定性强，节水的优势。

3 建筑给水优化设计的工程实例

山西太原某高层住宅楼高28层，108米，市政水压为0.28MPa。给水系统将用水分为4区：低区（-4层至地上3层）、中低区（塔楼的4至11层，裙楼的4至8层）、中高区（12至20层）、高区（21-28层），其中14层为避难层。给水系统采取2.2中所述的优化给水方案：二次供水前置设备+常速泵组+高位水箱。在第14层的避难层设置高位水箱，在生活水泵房安装二次供水前置设备，利用常速泵将供水加压至高位水箱，而高压水箱一方面利用加压的方式供水至中高区以及高区，另一方面利用重力流供水至中低区，因为第11层与14层之间有12.9米的落差，因此中低区不在需要安装增压泵，高位水箱的重力流能够达到中低区给水的实际需求。

该建筑楼体需要加压的水量每天为1100立方米，由于二次供水前置设备充分利用余压，仅此一项每天可节省电量128度，全年节省46720度，电费25696元，虽然前期设备投入费用较高，但随着时间的增加，节省的电费会大大高于前期投入费用。同时本给水方案采用常速泵组，使其一直运行在高效段，更加节能，另外，采用全密闭式设计，防止了二次污染。

4 结论

本文比较四种常用的给水方案以及二种新近得到发展使用的给水方案的优劣。提出了合理的给水方案的选择要结合建筑条件，用水特点。本文提出了一种适用于高层建筑的给水方案：二次供水前置设备+常速泵组+高位水箱，并在建筑实际中得到实证，能够大大节省电量，耗能较低，且无二次污染。

[1]洪岩, 王光辉, 孙显峰.建筑给排水设计节能节水措施探讨[J].建筑节能,2008.6: 40-41.

[2]黄美发, 冯艺等.大型建筑消防给水系统可靠性优化设计探讨[J].给水排水,2008, 34（3）: 82~86.

[3]周国添.高层建筑给水排水设计中常见问题探讨[J].建筑技术,2010（11）:177