某住宅小区管道直饮水系统设计

陈建勋 胡雨前

浙江省省直建筑设计院

1 我国管道直饮水系统发展现状

随着我国经济技术与基础建设的不断腾飞发展，人民群众对于美好生活的需求也日益提高，尤其是在用水的要求方面，原有的对生活冲洗的简单要求正逐步向更高水质、更稳水压、更稳流量的高品质用水需求发展。

管道直饮水本质就是分质供水，管道直饮水系统作为一种独立提升用水品质的系统，已广泛应用于大型体育场馆项目及高档公建项目，在我国发达地区，例如深圳、广州、上海等地区已有使用。根据项目的不同使用要求，管道直饮水供水系统又可分为分散式及管网式两种，例如大型公建，做法多为分散设置，在需要的点位设置直饮水机对市政水进行处理以满足直饮水水质要求；住宅多为住户自主购买厨下式直饮水设备或购置大桶饮用水，满足厨房用水及日常饮用水需求。

尽管如此，家用直饮水设备存在以下突出问题：首先，设备厂家参差不齐，很多无涉水证产品流入市场，导致水质安全事故的发生；其次，家用直饮水设备产水率低，市面设备产水率多为2:1甚至更低，造成水资源的浪费；最后，家用直饮水设备维护成本高，滤芯每年需更换一次，反渗透膜每三年需更换一次，每年成本近千元。

如今，随着我国二次供水技术的不断发展，特别是大智慧水务系统的应用，间接带动了管道直饮水技术的发展，在水质远程监测、压力监测及系统控制方面提升了效率及自动化程度，后期的运行及维护费用也达到一种可以接受的程度。本工程对住宅集中式管道直饮水系统进行了探索，希望作为高档住宅的配置亮点，慢慢成为一种住宅常规配置内容。

2 工程概述

本项目为高级别人才配套住宅工程，以满足日常舒适便捷的住宅体验为设计初衷，基地位于杭州市西湖区。总用地面积17380m2，项目地上部分建筑为住宅与相关配套公建，共计5幢以17层（建筑高度59.15m）和23层（建筑高度77.65m）单元式和点式住宅组成，总建筑面积20500m2，户内为精装修工程，厨房预留直饮水龙头一个，供住户直饮或餐厨使用，管道直饮水设备机房设置于地下室二层。

本工程施工图设计于2018年6月完成，于2020年5月完成管道试压及调试，7月完成竣工验收，即将交付住户。

3 设计要求

本工程设计满足《建筑与小区管道直饮水系统技术规程》（CJJ/T 110—2017）及《建筑给水排水设计规范》（GB 50015—2003）（2009年版）等相关国家规范和标准的要求。

本工程设计用水总人数按240户（840人）设计；最高日用水定额（qd）因所在地区及品质要求依据“规程”3.0.2条小注提高至5L/人·D；经计算最高日用水量为：4.2m³/d；每户预留一个直饮水专用水嘴，额定流量为0.06L，直饮水专用水嘴最低工作压力大于0.03MPa。制水设备产水量按1.0t/h设计，产水率＞75%，定时启动，每天管网全循环次数不小于2次。供水泵兼做循环泵，每天运行时间＞6h。本工程原水为市政自来水，用水点水质符合现行行业标准《饮用净水水质标准》（CJ 94—2005）及《生活饮用水卫生标准》（GB 5749—2006）中的相关规定。

4 处理工艺流程设计

4.1 预处理及主工艺

直饮水多采用膜处理技术，例如微滤MF、超滤UF、纳滤NF和反渗透R.O系统。因本工程原水为杭州市市政自来水，硬度及盐度含量较低，根据原水水质及处理后水质，经过经济技术比较后，预处理工艺选用多介质过滤+活性炭过滤，主工艺选用纳滤，在保证产水率的同时，也保留了水中对人体有益的微量元素。

表1水处理工艺适用表

4.2 消毒工艺

消毒工艺分为回流水消毒及膜后水处理两种。为了保证管道内水质不变质，膜后水消毒采用了臭氧消毒的方式，产品水中臭氧残留量浓度不小于0.01mg/L，并设置臭氧尾气排放装置；回流水消毒则采用了过流紫外线消毒方式，有效计量不小于40mJ/cm2。

4.3 工艺流程

工艺流程原理：市政自来水补入原水箱内，原水经原水增压泵增压后依次通过多介质过滤器及活性炭过滤器，去除原水中杂质完成预处理；后经三级保安过滤器去除前置破碎的活性炭后经高压泵加压提升至纳滤主机，出水补入纯水箱；膜处理后水贮存于纯水箱内，为保证系统内水质长期稳定，定时通过臭氧消毒系统对纯水箱内水质进行调整处理。成品水经变频供水泵经直饮水管网接至用户，回流水经过流紫外线在线消毒后回流至纯水箱内。

图1 工艺流程图

5 管道系统设计

本工程因各单体高度不一致，为满足回水压力平衡，管线采用主管循环，回水管单独回水的方式，变频供水泵后主管设置总电子流量计一只，每座单体立管底部设置检修阀及止回阀，1#3#号楼立管设置于管道井内，2#4#5#号楼因水表设置于管井内会导致支管长度大于6m，故立管设置于楼梯间内。水表箱暗敷于楼梯间靠近厨房的墙体，设计原则以最短距离接入户内厨房。每户设置IC卡式远传水表，避免设置于户内，导致人为损坏的发生。

图2 直饮水管线平面图

图3 直饮水系统管理图

为满足分区最低水嘴处的净水压力不大于0.35MPa，每8层为一个分区，分别于顶层及每8层底部设置减压阀组，阀后压力0.12MPa。

各单体回水管在机房内汇合至DN100的总管后进入在线紫外线消毒装置，最后回流至纯水箱内。回流支管随水流方向依次设置流量调节阀、电磁阀、电磁流量计。

设置流量调节阀的必要性：因变频供水泵兼做了循环泵，在整体系统循环过程中为了满足各回水支管流量及压力的平衡，可通过流量调节阀进行更直观的控制。

6 管件及阀门的

管道直饮水系统常用管材有不锈钢管、钢或铝塑复合管、塑料管等。不锈钢管具有寿命长、耐腐蚀、耐酸碱、安全可靠的特点。虽一次投资相对较高，但根据吴文静（2007）的相关研究结论，不锈钢管的有效寿命可达50年以上，而塑料管及复合管有效寿命一般在10~15年，从长期维护及使用来看，全寿命成本较其他管材而言优势较为突出，为了满足高品质要求，凡与水接触的部件均采用了与管材相同材质，包括水罐、阀门、水泵、水处理设备、水表等。

具体型号选择时参考《建筑给水排水薄壁不锈钢管连接技术规程》（CECS277:2010），比较具体型号时，《规程》推荐奥氏体不锈钢可选用S30408（SUS304）、mO403（SUs304L）、S31608（SUS316）和S31603（sUS316L），304及304L型不锈钢可满足一般冷、热水供水系统，但当用于直饮水系统，欧美发达国家较少采用，故不做为优先选择，考虑到316L成本较高，故本工程采用奥氏体不锈钢316型（o6Cr17Ni12Mo2），连接采用卡压式连接及氩弧焊连接方式。

7 水质监测及管理模式

为了体现建筑智慧、节水、节能的宗旨，更加注重以信息技术作为支撑，体现精细化的管理模式，更好地为管理人员及用户提供便利，管道直饮水系统的管理模式借鉴了二次供水的相关管理模式及理念。设备机房内制水设备设置就地手动和远传控制系统，并具备电子化控制流程全自动制水及全自动反冲洗流程，机房无人值守，实时运行情况远传至值班室内显示。值班室内显示的远传信号还包括：各水泵运行情况、水处理设备产水量、水箱实时液位，方便值班人员实时观察系统运行情况，并及时处理突发情况。机房内配备检测项目及水质在线监测系统：在回水管道末端在线监测回水浑浊度、pH值、臭氧残留量、余氯等参数。

因城市小区直饮水系统还未普及，可预留未来接入市政二次供水系统的接口，保留由水务公司统一管理的可能性。

8 投资及成本分析

本工程建设成本主要体现在水处理设备、配水管网工程、末端计量及用水设备工程、人工费四个方面。水处理机房所含泵组、水箱、水处理主机等含运费及调试费用，总计造价20万元；316薄壁不锈钢管及管道配件支架等，总计造价35万元；末端计量及供水设备，所含远传水表及龙头配件等，按照400元每户，总计造价9.6万元；人工费总计15万。

上述费用总计79.6万元，平摊至每户，初装造价为3316.67元，由此可见，管道直饮水系统相较于家用直饮水机，首次初装费用相差不大，后续由物业实行管理，运行费用分摊至每户，住户获得优质直饮水的同时省去了维护管理的麻烦。

9 遇到设计问题及解决方式

设计中遇到的问题主要体现在以下两点。

（1）循环管路的设计上，直饮水管路普遍管径较小，长距离的输送及管线弯头导致沿程阻力损失很大，楼栋数多回水压力不平衡。解决方式如下：通过回水末端调节流量阀来合理分配流量，控制各管路水头损失在可控制范围内，保证各回水支管压力接近，避免出现管路死水及压力不足的情况。

（2）如何在不影响用户用水的同时保证整个管网的水压及水质，管道水全循环自动运行逻辑解决方法如下。

工况1：管路非循环时段，回水管上的电磁阀自动关闭，用水高峰期由变频供水泵运行满足用水点压力，用水低谷时，由稳压罐维持系统内压力，当管网压力不足时，供水泵启动。

工况2：管路定时循环时段，回水管上的电磁阀开启，管路开始循环，水泵一次运行时间由管路内总容积的2倍除水泵流量确定，保证全管网水循环一遍再停泵进入稳压状态。

回顾整个设计过程，管道直饮水系统相较于传统给水系统设计最大的区别在于采用多种措施保证水质安全。随着相应管材及水质在线检测技术的发展，保证水质的同时尽可能降低系统整体造价及运行费用成为未来管道直饮水系统的研究重点，更好地让管道直饮水系统走进寻常百姓家，让百姓更方便、更放心地喝水是作为水专业设计从业者最终的职业追求。