超高层建筑直饮水系统设计探讨

王海港

（启迪设计集团股份有限公司，江苏 苏州 215021）

1 引言

随着我国人民生活水平日益提高，人们对自来水水质的要求也越高越严格，而水环境日益恶化导致常规的水处理无法完全去除水中的有害成分，自来水管网系统中存在严重的二次污染问题（如管道腐蚀、渗漏、结垢、沉淀、水箱未经常清洗消毒等），严重影响人们的身体健康。上述现状推进了直饮水系统的发展。直饮水系统按规模可分为家用直饮水机、商业直饮水平台、小区集中直饮水系统、城市区域直饮水系统等。北上广深等大城市在区域直饮水系统的推广走在全国的前列，其他各城市也推出相应的推广管理办法。本文结合苏州昆山花桥国际商务城某超高层项目直饮水系统设计，总结超高层项目直饮水系统在系统分区、水箱水泵参数、水质消毒措施、回水方式等方面的水质控制措施。

2 项目介绍

本项目位于苏州昆山花桥国际商务城核心区域，为一栋超高层建筑（建筑高度180.14 m），建筑功能：地下室共3层，为汽车库及设备用房；塔楼1～4层为商业功能，5～40层为办公功能，共设置3层避难层分别为11层（建筑高度45.5 m）、21层（建筑高度90.38 m）、31层（建筑高度135.26.5 m）。建筑每层设置2处直饮水点（除避难层外），每处设置一个直饮水平台（含4组水嘴，冷热各2组），项目水嘴数量n为296个。项目所属花桥国际商务城提供区域直饮水水源，供水压力0.30 MPa，水源管道供至项目红线范围处。

项目每层直饮水供水人数150人，直饮水供水层数为37层，总供水人数N为5 550人，最高日直饮水供水定额qd按2 L/（人·d），最高日直饮水用水量Qd=Nqd=11.1 m3/d。最高日小时变化系数Kh为1.5，用水时间T按10 h计算[1]，最大时用水量为：

项目瞬时高峰用水按式（1）计算：

式中，qs为瞬间高峰用水量，L/s；q0为水嘴额定流量，L/s，取0.05 L/s；m为瞬间高峰用水时水嘴使用数量。水嘴使用概率p：

式中，α为经验系数，办公楼取0.27。

经计算np≥5且n（1-p）≥5，瞬间高峰用水时水嘴使用数量m[2]：

3 供水分区

根据相关规范直饮水系统竖向分区各分区最低处配水点的静水压力不宜大于0.40 MPa，且直饮水嘴处压力不小于0.05 MPa，结合项目避难层的设置位置，供水分区有3种方案供选择，见表1及图1。

表1 供水分区方案对比

图1 供水分区方案简图

如果从设计角度考虑3个方案，还应考虑投资金额、卫生条件及运营管理等因素。但在与运营方的实际接触和项目案例参观中，发现运营方重视而设计方忽略的是以下4点。

1）管网设计压力值。由于直饮水系统管径均偏小，本项目大量都是DN15～DN25的管道，如方案一存在大量超过0.60 MPa的管道及减压阀，运行爆管的风险较大，是导致运营中大量维修的主要因素。

2）减压阀的设置。除了用水高峰以外，直饮水系统平时流量较小，甚至出现减压阀无法达到开启流量的情况，或开启后不能有效减压，所以运营方要求尽量减少减压阀的使用。

3）回水的控制。回水是保证水质安全的最后保证，运营方要求不应有太多的回水管及回水管汇合回水现象，方案一和方案二回水汇合较严重，方案三各个区域回水相对独立。

4）卫生条件及管理方式。参观的项目案例均采用了先进的水质监测和现场监控设备，在线水质检测设备将实时水质数据传送至区域中控平台，区域中控平台可调取各个泵房的实时监控画面和水质情况，确保了水质的安全可靠，同时有专业的物业公司定期对直饮水泵房进行清洁保养。3个方案的卫生条件都可得到有效的保障。

考虑上述原因，最终与运营方确认系统采用方案三，具体各分区见表2。

4 水箱容积、转输泵组设计

结合供水分区计算各分区用水量，见表3。

表3 供水分区系统计算表

由于项目采用多级串联供水，顶部用水经每级水箱提升输送，增加了饮用水的存储及转输时间，提高了水质污染风险，对于各级水箱的容积设置，结合GB 50015—2019《建筑给水排水设计标准》[1]、CJJ/T 110—2017《建筑与小区管道直饮水系统技术规程》[2]，水箱有效容积按服务楼层最大时用水量的50%+转输水泵5 min的流量确定，转输水泵的流量按转输水泵服务楼层最大时用水量选取，地下B1水箱无服务区域，其有效容积按转输水泵10 min的流量确定，31层变频加压泵组流量按高区瞬间高峰用水量确定。各级转输水泵的启停由上级水箱液位控制，并在控制中心内设置各级水箱的液位检测、报警设备，并可远程控制水泵的启停。经计算各分区水箱容积及转输泵组参数见表4和表5。

表4 分区水箱有效容积计算表

表5 分区转输泵流量计算表

除对水箱水泵参数限定外，直饮水系统还采取以下措施保证水质安全。

1）直饮水机房应设置专用机房，地面、墙壁、吊顶采用防水、防腐、防霉、易消毒、易清洗的材料铺设。地面设间接排水设施。门窗采用耐腐蚀材料制成，并配有锁闭装置，同时设有防蚊蝇、防尘、防鼠等措施。机房应设置通风设施。

2）直饮水系统管道采用SUS316不锈钢水管，水箱采用SUS304-2B材质，管材、管件符合现行国家标准GB/T 14976及GB/T 14975要求，水箱、管道、水泵等均全部采用橡塑保温。水箱采用密闭设置，配置空气呼气阀且不配置溢流管。

3）净水机房内配备紫外线空气消毒装置及除湿机，紫外线灯按1.5W／m2吊装设置。

经过一年的运行，上述设计可有效保证运行稳定及水质安全。

5 系统消毒及回水系统

5.1 消毒措施

由于区域直饮水在制备过程中已经过二氧化氯消毒处理，本项目在每个直饮水水箱出水口设置紫外线消毒措施进行加强消毒，设备处理量按分区最大时流量选取，紫外线有效剂量不应低于40 mJ／cm2。

5.2 回水系统设计

系统除了供回水系统严格按照同程式设置外，还采取了以下保证回水安全的措施。

5.2.1 回水方式

由于本项目直饮水系统大多采用重力供水，如各分区回水均回至原出水水箱，需设置较多的回水泵组及管路，为避免上述问题项目采用上级重力供水直接回至下级转输水箱的方式（见图1），达到节约管路高效回水的目的。

5.2.2 循环方式

循环系统可分为定时循环和全日循环两种。全日循环系统造价相对高，且需进行水力计算确认各阀门的压力及系统流量，设计调试较复杂。

由于本项目为办公建筑，用水时段相对集中、系统控制简单，循环方式采用定时循环，加压供水区加压水泵兼做回水泵组。由于中区、高区采用减压阀分区，各单独供水分区分别回流至直饮水机房经精密过滤器后进水箱，避免压差导致的回水不均匀现象。

5.2.3 定时循环控制方式

采用时间控制器进行回水电磁阀的控制，平时运转时按每天开启两次运行（早上6点、晚上6点），确保直饮水停留时间不超高12 h，高温期间可远程调整每天启动次数，根据管网容积及回水管管径确定每次开启时间。如供水低区，经计算直饮水管路总容积为0.084 m3，回水管管径DN15 mm（回水流量0.396 m3/h），管路中水量全部回流时间为60×0.084/0.396=12.7 min，考虑安全因素设计回水时间取15 min，即回水阀每次按时开启15 min。

设计过程中还采用不循环支管长度不超过3 m、每层饮水平台增设过滤设备的措施保证末端用水的安全性。

5.3 水质检测

设计中明确水质检测项目种类及周期，在直饮水供水系统入口处、每层转输水箱处设置取样点，并配置在线检测设备，对浊度、pH、耗氧量、余氯等实时监控水质变化，对水质的突发变化进行预警。

6 结语

通过对本项目直饮水系统设计的总结，探讨了超高层直饮水系统在分区设置、水箱容积、转输泵组、系统消毒、回水系统的设计要点，通过各个分区用水量计算确定转输水箱容积、转输泵组流量、回水控制时间等，确保直饮水供水系统的安全可靠。同时，在设计过程中应积极与运营方沟通，了解先进的直饮水监控与检测技术，研究系统运行中的重点和难点，推进超高层直饮水系统不断进步与发展。