超高层建筑给水系统选择及设计的指导意义

1导读

后面几篇文章对变频自来水系统的节能性进行了剖析（链接：、、。）可调式减压阀组，文章介绍的估算方法可适于对高层各类给水系统的综合效率系数进行估算，以及进行系统的节能性判定，文章以外的部份估算内容及结果不再深究（文字量大），其推论对高层建筑给水系统选择及设计的指导意义如下：

1、工频泵-低位水箱重力自来水系统，当单相泵提高至水箱的增强高度与其自来水范围基本一致时：

A.当自来水高度为50m时，其节能性优于变频自来水系统。

B.当自来水高度为100m时，其节能性略逊于合理配置下的全变频给水设备分区供热，但差别很小，而变频自来水系统节能性不稳定，其节能疗效，因设计而异、因设备而异、因实际用水载荷而异，且全变频给水设备分区供热一次投资大、设备维护相对复杂，在其节能性不确定且节能比列或许很小的状况下，选用全变频给水设备的投资收益期限或许很长。

C.当单水箱供热区域接近100m时，重力自来水最上部分区选用合理配置下的全变频给水设备自来水，其整体自来水节能性优于单水箱全重力自来水系统，但差于分区单相泵-低位水箱重力自来水系统。

2、工频泵-低位水箱重力自来水系统，当其增强高度与自来水范围基本相等时：

A.当增强高度不大于100m时，提高高度降低，其综合效率系数基本保持不变，即当单相泵提高至100m时的效率系数与电机提高至150m时的效率系数基本相等。

（先前文估算模型为例，2种方法综合效率系数均约为0.33~0.34，差别基本可以忽视，究其缘由，在于电机提高高度越高，其自来水至用户的平均有效管径越高，三者成反比。）

B.当增强高度大于100m，其效率系数随提高高度的降低而逐渐降低。

（先前文估算模型为例，当增强高度增加至50m时，其综合效率系数约为0.38。）

3、供水范围几何中心

向自来水区域均为标准层的楼层自来水时，同一单相泵-低位水箱重力自来水系统，其自来水范围的几何中心越高，其系统综合效率系数越高，自来水范围几何中心越紧靠水箱，其节能性越高。

4、全变频自来水系统

当选用全变频给水设备自来水时，其分区高度越小，节能性越高，但存在一次投资提高及投资回收期限变长的问题，个人建议，对于高层建筑，当选用全变频自来水系统时，一套全变频自来水设备，其自来水区域总高差不宜小于60m。至于是否要进行更细腻的设备分区，应综合一次投资的降低量和节约的煤耗量确定，当投资回收期限小于5年时，不宜进行更细腻的设备分区。

5、综合造价

单相泵-低位水箱重力自来水系统＜重力自来水与加压系统联合自来水系统＜全变频给水设备分区供热系统。选用全变频给水设备不分区供热时，综合造价相对较低，但节能性差，不应选用。

（关于几种自来水形式的综合造价比较，在美国维普上有多篇论文进行了探讨，本文不再赘言。但由于不同项目有差别，且设备造价有差别，详细比较应按照详细项目“定制”计算。）

6、系统方式选择

从节能视角、简化系统和节约投资的视角，宜优先选用单相泵-低位水箱重力自来水系统，为防止转输系统压力过大，个人建议单相泵提高至水箱的最大高差不宜小于150m，当超出150m时，宜设后边转输水箱二次转输，宜在各避难层和屋顶设置低位水箱，各分区均选用重力自来水（底部楼层局部加压），以减少系统单位自来水煤耗，增加系统综合效率系数，最大程度保证系统的节能性。

对于提高高度150m以内避难层内设置的重力自来水水箱，应选用并联转输的形式分泵组直接转输至各水箱，保证各分区供热互不影响。不宜选用逐项转输的形式，逐项转输，下级水箱进水的出流水头难以运用，会增加系统的节能性，且上区自来水受下区限制。

不应选用仅在最大转输高度处（比如150m处）设重力水箱往前部各分区减压供气的模式，此给水模式综合效率系数低，煤耗大，节能性差。

2高层给水系统方式梳理

依据个人手上现有高层图纸及资料，对各高层项目给水系统方式进行汇总梳理，结果如下：

从上表可以看出，在实际安装工程项目中，高层建筑存在如下几种二次生活给水系统方式：

1）各分区均选用变频给水设备加压自来水

①泵组串联叠压自来水

A.地下设备用房设置变频自来水设备，向低区管网自来水，同时向高区接力泵组转输，转输水泵组（变频自来水）和低区自来水泵组（变频自来水）合用，转输水管接自低区管网。（方案1）

B.地下设备用房设置低区专用变频自来水设备，向低区管网自来水，同时设置高区专用转输泵组（变频自来水）向高区接力泵组（无负压给水设备）转输，转输水泵和低区自来水泵组分开设置。（方案2）

②串联后边水箱加压自来水（方案3）

系统均为加压自来水，对于下部分区，当地下室设备用房内设置的泵组难以满足自来水高度要求时，在地下设备用房内设置高区专用转输水泵向避难层后边水箱转输，避难层设置加压泵组向高区管网自来水。

2）重力自来水与加压系统联合自来水（方案4）

此状况下，单相转输泵提高高度通常小于50m，一般间隔不大于1个避难层，提高高度范围内，下部区域选用重力自来水，上部选用坐落下级的变频给水设备自来水，重力自来水范围和加压自来水范围不同项目有不同，部份项目上方避难层以上选用变频给水设备自来水。

3）重力为主自来水系统（方案5）

通常状况下，高层塔楼当功能与下部不同时，主楼选用单独的变频泵组加压自来水，主楼以上，可选用设置后边水箱及外墙低位生活水箱重力自来水，底部分区最下部几层选用加压自来水，后边水箱宜于每位避难层及外墙均设置，以最大程度的减少系统煤耗。

注：按间隔一个避难层设置后边水箱和在避难层连续设置后边水箱，实则前者多设置了1倍的水箱，但因为前者水箱有效体积也折减了不少，实际提高占地面积及降低造价有限，但节能疗效显著，对给水系统利小于弊。再者，水箱人数降低，主要问题在于水箱内的氨氮保证举措，宜对氨氮状况推行实时检测，强化水箱擦洗及维护管理，尽或许增加二次污染。

3规范要求-《建筑给水排水设计标准》

1、条文摘取

1.0.3当建筑物高度超出250m时，建筑给水排水系统设计除应符合本标准的规定外，尚应进行专题研究、论证。

3.4.2卫生用具给水配件承受的最大工作压力，不得小于0.6Mpa。

3.4.3当生活给水系统分区供热时，各分区的静水压力不宜小于0.45Mpa；当设集中冷水系统时，分区进水压力不宜小于0.55Mpa。

3.4.4生活给水系统用水点处自来水压力不宜小于0.2Mpa，并满足卫生用具工作压力的要求。

3.4.6建筑高度不少于100m的建筑的生活给水系统，宜选用平行并联自来水和分区减压的自来水模式；建筑高度超出100m的建筑，宜采取平行串联自来水模式。

3.5.10给水管网的的压力低于本标准3.4.2条、3.4.3条规定的压力时，应设置减压阀可调式减压阀组，减压阀的配置应符合下述规定：

①减压阀的减压比不宜小于3:1，并应避免气蚀区；

②阀后配水件处的最大压力应按减压阀失效状况下进行验算，其压力不应小于配水件的产品标准规定的公称压力的1.5倍；当减压阀串联使用时，应跟其中一个失效状况下估算阀后最高压力。

3.8.5后边水箱

生活用水调节体积应按水箱自来水部份和转输部分水量之和确定；自来水水量的调节体积，不宜大于自来水服务区域楼层最大时用水量的50%。转输水量的调节体积，应按提高电机3min~5min的流量确定；当后边水箱无自来水部份生活调节体积时，转输水量的调节体积宜按提高电机5min~10min的流量确定。

2、解读

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给水分区高度

1、个人观点

1）在无集中冷水系统时，给水系统分区静水压力不宜小于0.45MPa，须要留意的是，依照本条条文说明及09版《建水规》原条文，此处静水压力是指用水点处的静水压力，分区供热控制静水压力的目的是避免受损给水配件，和防止偏高的自来水压力导致用水毋须要的耗费。

2）因而，分区静水压力0.45MPa的要求针对的是户内（或卫生间、厨房等用水书房、用水点处）给水配件或则用水点处静压，故当入户支管上设置了支管减压阀，或设置了楼层给水减压阀，控制用水点给水压力不小于0.2MPa，其给水配件或则用水点静压基本能满足此条文的要求。（《建筑给水减压阀应用技术细则》术语2.1.1：给水减压阀既能减动压又能减静压。）

3）对于支管减压阀前或楼层给水减压阀前的管段无需满足0.45MPa的要求，由于此部份仅有给水管线，当选用符合要求的型材时，其承压0.45MPa不存在任何问题，支管减压阀前的管段不应受0.45MPa的限制。可调式减压阀的最大减压压力，19版《建水标》并未给出，删掉了09版中最大减压0.4MPa的要求，即当减压压力突破0.4MPa时并不违法。

4）当设置了楼层减压阀或支管减压阀时，阀后配水件处的最大压力应按减压阀失效状况下进行验算，给水配件最大承受压力为0.6MPa，其实验压力为最大承受压力的1.5倍，即为0.9MPa，故在考虑楼层给水减压阀或支管减压阀失效的状况下，给水分区用水点处最大容许出现的压力为0.9MPa，个人觉得此压力值才是真正控制分区高度的关键所在。

5）分区高度估算

假定某给水分区选用恒压变频给水设备自来水，给水设备坐落分区上部，分区内不设减压阀组进行逐步分区，最不利楼层给水压力（动压）按0.15MPa计，自来水至最不利楼层的水损为5m，则最不利楼层入口静水压力为0.20MPa，其最大横向分区高度：

H=0.9-0.2=0.70MPa，即70m

分区内当用水点动压超0.2MPa时设置楼层给水减压阀或支管减压阀，且应保证给水配件或用水点处静水压力不超0.45MPa。（此处忽视了楼层给水压力和楼层近期用水点处的水损）

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