超高層建筑設(shè)計中的給水系統(tǒng)分區(qū)及加壓方案

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1.工程實例分析

   銀星大廈位于西安市，于2002年完成設(shè)計，2005年建成投入使用，總建筑面積約為52000平方米，建筑高度約為126m，地下三層，地上31層，地下部分的主要功能為汽車庫及水、暖、電各專業(yè)的設(shè)備用房，地上部分的功能主要為：一層為大廳、二層為餐廳，三層以上為辦公及業(yè)務(wù)用房，其中16層為避難層，一—六層為裙房。地下三層層高為4.5m，一層層高為為4.5m，二層層高為4.8m，三層層高為4.5m，四層以上層高為3.8m。給排水專業(yè)設(shè)計內(nèi)容包括：給排水系統(tǒng)、熱水系統(tǒng)、消火栓系統(tǒng)、自噴系統(tǒng)。
   項目水源接自城市自來水管網(wǎng)，市政供水水壓約為0.20MPa，從市政給水管網(wǎng)引一根DN300mm給水管網(wǎng)進入基地成環(huán)狀管網(wǎng)供本建筑生活和消防用水。
   銀星大廈的給水系統(tǒng)形式為：給水系統(tǒng)采用生活水池-水泵-水箱的聯(lián)合供水方式，在地下室設(shè)生活水池一座和低區(qū)、中區(qū)生活加壓泵各兩臺，在裙房頂設(shè)低區(qū)生活水箱一座，在16層避難層設(shè)中區(qū)水箱（轉(zhuǎn)輸水箱）一座和供高區(qū)水箱的轉(zhuǎn)輸水泵兩臺，在屋頂設(shè)高區(qū)生活水箱一座。
   給水系統(tǒng)的豎向分區(qū)如下：30-31層由高區(qū)水箱經(jīng)屋頂增壓泵加壓后供給；23-29層由屋頂高區(qū)水箱直接供水；14-22層由屋頂高區(qū)水箱經(jīng)減壓閥減壓后供給；6-13層由避難層的中區(qū)水箱供給 ；3-5層由低區(qū)水箱經(jīng)增加泵加壓后供給；地下二層-2層由自來水管網(wǎng)直接供給。

1.1本項目給水系統(tǒng)的設(shè)計有以下優(yōu)點：
   項目給水系統(tǒng)采用水池-水泵-水箱的聯(lián)合供水方式，供水安全可靠性高，中低區(qū)水泵及轉(zhuǎn)輸水泵均采用工頻泵，水泵啟、停與水箱水位聯(lián)動，因辦公用水量較小，水泵啟動次數(shù)低，加壓設(shè)備在前期投入的費用及平時運行費用上相對于變頻泵較低，經(jīng)濟性好。
   給水系統(tǒng)豎向分為六個區(qū)，各分區(qū)的壓力均小于0.45MPa，減壓閥設(shè)置較少，各分區(qū)給水立管承壓較小，管材的造價低，使用壽命長。
1.2本項目給水系統(tǒng)的設(shè)計中存在以下缺點：
 （1）各區(qū)給水均由水箱供給，沒有有效的利用市政管網(wǎng)水壓。
   本項目設(shè)計時間較早為2002年，設(shè)計所依據(jù)的規(guī)范均為老版本，但近年來國家對建筑設(shè)計中的節(jié)水節(jié)能提出了更高的要求，在《建筑給水排水設(shè)計規(guī)范》（GB50015-2003）2009年版、《城鎮(zhèn)給水排水技術(shù)規(guī)范》（GB50788-2012）及《 民用建筑綠色設(shè)計規(guī)范》中都明確規(guī)定“供水系統(tǒng)應(yīng)充分利用市政供水壓力”，所以有效的利用市政壓力是現(xiàn)在建筑給排水設(shè)計和審圖中非常注意的一個重要問題。同時隨著一些高新技術(shù)及設(shè)備在給水上的廣泛運用，如無負壓供水設(shè)備等的應(yīng)用都很好的利用了市政水壓。
 （2）采用高位生活水箱供水雖然供水安全可靠但是存在衛(wèi)生隱患；且為保證最不利點的衛(wèi)生潔具的供水壓力，在水箱間需設(shè)增壓設(shè)施。
   舊版《建筑給水排水設(shè)計規(guī)范》中規(guī)定只要采取消防用水不被他用的措施，消防水箱和生活水箱可以合用，但在《建筑給水排水設(shè)計規(guī)范》（GB50015-2003）2009 這樣如果建筑物給水系統(tǒng)如采用水池-水泵-水箱的聯(lián)合供水方式，則屋頂需要設(shè)消防水箱和生活水箱兩個水箱，增加了結(jié)構(gòu)的荷載，占用了建筑物的空間，同時生活水箱必須保證水質(zhì)的清潔、消毒和循環(huán)，但因為建筑物的用水量的不確定性及一些不可控的人為因素，生活水箱仍存在衛(wèi)生隱患。
   同時由于此系統(tǒng)中僅靠水箱與最高層衛(wèi)生器具的位置高差不能滿足衛(wèi)生器具的給水壓力，所以在裙房、避難層、屋頂?shù)乃溟g均增設(shè)了增壓設(shè)備，增加了設(shè)備運行的費用。
 （3）給水系統(tǒng)的豎向分區(qū)太多，造成熱水系統(tǒng)設(shè)備投資過大。
   為保證各用水點的冷熱水壓力平衡，項目的熱水系統(tǒng)分區(qū)與給水系統(tǒng)分區(qū)保持一致，熱水系統(tǒng)采用了6套換熱設(shè)備和循環(huán)水泵，投資過大，平時的運行管理費用也增大很多。

2.超高層建筑給水系統(tǒng)設(shè)計

2.1工程概況：
   乾元金融大廈是以辦公性質(zhì)為主的超高層建筑。項目地下2層為設(shè)備用房及銀行庫房，層高6.6m，地下1層為車庫及銀行庫房，層高6.0m，底層至三十層均為大空間辦公用房，一至三層層高5.1米，四層至三十層層高4.2m，三十一層為觀光大廳，層高7.2m，本建筑總高度149.4m，建筑面積7.1萬平方米，其中12層及22層為兩個避難層，一—三層為裙房。乾元大廈東邊為陽光財富大廈，該樓是以辦公性質(zhì)為主的高層建筑，地下2層為設(shè)備用房，層高6.6m，地下1層為車庫及員工餐廳，廚房，層高6.0m，底層至二十二層均為辦公用房，一至三層層高5.1m，四層至二十二層層高均為4.2m，建筑總高度99.8m，建筑面積8.1萬平方米。本著節(jié)約投資成本及設(shè)備房占地面積的設(shè)計思路，乾元大廈、陽光財富大廈的給水系統(tǒng)設(shè)計為兩座樓共用加壓設(shè)備。
2.2水源：
   水源接自市政自來水管網(wǎng)，水壓0.45MPa.,室外分別引兩根DN200mm給水管形成環(huán)狀管網(wǎng)。
2.3生活給水用水量：
   生活給水用水量詳見表1。

2.4給水加壓系統(tǒng)方案的比較：
   本工程給水加壓系統(tǒng)有以下幾種方案可供選擇：
 （1）各級供水均采用水池-水泵-水箱的聯(lián)合供水方式；
 （2）各級供水均選用水池（水箱）-變頻供水設(shè)備-各用水點的供水方式；
 （3）初級供水采用市政管網(wǎng)-無負壓供水設(shè)備-各用水點的供水方式，二級供水采用轉(zhuǎn)輸水箱-變頻供水設(shè)備-各用水點的供水方式。
各種供水方式分析比較：
   第一種供水方案的優(yōu)、缺點在上面已經(jīng)闡述過了在這里不在贅述。在乾元大廈及陽光財富大廈的給水系統(tǒng)設(shè)計中因為兩座大廈共用地下室加壓設(shè)備，所以如果采用此系統(tǒng)，在乾元大廈和陽光財富大廈兩座樓的高位水箱中任一個達到最低水位時地下室工頻泵都要啟動，兩個水箱都到達高水位時才能停泵，造成工頻泵啟動頻繁，運行費用增大，所以不是合適的供水方案。
   第二種供水方案是將市政管網(wǎng)的水引入地下室生活水箱后由變頻供水設(shè)備加壓后供給各用水點。該方案的優(yōu)點為：地下室水池（水箱）的容積保證供水范圍內(nèi)最高日用水量的20%，在市政管網(wǎng)暫時停水時仍能保證供水的可靠性；變頻供水設(shè)備可選用3-4臺同類型、配備電機功率較小的且水泵效率較高的不銹鋼水泵和一臺小型立式隔膜氣壓罐，這樣在用水量變化大時解決小流量供水時的節(jié)能問題。
   缺點為：
   a、不能有效的利用市政管網(wǎng)的水壓，不符合當前節(jié)能的政策要求，地下室水池（水箱）體積過大，增加投資費用和泵房面積。
   b、高區(qū)給水干管承壓較高，管材的造價高，使用壽命短。
   第三種供水方式的優(yōu)點為：初級供水有效的利用了市政管網(wǎng)的水壓，同時設(shè)備采用變頻泵組，符合節(jié)能要求。缺點為：無負壓供水設(shè)備的應(yīng)用需要得到當?shù)刈詠硭镜脑S可，且市政管網(wǎng)的管徑需要足夠大才能不影響其他用水用戶，若采用罐式無負壓則初級供水無貯存水量，供水安全性差。
   分析乾元大廈.陽光財富大廈的市政管網(wǎng)情況，市政管網(wǎng)的壓力為0.45MPa，市政主干管管徑為DN300mm，從干管引兩根DN200mm給水管在基地內(nèi)形成環(huán)網(wǎng)，滿足無負壓供水的市政條件，且由于供水設(shè)備同時供應(yīng)乾元大廈和陽光財富大廈，高峰期和低谷期的流量差不大，系統(tǒng)不存在低谷期流量過小問題。為保證供水的安全可靠性，設(shè)計時初級供水可選擇采用差量補償箱式無負壓供水設(shè)備，并合理增大水箱的體積，同時在設(shè)備選擇時采用多泵并聯(lián)的形式。
   綜上所述，乾元金融大廈.陽光財富大廈選用第三種供水方式。
   2.5給水系統(tǒng)豎向分區(qū)的劃分：
   因乾元大廈的給水系統(tǒng)與陽光財富大廈共用加壓設(shè)備，所以給水豎向分區(qū)要兼顧兩個樓的給水系統(tǒng)，使之保持一致同時使各分區(qū)的壓力均小于0.45MPa。兩個樓的層高及分區(qū)詳見圖1所示。
   2.6乾元大廈、陽光財富大廈給水系統(tǒng)分區(qū)及加壓方案：
   經(jīng)方案比較和給水系統(tǒng)的分區(qū)計算，乾元大廈、陽光財富大廈給水系統(tǒng)分區(qū)及加壓方案確定為：采用并聯(lián)與串聯(lián)相結(jié)合的供水方式，給水系統(tǒng)共分為四個區(qū)。
   (1)一區(qū)：地下二層至地上四層，由市政自來水直接供給。
   (2)二區(qū)：地上五層至十三層，由地下二層生活水箱及本區(qū)箱式無負壓供水設(shè)備聯(lián)合供水。
   (3)三區(qū)：十四層至二十二層，由地下二層生活水箱及本區(qū)箱式無負壓供水設(shè)備聯(lián)合供水。
   (4)四區(qū)：二十三層至三十一層，采用二級變頻泵串聯(lián)接力供水 ，由三區(qū)的箱式無負壓供水設(shè)備至避難層（22層）中間轉(zhuǎn)輸生活水箱，再由設(shè)于本避難層的四區(qū)變頻供水設(shè)備作為二級提升泵聯(lián)合供水。
   各區(qū)的箱式無負壓的水箱體積均為供水范圍內(nèi)最高日用水量的12%。

   3.結(jié)論

   在超高層建筑的給排水設(shè)計中，給水系統(tǒng)分區(qū)及加壓方案的合理選擇需要根據(jù)工程的具體情況進行具體分析，同時在其它系統(tǒng)的設(shè)計中及管材運用上也盡量符合國家相關(guān)的節(jié)能標準，使超高層建筑設(shè)計逐步滿足國家關(guān)于綠色建筑的設(shè)計標準。