摘要:本文結合某小區給排水工程設計實例,簡述了生活給水系統、中水給水系統、自動噴水滅火給水系統及排水系統的水力計算方法及介紹了自動噴水滅火系統在設計中應考慮的問題。
　　關鍵詞:住宅小區；給水系統;濕式噴水系統;設計秒流量
　　該小區工程建筑面積約10萬m2,由4棟16層的單體建筑及連通的地下室組成，給排水工程設計包括生活給水系統,中水給水系統,消火栓給水系統,自動噴水滅火系統,生活排水系統,中水排水系統,雨水排水系統，是比較典型的一個設計示例。
　　1生活給水系統
　　1.1生活給水源
　　由室外引入市政自來水,地下室設有400m3生活儲水池,高低區共設有4臺生活給水泵,分別為一用一備,向高、低區供水，供水系統的設置通常有兩種方法:一是水泵水箱聯合供水的系統,二是水泵由微機控制供水的系統。本工程采用的是第二種方法。微機供水是通過變頻調速改變電機本身的轉速,變頻調速既適用于同步電機也適用于異步電動機,本工程采用的是異步電動機,異步電動機轉速公式如下:
　　
　　式中,n為電動機轉數(r/min);f為交流電源的頻率(Hz);P為電動機的極對數;S為電動機運行的轉差率。
　　其調速性能曲線如圖1所示。從圖1中可以看出:
　　（1）電源頻率f值改變時,電機的轉速也相應改變。當某一負載轉矩為M2時,可得到不同的轉速n。若f1>f′1>f′′1>f′′′1時,則n′′1>n′′2>
　　n′′3>n′′4。故調節f即調節了n值。
　　（2）調速過程中電動機轉差損耗很小,電動機可以在很小轉差
　　率情況下正常運行,效率很高。
　　（3）屬于無級調速,調速范圍很寬,基本上可以從零赫茲（Hz）平滑調到額定轉數,且只要電動機結構條件等允許,還可以從額定轉速值上調。微機變頻調速供水的優點是：實現變流量恒壓供水,供水安全,節能。
　　
　　圖1變頻調速n-M特性
　　水泵選擇計算,當采用水泵水箱聯合供水時,采用每小時最大設計流量計算水泵的流量和揚程,本工程由微機變頻調速供水,應采用最大設計秒流量計算水泵的流量和揚程。經計算,高區給水泵設計流量Q=16.85L/s;揚程H=71m.低區給水泵設計流量Q=17.13L/s;揚程H=46m.高、低區分別設置兩臺同型號水泵,一用一備。
　　1.2給水管道布置及水力計算
　　4棟單體建筑的地下1層、1～8層為低區,9～16層為高區,給水干管都設在地下室,采用PPR管材,下行上給式布置。系統分區后,給水干管的布置可以有兩種形式,一是高、低區干管都布置在地下室,二是低區干管布置在地下室,高區干管布置在第8層。前一種立管較多,1～8層衛生間都是雙立管,占用面積,維修時對第8層用戶的各個房間沒
　　有影響,耗用管材較多。后一種特點正相反,但是由于對第8層用戶的影響較大,考慮到管道安裝占用空間,建筑物一般應增加300mm高,同樣增加造價,這種情況一般應與上供下回的采暖管道同時考慮。本工程采暖系統為分戶供暖,水平供、回水干管在地下室,因此采用這種方案是合理的。
　　給水系統各管段的水力計算,應滿足以下要求:
　　(1)正確選用設計秒流量的計算公式;
　　(2)滿足室內管網中最不利配水點的水壓要求;
　　(3)在設計秒流量時,干管流速一般采用1.2～2.0m/s;支管流速一般采用0.8～1.2m/s[2]。本設計中管道設在衛生間及廚房內,不必再特殊降低流速。
　　2中水給水系統
　　2.1中水給水源
　　由室內清潔廢水,包括淋浴排水,洗臉盆排水經處理后供給。中水處理的工藝流程如圖2。
　　
　　圖2
　　經計算,高區中水給水泵設計流量Q=10.4L/s;揚程H=71m.低區中水給水泵設計流量Q=9.8L/s;揚程H=46m.高、低區分別設置兩臺同型號水泵,一用一備.
　　2.2中水給水管道布置及水力計算
　　中水僅供沖洗廁所用水。采用PPR管材,為區別起見,外表面為綠色。管道布置仍分為高、低兩個區,分區層數同生活給水系統。在管道的布置上盡量使各立管集中布置,減少在衛生間內的橫向管道,水力計算同生活給水設計。
　　3消火栓消防給水系統
　　3.1消火栓給水系統
　　建筑高度超過50m的室內消火栓給水系統難以得到一般消防車的供水支援[1].為加強供水安全和保證火場滅火用水,宜采用分區給水系統。建筑高度不超過50m的工業與民用建筑,一旦著火,消防隊使用消防車,從室外消火栓取水,通過水泵接合器往室內管網送水,可協助室內撲滅火災,采用不分區室內消防給水系統.本建筑44.8m,室內消防給水系統不分區.每個單元設兩條立管,分別供給兩個栓口,保證任何地點都有兩股水柱同時到達.
　　3.2水泵的選用計算
　　消防水泵的揚程計算公式:
　　Hb=Hq+hd+hg+hz•
　　式中,Hb為消防水泵的壓力(米水柱);Hq為最不利點消防水槍噴嘴所需壓力(米水柱);hd為消防水龍帶的水頭損失(米水柱);hg為管網的水頭損失(米水柱);hz為消防水池水面與最不利消火栓之高差(米水柱)。
　　消防用水量[3],室外20L/s,室內20L/s,每根豎管最小流量:10L/s,每支水槍最小流量:5L/s.
　　經計算,本建筑選用消防水泵流量Q=30L/s;揚程H=93.4m。設置兩臺同型號水泵,一用一備。
　　消防水箱有效容積18m3。設于2號樓屋面。
　　3.3水泵接合器
　　水泵接合器是消防車往室內管網供水的接口。當室內消防水泵發生故障或室內消防用水量不足時,消防車從室外消火栓或消防水池取水,通過水泵接合器將水送至室內管網,供應室內火場用水[4]。當室內消防水泵發生故障時,可能要求將室外消防用水通過水泵接合器送至室內管網。因此,水泵結合器的數量應按室內消防用水量進行計算確定。本工程消火栓系統設置兩個水泵結合器。每個水泵接合器的流量按10～15L/s計算。
　　4自動噴灑消防給水系統
　　4.1自動噴水滅火系統的設計
　　4.1.1要有可靠的供水源自動噴水滅火系統用水的供水方式可采用以下幾種:(1)由室外給水管網;(2)由消防水池;(3)由江、河、湖、泊、海、水庫等天然水源。本工程由室內消防水池取水。
　　4.1.2水不應中斷自動噴水滅火系統供水不應出現中斷的情況。
　　為此,在設計中必須處理好以下幾點。
　　(1)合理選擇噴水滅火系統的類型。為了防止出現因凍結等原因而中斷供水的情況,室內溫度不低于4℃且不高于70℃的建、構筑物均可采用濕式噴水滅火系統。而室內溫度低于4℃或高于70℃的建、構筑物,應采用干式噴水滅火系統[5]，本工程采用的是濕式系統。
　　(2)設有較嚴格的監測裝置。
　　(3)自動噴水滅火系統設置水泵接合器，本工程自動噴灑系統單獨設置兩個水泵接合器。
　　4.1.3合理設置消防水泵
　　(1)宜采用自灌式引水方式，以保證及時啟動,及時供水。
　　(2)自動噴水滅火系統的高壓或臨時高壓給水系統的消防泵,每臺泵應有獨立的吸水管從消防水池直接取水,以保證系統滅火用水。
　　(3)消防水泵一般為設備用泵,其工作能力不應小于其中工作消防泵的最大泵。本工程自動噴灑消防泵流量Q=30L/s,揚程H=108m。設置兩臺同型號水泵,一用一備•
　　4.1.4合理選擇自動噴水滅火系統類型
　　閉式噴頭的自動噴水滅火系統,一般包括濕式噴水滅火系統、干式噴水滅火系統、預作用噴水滅火系統、干濕式噴水滅火系統、循環系統。濕式噴水滅火系統一般包括閉式噴頭、管道系統、濕式報警閥、報警裝置和供水設施等,在報警閥的上下管道內充滿壓力水。
　　4.2自動噴水滅火系統水力計算
　　4.2.1關于管道水力計算方法問題
　　(1)沿途計算法，按其管道的布置形式,從最不利噴頭開始,依沿途噴頭逐個開放,算到所規定的30L/s流量所需要的管徑及系統的水頭損失值為止。噴頭出流量可按下式計算:
　　第一個噴頭流量q1=BH1L/s
　　式中,B為按廠家噴頭給定的特性系數為0.184L/(s•m);
　　H1為噴頭處的壓力米水柱.
　　第二個噴頭流量q2=BH2
　　式中,B同上;H2為第二個噴頭處的壓力,系噴頭1至噴頭2管段的水頭損失與噴頭的壓力之和.
　　以下各噴頭的流量均依次疊加計算,這種僅按噴頭布置達到規定水量的計算方法,一般用于大管徑的管段較多,但是這往往與火災發生后需要噴灑救火的實際情況有很大差別。在大多數情況下,火災發生時,一般是由火源點呈輻射狀向四周擴散蔓延,此時只有火災區上方的噴頭才會開啟噴水。雖然上述計算中總的水量已經滿足規范的要求,但是火勢的蔓延不完全與計算噴頭開啟相吻合。
　　（2）面積計算法，即首選確定最不利位置作用面積,并假定該面積為正方形或長方形，當采用長方形時,其長邊平行于配水支管,其尺寸等于或大于工作面積值平方根的1。2倍（只有在工作面積內的噴頭,才計算噴水量）。而且各噴頭的噴水量相等,依此計算各管段的流量和阻力損失直至工作面積最末一個噴頭為止,以后管段的流量不再增加,僅計算管道阻力損失。《自動噴水滅火系統設計規范》對這個計算做了肯定,因為這個計算方法較為經濟、可靠。
　　4.2.2關于自動噴水滅火系統管道單位長度的
　　水頭損失計算采用下式:
　　
　　式中,i為管道單位長度水頭損失（米水柱/米）;v為管道內的平均水流速度（m/s）;dj為管道計算內徑（m）。
　　4.2.3關于管道局部水頭損失計算問題計算方式一般有兩種:（1）按公式計算;(2)估算。《自動噴水滅火系統設計規范》采用估算法,即
　　局部水頭損失按當量管道長度計算或按管道沿途水頭損失值的20%計算•
　　5排水系統
　　5.1生活廢水排水系統
　　衛生間洗浴排水、洗臉盆排水采用設置專用通氣管的雙立管排水,底層排水單獨排出，在室外采用鋼筋混凝土管集中后進入中水處理系統。
　　5.2生活污水排水系統
　　廚房采用僅設伸頂通氣管的單立管排水,衛生間其余排水采用設置專用通氣管的雙立管排水,底層排水單獨排出,在室外經管道集中后進化糞池處理后排入市政管道污水系統。
　　5.3雨水排水系統
　　采用內排水系統,由屋頂雨水斗集水后經由室內雨水立管排至市政雨水管道。本工程排水實現了污、廢水分流,中水再用,設置專用通氣立管,可避免污水管道內的臭氣、有害氣體等逸入室內。
　　[1]高層民用建筑設計防火規范[S].GB50045-2005
　　[2]建筑給水排水設計規范[S].GB50015-2003.
　　[3]自動噴水滅火系統設計規范[S].GB50084-2001
　　[4]陳耀宗,姜文源,胡鶴均,等.建筑給水排水設計手冊[M]
　　北京:中國建筑工業出版社,2004.
　　[5]王增長,曾雪華.建筑給水排水工程[M].北京:中國建筑工業出版社,2003.