高层住宅建筑给排水环保节能设计要点——以某工程为例

林金堤

漳州市城市规划设计研究院（363000）

高层住宅建筑给排水环保节能设计要点
——以某工程为例

林金堤

漳州市城市规划设计研究院（363000）

我国是一个人口众多，人均资源极其有限的国家。因此环保节能问题，已经成为了各行业可持续发展的关键性问题。住宅建筑作为建设部指定要求采用环保节能技术的建筑物之一，正确认识住宅建筑给水排水设计中的环保节能问题，寻求环保节能的优良措施显得越来越重要。这里以某住宅小区为例对住宅建筑给水排水的环保节能措施提出了一些看法，与大家共同探讨。

高层建筑；给排水环保节能；设计

1 工程概况

该项目位于漳州某地区,建筑总高度约85.15 m,地下室1层，地上共28层，1层为商业服务网点，2层及以上为住宅，共有8栋28层住宅，一栋14层住宅，一栋幼儿园。在该项目的给排水设计应用中，分别为:给水系统、排水系统和消防系统。排水系统由生活污废水排水系统和雨水排水系统组成；消防系统分为消火栓系统、自动喷水灭火系统、气体灭火系统和灭火器系统。该工程的地下1层和1层商业服务网点设置自动喷水灭火系统，配电室及发电机房设置气体灭火系统。

2 生活给水系统设计

1）合理确定用水量的定额。该项目有套房970套，每套按3.5人算，店面4 100 m2，住宅每人每天150 L（按《民用建筑节水设计标准》GB 50555-2010取值），店面每平方6 L，该小区最高日用水量Qd= 540 m3，最高时用水量Qh=56.0 m3。

2）充分利用市政管网压力，采用分区给水方式并合理确定分区的个数。由于市政给水管网水压0.25 MPa，只能满足地下室至四层的水压要求,根据《建筑给水排水设计规范》（2009年版），居住建筑入户管给水压力不应大于0.35 MPa；《民用建筑节水设计标准》GB 50555-2010，分区内低层部分应设减压设施保证各用水点处供水压力不大于0.20 MPa，所以采取分区供水的方式对建筑供水。与其他供水方式相比，分区供水既减少能耗，降低压力浪费，又避免大量设备的使用，同时避免个别区域噪声污染。在高层建筑给水系统竖向分区当中，应遵循节能、节水、经济的原则，参考其他已竣工的优秀工程实例，并设计多个方案比较，使选取的分区供水方式节省能源、经济环保。又根据漳州市自来水厂的要求每个分区不超过6层，通过诸方案的比较，将该建筑生活给水设计为5个区，供水方式均为下行上给式。为充分利用市政压力，地下一层车库至地上4层由市政管网直接供给;5层以上分为4个区，5～10层为加压1区，11～16层为加压2区，17～22层为加压3区；23～28层为加压4区。将需要加压的4个区的竖向供水方式制定了两种方案，即高位水箱结合减压阀供水方式和无水箱并列供水方式。最低区供水压力在市政提供的压力范围之内，由于商业用水的机动性，该区完全符合用水要求，无需泵等相关设备，合理利用资源，减少电力等能源的浪费。

方案1:由于该建筑为普通高层建筑，为合理利用空间，不设避难层，无法在各区设置水箱独立供水，只能在顶层设立高位水箱，向下供水。水泵房设置2台大功率水泵，1用1备，为高位水箱供水。根据规范，各分区最低卫生器具配水点处的静水压不宜大于0.45 MPa,特殊情况下不宜大于0.55 MPa,所以应在各分区设立总减压阀，并通过计算，在各区压力超过规定的入户端设分户减压阀。假设每个分区的流量都是Q，加压1、2、3、4区的扬程分别为2 H、3 H、4 H、5 H，因为该方案所有的用水量都是先加压到水箱，所以扬程均为5 H，水泵总能耗为5H× 4Q=20H×Q。方案1系统如图1所示。

方案2:按照分区高低不同分别设置并列4组给水立管,每个分区由2台变频水泵直接独立供水,无需水箱储水或减压，给水立管均设在管道井内,根据规范计算各分区入户端水压，在超压处设分户减压阀,同方案1。水泵总能耗为5H×Q+4H×Q+3H×Q+2H×Q=14H×Q。方案2系统如图1所示。

图1 方案1、方案2系统图

方案1与方案2的对比如表1所示。从建筑安全和节能节水角度分析，方案2更适合高层建筑给水系统分区。

3）使用节水器材、器具，禁用淘汰产品，减少用水量及加压能耗。阀门及管道容易泄漏，所以阀门选择正规厂家的合格产品，给水干管及立管采用内衬塑料钢塑复合管,支管采用PPR给水塑料管,能减少漏水的可能，延长使用寿命，同时减少阻力损耗及热损耗，达到节能节水的目的。

阀门是建筑给排水中最常用的配件之一，其类型和质量的好坏影响用水质量。一般截止阀比闸阀关的严，闸阀比蝶阀关得严。当同等条件时，我们就应当选用更能够节水的低阻力阀门和倒流防止器。

使用小容积水箱大便器。为减少冲洗水量，使用冲水量6 L水箱节水型大便器。厨房洗涤盆、沐浴水嘴和盥洗室的面盆龙头采用充气水嘴。

4）给水用水量计量，是节水的重要措施之一。采用一户一表。水表的使用期限，DN15～DN20不超过6年，DN25～DN50不超过4年。住宅每户设分户水表计量，其他需要独立计量的管道系统（如道路浇洒用水、汽车冲洗用水、地面冲洗用水等）单设水表计量。

3 排水系统设计

3.1 高层排水系统特点

高层建筑既要求将污水安全地排出室外，还要尽量减小管道内的气压波动，防止管道系统水封破坏，避免排水管道中的有害气体进入室内。高层建筑内排水均属于生活污废水排放，污物变化比较稳定。为了节约能量，地上部分可以采用重力排水，地下集水坑采用压力排水，在和设备方面较合理。但是重力排水也会产生一系列影响住户生活的后果:水封一旦被破坏，管道中难闻气味会从卫生器具进入住户，污染居室空气，产生恶劣影响;高层排水进入立管，水跃高度大，使底层管道受压大且集中，对管道质量产生严重腐蚀和冲击，底层用户也会受到噪声的影响;卫生器具大量使用，一次集中排水较频繁，排水瞬时流量较大，在管道横向转弯处容易产生堆积堵塞，一旦处理不当，对整个高层排水系统和人们的正常生活将产生不利影响。为了防止以上情况的发生,该项目根据《建筑给水排水设计规范》（2009年版）尽量做到:自卫生器具至排出管的管道最省，排水立管尽量靠近大便器，能迅速排出污废水，水力条件好，使管内气压稳定，防止管道系统水封被破坏和水塞形成；管道及设备的安装必须牢固，防止震后位移、漏水。

3.2 排水系统选择

表1 高层给水系统竖向分区两种方案对照表

该高层排水主要从污水、废水和雨水3个方面入手制定系统方案。由于建筑高度大，雨水比较集中，瞬时流量相对污水大，采用独立排水，阳台雨水单独设置排水立管，方便雨水快速排出，不发生长时间淤积，雨水立管采用HDPE塑料管。

对于污废水系统，制定了两种方案:方案1，污废分流排水系统，卫生间设一根排水立管和一根专用通气立管（同一户两个卫生间靠在一起的可采用同一根专用通气立管），厨房设一根排水立管;方案2，污废合流排水系统，卫生间设一根排水立管，采用特殊单立管排水系统，厨房设一根排水立管。

方案1的特点:1）单管排水又排气。高层建筑不需要排气立管，单管实现排气和排水。通过管件内部叶片形成螺旋水流下水，水流贴管壁旋转减速排出，同时形成中空排气。2）节约空间。由于省去了排气管，系统只占一个排水管空间。同时，该系统的噪音很低。3）安装维修更简捷。单管系统安装和维修都更方便简捷,又节省了安装人工和费用成本。安装时就可以逐层检测，不存在双管系统安装中排水和排气管道配合的问题，每套系统每层只需要打一个安装孔,并且可以通过压力检测口接头逐层安装、逐层检查，保证系统安装质量。

方案2的特点:1）有丰富的经验和实际的使用效果，无论是施工还是设计都比较成熟。2）运行比较稳定，噪声低。3）造价与特殊单立管比较低。

图2 方案1、方案2排水系统

通过比较两种方案的优缺点，后来与甲方协商确定使用方案2，并使用了噪声比较小的内螺旋消音塑料排水管。

4 消防系统设计

4.1 基本参数

该项目属于一类高层民用建筑（普通住宅），建筑高度超过50 m，根据《高层民用建筑设计防火规范》,室外消防用水量20 L/s,室内消防用水量20 L/s,火灾延续时间为2 h，屋顶消防水箱为20 m3，自动喷水灭火系统地下室按照中危险II级，地上部分按照中危险I级，采用湿式枝状供水系统，喷水强度为地下室8.0 L/min·m2，地上部分6.0 L/min·m2，作用面积为160 m2，持续时间为1 h。

4.2 消防系统

高层建筑火灾类型和危险等级比普通多层建筑复杂。建筑高度越大，风速越大，一旦发生火灾，火势猛烈，向高处蔓延迅速。高层建筑内有大量可燃性物品，燃烧产生浓烟和热量，不断向上发展，使发生火灾层以上的住户来不及疏散。火灾可能影响到通讯，使上下楼层住户与外界通讯阻断，即使收到火灾消息，也会因火势猛烈或通道集中，在消防系统不完善的情况下,造成大量人身和财产损失。在高层建筑各系统中,消防系统是重要的组成部分，消防系统的选择是重中之重。

4.2.1 自动喷水灭火系统和灭火器系统

高层消防系统分为消火栓系统、自动喷水灭火系统和灭火器系统。该高层建筑内，自动喷水灭火系统布设在地下车库、一层的商业服务网点,报警阀设置在该建筑地下一层报警阀室。电信营业厅设置水流指示器、信号阀及末端试水装置。湿式报警阀以前的管网应布置成环状，以后的管网布置成枝状。住宅的电梯前室设置简易喷淋，接自消火栓立管。整套系统与电气专业合理配合，在有效地反应火情并自动报警和喷射足够水量的前提下，尽最大程度节约电能等能源。喷淋系统变化比较单一，通过计算即可合理布置管线和分配消防给水流量，尽量节省钢管，在此不做详细介绍。

4.2.2 消火栓系统的选择

消火栓系统包含大量相关设施和配件，需要在保证配水合理的基础上合理配置消防管道，选择更优分区系统，有效地节材节能节水，达到事半功倍的效果。根据《高层民用建筑防火规范》GB 50045-95(2005年版),消火栓栓口的静水压力不应大于1.00 MPa，当大于1.00 MPa时，应采取分区给水系统。消火栓栓口的出水压力大于0.50 MPa时，应采取减压措施。该项目共有8栋28层住宅，一栋16层住宅，28层的建筑总高度约85.15 m,在加上最高层的消火栓静压不小于7 m,地下室高度5 m,所以:85.15 m-3 m（层高）+1.1 m（消火栓口高度）+7 m+5 m+2 m（消防水箱高度）=95.25 m，消火栓系统可以不分区，但是后因建筑的限高问题，消防水箱只能设置在屋面上,满足不了最高层的消火栓静压不小于7 m的要求,在消防水箱出水口设置增压稳压设备，导致底层消火栓栓口的静水压力大于1.00 MPa。消火栓系统共分两个区,考虑其中有栋14层的建筑，14层及以下为低区，15层及以上为高区。进水管与地下室环状管网连接，并在室内形成环状。目前，工程上高低两区消防给水方案基本有两种:方案1，两个分区各设一套消火栓加压泵(并列型)；方案2，每个分区各设一套消火栓加压泵(串联型)。方案1、方案2消火栓供水系统如图3所示。方案1消火栓供水系统从消防安全与节能等方面比较两种方案，方案1每个分区相互独立，极大提高了消防安全性。方案2的水泵扬程低，功率小,可以减少电力等能源的消耗，管线较方案1短，使用一般管线就可以满足压力要求，最大限度地节省了建材。但是串联方式将两个分区供水系统相联系，一旦某个分区供水系统出现问题，另一个分区不能正常供水，可能会造成严重的后果。该项目高层建筑不设避难层，为了建筑空间有效利用，无法在中间层设高位水箱和水泵间，不能满足方案2的配置条件。在高层建筑消防系统应用中，方案1以供水安全性好，管理方便等特点受到推广。在满足供水安全的前提下，可以从消火栓的合理布置、优化管线敷设等方面考虑节能等问题。该高层建筑选择方案1(并列型)作为消火栓系统供水方式。

图3 消火栓供水系统

5 结论

1）高层建筑生活给水系统建议采用不设水箱并列供水方式，排水系统建议采用污废水合流排水方式，消火栓系统建议采用并列型供水方式。

2）作为建筑给排水设计人员在保证建筑物基本使用功能的设计当中应同时贯彻“建筑节能、节地、节水、和环保”的方针，应在技术合理、经济可行的条件下，积极采用节能技术，处理好节能与经济性之间的关系。