浅谈高层建筑给水节水技术

郭幸丽++孙超

摘 要：高层建筑已越来越成为现代建筑的主流，但其给水系统若采用同一管线，则垂直方向由于管线过长导致下层管道静水压力过大，造成不必要的水资源浪费和严重的管件损失。该文通过分析造成高层建筑水资源浪费的原因和危害，利用消防用水的孔板减压理论，结合实例，得出高层建筑孔板减压的可行性。

关键词：高层建筑 节水 孔板减压

中图分类号：TU99 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）10（b）-0038-01

随着人们生活水平的提高，生活用水量也逐年增加，同时，在城市建设中，为节约土地资源，高层建筑越来越成为现代建筑的主流，而高层建筑若采用同一给水系统供水，就会存在垂直方向管线长，底层管道静水压力大的问题，必然会使得启闭龙头、阀门产生水锤，引发噪声，同时高压下还会损坏管道和附件，导致漏水；且由于入户出水设备前水压过大，流速过快，使得同时间段出水流量增大，不仅造成水资源的“隐形”浪费，还会影响高层供水的安全性。

1 高层建筑给水形式及优缺点

为改善高层建筑同一给水系统供水，下层管道静水压力过大的弊病，高层建筑给水系统应采取竖向分区供水，其基本形式及优缺点如表1[1]。

由表1可知，高层建筑给水系统采用竖向分区虽然从一定程度上解决了底层静水压力过大的弊病，但仍然存在供水不够安全，水箱容积大等问题。消防系统自动喷水灭火系统分支多，每个喷头位置不同，喷头出口压力也不同，为了使各分支管段水压均衡，采用了减压孔板等方法消除多余水压[2]，因此根据孔板减压的原理，将其应用在高层建筑给水系统中来解决底层管道静水压力过大的问题。

2 孔板的减压原理

由水力学知识可知，流动液体产生水头损失必须具备两个条件：（1）液体具有粘滞性；（2）由于固体边界的影响，液流内部质点间产生相对运动。水是具有粘滞性的，图1为水流通过孔板时的流线分布。

A—A断面处，流体未受到孔板的影响，流束与管道中心平行，遇到孔板后流束开始收缩，收缩到B—B处达到最小断面为止，由于受边界条件的制约，边缘流体向中心加速，导致流束断面减小，流体速度随之增加，压强也相应降低，到B—B断面处，断面最小，流速最大，压强最低，此后，流束断面又逐渐扩张至与管道中心平行，平行后压强也升至最大值；在此整个过程中流体在孔板前后形成漩涡，产生水头损失，而由于水流的粘滞作用，漩涡经过孔板后一段距离便逐渐消失。综上所述，水流通过孔板前后形成漩涡，它们的形成、运动和分裂过程中摩擦力做功，产生较大的能量损失，这便是孔板减压原理[3]。

π定理：假设有一物理过程函数式中包括有N个物理量，其中K个量具有基本量纲，则此函数式可以用N—K个无量纲所组成的函数式来表示[4]。

利用π定理量纲分析理论推导出孔板水头损失计算公式为

其中V为水管中流速，D为水管管径，v为水流通过孔板时流速，d为孔板孔径，为液体密度，为动力粘滞系数，为孔板切角，为雷诺数。

通过上式我们可以看出，对水介质而言，在一定温度下，孔板阻力系数是个关于D，d，Re的复杂函数。当流量、孔径D和孔板孔径d一定时，便可测定水流通过孔板的水头损失[4]。

3 减压孔板的应用

上海交通大学用自制5 mm微孔减压钢板，用于浴室出水管线减压，使同量的水用于洗澡的时间由4 h增加为7 h，节水率可达43%，节水效果明显[5]。天津大学用自制不同孔径的减压孔板，用于天津大学土建馆和教师新元村宿舍的水管减压。采取减压措施后，出流量大幅降低，节水效率可达21%～55%，同时筛选出适合安装孔板的用水点，条件为（1）孔板前压力对应的流量超过0.240 L/s；（2）孔板后压力对应的流量不低于0.182 L/s；（3）孔板后工作压力高于 0.0587 Mpa[6]。

4 结语

在高层建筑当中底层管道压力过大造成“隐形”水资源浪费不容忽视，在给水系统设计中应合理设置给水压力，根据水质和管径大小选择合适的给水方式及减压装置，孔板减压以其系统简单，投资较少，管理方便的优势应广泛试用到高层建筑给水系统中，从而有效解决超压出流现象，节约水资源。

参考文献

[1] 王增长.建筑给水排水工程[M].北京：中国建筑工业出版社，2005.

[2] 李大美，杨小亭.水力学[M].武汉：武汉大学出版社，2004.

[3] 余海静，李天鸣.超高层建筑给水系统的供水方式及设计参数选择探讨[J].中国给水排水，2013（8）：66-70.

[4] 吴常军.孔板的减压原理及孔径计算的探讨[J].安徽建筑，2001（2）：103-104.

[5] 付婉霞，刘剑琼，王玉明.建筑给水系统超压出流现状及防治对策[J].建筑给排水，2002，28（10）：48-51.

[6] 关跃华.高层建筑供水系统节水节能技术研究[D].天津，天津大学，2007.endprint