高层建筑给排水系统设计施工要点分析

2022-09-01宋新梅

建材发展导向 2022年16期

宋新梅

(新疆建设职业技术学院，新疆乌鲁木齐 830000)

1 工程概况

本研究提到的工程位于南方某城市，总建筑面积12654m，容积率4.5，绿地率35%，为高层建筑项目，主要包括主塔楼建筑、裙房建筑等，塔楼为38层办公楼，建筑高度153.5m；裙楼为6层办公楼，建筑高度43.75m，办公人数3000人左右；地下室共三层，主要用于地下车库及设备用房；地下建筑深度13.8m。本项目地场属II类，地震防烈度7度；无断裂构造痕迹及其它不良地质现象。本项目周边已设市政道路，且已按雨、污分流铺设排水管道，本项目雨、污就近接入市政排水管网，项目周边无再生水等非传统水源管网。本项目周边无中水管网，采用中水回用系统只能利用废水，该项目属于公共建筑，废水用水量较低，中水水源稳定性差，回收污废水时可能会出现水质不达标的问题，且对污水处理工艺要求较高。本工程地处南方某城市，雨水资源相对比较丰富，故本项目设计采用雨水回用系统。

2 生活给水系统设计

2.1 水量计算

本项目水源来源于市政自来水，市政给水管引入一条DN200给水管，市政管网供水压力为0.3Mpa；本项目主要生活用水包括办公用水、空调补水、游泳池补水、游泳池淋浴水、食堂用水、车库冲洗、绿化用水等等。经过计算可知，本项目中办公用水定额为每人每天每小时60L，用水时间10h，最大时用水量为36m/h，每天办公用水量为180m；空调补水每天每小时30m，用水时间10h，最大时用水量为每小时30m，每日空调补水用量为300m；游泳池补给水每天用水定额为120m，最大时用水时为每小时12m；游泳池淋浴每人每天每小时60L，用水时间10h，最大用水量为每小时6m；食堂定额为每人每天每小时15L，最大时用水量为每小时10m，每日用水量为30m；车库冲洗、绿化等每日用水量为34.5m，最大时用水量为11.5m/h；不可预见系数1.10，最大时用水时取10.5m/h，每日用水量为70m。本项目最大时用水量合计为每小时116m，最高日用水量为765m。

2.2 分区及供水方式

本项目中接入的市政供水管网压力为0.3Mpa，不过市政给水管道还有待完善，管网末端压力不稳定的情况时有发生，因此针对地上一至三层用户采用加压供水的方法，负三层及负一层采用直接供水的方法，以保证供水质量。根据建筑的实际情况对给水系统进行分区，工分为直接供水区、低区、中区、高区等个区，其中地下-3层至-1层为直接供水区，1～7层为低区，8～22层为中区，其中8～14层经减压供水，23～38为高区，针对供水压力大于0.45Mpa的区域设置减压阀进行减压，控制每个出水点水压不超过0.45Mpa。每区设置一套变频供水设备，根据管网水力计算泵房供水设备泵型，采用变频给水设备作为生活用水加压设备，保证水泵运行的高效性。给水管材采用内壁光滑、阻力小的材料，可适当扩大管径，减少管道阻力损失，提高水泵扬程。负三层设置独立的、与结构底板完全脱开的生活贮水池，为保证生活用水的卫生要求，在贮水池内设置二氧化氯消毒设备；采用变频调速泵设备无需设置天面生活水池，避免二次污染。生活给水系统室外埋地管道管材公称直径100以上的不锈钢管，并采用卡箍连接；原则上管材以公称直径小于50时给水管道上的阀门采用截止阀，大于50时采用闸阀或蝶阀，不过本项目中管段上需双向水流时需采用闸阀或蝶阀，各种排空泄水阀也采用闸阀或蝶阀，如管道安装空间小则选择蝶阀。

2.3 供水方式选择

一般情况下高层建筑的供水方式包括以下几种。

1）高水位水箱供水，高水位水箱供水系统分为并联供水、通讯供水、减压水箱供水及减压阀供水，无论哪种供水系统水箱供水都包括泵、水箱两个部分。高水位水箱供水系统的优势在于水压稳定，启动时间短，工作效率高，设备及运行成本更低，供水质量更稳定。不过高水位水箱供水系统也存在不足，比如水位高水箱大，增加了基础设施的投资成本，且水质易被污染，水箱进水后易出现振动与噪音。本项目中设置大量的通讯设备，设备层面积紧张，塔楼设置有机房、卫星天线、通信设备机房等区域，高水位水箱需要一定的占地面积，因此本项目不适用。

2）气压罐供水，气压罐供水系统包括密封罐与离心泵两大部分，其中密封罐多为钢质，供水时水槽内空气压缩可起到调节水量的作用，水槽内按一定几何高度输送水压，软启动顺序启动，可实现无塔供水。气压罐供水系统的主要优势在于水箱无需设置压力，大大降低了水箱负荷，保证供水质量，且基本投资相对较低，通常应用于集中式、自动化管理。不过气压罐给排水也存一定不足，包括水量小，而气压罐采用压力波动运行，运行效率受到影响；供水压力稳定性差，易导致供排水质量不稳定；此外，气压罐储气罐中的有效容积相对较少，无法保证其供水可靠性。由上文可知，本项目最大时用水量达到121m/h，日用水量达到每天780m，供水规模相对较大，因此也不适用气压供水。

3）变频调速供水系统，变频泵是指改变频率及压力控制电机的转速，对供水系统的水压、流量进行调节，管网实际水压低于设定水压时，变频调速器会按照顺序循环软启动对应的水泵，保证水压恒定；反之管网水压高于设定水压时变频调速器反顺序切掉对应水泵电机，根据实际用水量变化调节电机转速，保证供水质量的稳定性、可靠性，且能够延长运行时间，使用方便。虽然变频泵无水箱供水系统成本相对较高，且环境温度、湿度、粉尘等会影响到变频器的工作环境，外部电池也会影响变频器的工作性能，但是其供水压力稳定，有效节能，多台泵组循环软启动可减少冲击，消除水锤，无需高位水箱、水塔等，避免二次污染；可编程控制、全自动运行，操作维护更加便捷，结构紧凑、占地小、投资少，因此本项目中采用变频调速供水方式。

4）减压分区供水系统，减压分区供水系统中，每个水箱安装于不同的区域，采用减压阀或者减压罐降低各区域的水压，将水直接输送至上部水箱。上层储罐供应至下层储罐，上下两层储罐之间安装减压阀，供水至下层储罐时直接进入下一管道供水系统即可。在本项目中结合实际情况采用分区供水系统与变频调速供水相结合的方式。

2.4 直饮水管道系统

项目设置直饮水系统，直饮水处理机房设置于地下三层，自来水注入原水箱后，经过机械过滤器，再经过活性炭进行二次过滤，经过软化器进行软化，经过盐桶、保安过滤器后再进入反渗透环节，完成反渗透后进入中间水箱、中间水泵，再次进行反渗透后进行三次精滤，精滤完成后进行消毒，最后进行纯水箱，由水泵传输至用户。主楼、裙楼均设置直饮水点，采用变频供水、立管全循环方式，不另设循环泵也可保证工作时间内四个区域均能够有一台水泵保持正常运行，为保证直饮水的卫生、健康，直饮水管道选择不锈钢管。由于本项目直饮水处理机房位于负三层，因此各分区最低饮水嘴处静水压力要控制在0.4Mpa以下，如某些区域静水压力过大，需设置可调式减压阀，保证供水点的压力稳定。

3 生活排水系统设计

3.1 生活排水系统基本要求

本项目层数高、功能多样，排水量相对较大，排水系统采用雨、污分流，室内排水采用废、污分流，粪便污水经过化粪池处理后排入市政管网，负1～3层卫生间采用真空排水系统，地上部分卫生间采用同层排水系统，卫生间立管与污水立管共用通气立管。生活排水系统的主要组成部分包括地下、地下大部分，其中地下部分包括地下室卫生间、地下机房、消防电梯坑、地下车库地面等，地上部分包括地上建筑卫生间、空调机房、管井、卫生间废水、餐饮厨房废水等等，其中地下卫生间、地漏、洗脸盆排水排至集水井，粪便污水采用真空排水系统；地下机房、消防电梯坑、地下车库地面污水汇集至附近集水坑，再经潜污泵提升至市政污水管道。地上卫生间粪便污水排放至室外化粪池，空调机房、管井、卫生间面盆、地漏等污水排放至室外房水管网；餐饮厨房废水排放至独立管道内，经气浮隔油隔渣后由隔油池排放至市政污水管网。

3.2 地下层排水系统

地下层排水系统向室外排水管网排放污水时主要利用提升系统来实现，常用的污水提升系统包括两种。

一种是传统的排水系统，即通过一般的重力排水汇集至集水井，集水井水位达到一定高度时排污系统会将其提升至室外排水管网。排污泵放置于集水井内为湿式提升系统，排污泵与集水井分离为干式提升系统，干式系统的占地面积更大，但排污泵发生故障、集水井出现堵塞等问题时，维修更加方便；湿式系统战地面积小，节省了使用空间，但如果排污泵发生故障需要将水泵抽出检修，因此后续维修难度较大。在我国大部分建筑采用的都是传统排水系统，其技术成熟、设计运行方便，不过传统排水系统集水井处于开放状态，污水异味溢出易污染环境，影响居民的生活居住体验。

另一种则是真空排水系统，与传统排水系统相比，真空排水系统完全密封，不存在污水异味及溢出的问题，对环境的影响更小；传统排水系统利用重力流排放，管道设置只能下降坡度，卫生间要做沉箱，每个卫生间都要设置集水井，而真空排水系统敷设管道时无坡度要求，施工更灵活，管道管径小、埋深浅，施工更便利。且真空排水采用先进的电子检测系统，一旦发生故障系统可自动隔离故障部分，不会影响系统其它模块正常运行；此外，传统排水系统采用普通坐便器，每次冲水用水量达6L，而真空坐便器仅需1L水量即可，因此真空排水系统性能远远优于传统排水系统。真空排水系统包括真空泵站、真空坐便器、控制装置、序批处理装置等等，其排水流程如下图1所示。

图1 真空排水系统流程

系统中真空泵站包括真空泵、真空收集器、排水泵三个部分，系统通过真空泵维持管道内气压差，卫生间污水由真空管传输至真空收集器，当真空收集器中水位达到系统设置界线后，排水泵启动提升污水，将其排放至市政污水管网。真空坐便器是与真空排水系统配套的卫生器具，其内置气动真空控制阀，可保证卫生器具处于真空状态。真空系统中的控制装置通过液位传感器对真空阀进行自动控制，其与排水卫生器具连接，真空阀闭合时污水存储于小集水槽，开启真空阀后气压差会将污水吸到真空收集器中。真空阀的开闭由序批处理装置控制，真空管中的污水达到一定水位时，液位传感器向序批处理装置传达指令，真空阀开启，避免真空管内积水过多。相比传统排水系统，真空排水最大的不足在于其成本相对较高，本项目属于一类建筑，建设单位在分析系统成本与实用性后同意污水提升采用真空排水系统。实际应用中大便器采用普通排水器具，每个大便器设置一个真空污水提升器；洗手盆采用真空废水提升器收集其排放的污水，保证废水与污水进入真空系统前严格分开，避免便器管路向废水管路传导异味而影响环境。

3.3 地上层卫生间排水系统

地上层卫生间排水有两种方式，一种是隔层排水，即排水横管贯穿该层楼板伸到下层用户的天花板上，再接入排水立管，其对结构要求比较简单，隔层排水所用的洁具种类较多，排水管坡度大可以减少管道堵塞的问题等。不过隔层排水需穿越楼板敷设排水支管，楼板预留孔会限制卫生器具的布置，排水时噪音大，一旦发生渗漏会干扰下层用户等。另外一种是同层排水，即排水横管敷设于本楼层，只有排水立管穿越楼板，同层排水又包括沉箱式同层排水与隐蔽式同层排水两种，其中沉箱式同层排水是指将降低卫生间楼板，卫生器具排水横支管敷设于下降的楼板上，再与排水立管连接，这种排水方式可最大程度上减少水管渗漏的问题，且排水时噪音小，不会干扰下层用户，可自由布置卫生器具及管道，不过对卫生间沉箱位置防水处理要求较高，建筑结构必须配合同层排水支管，结构降低的高度会对卫生洁具的布置产生一定的限制，且排水管道是固定的，后期维修存在一定难度。隐蔽式同层的排水是将排水横管敷设于本层假墙内，卫生器具为挂壁式，不仅可以节省地面空间，且能够消除卫生死角，墙前安装便于二次装修，假墙还能隔间；水箱设计独特，管道内壁光滑，节水效果好，布局灵活、个性化，管道走向可调整。不过作为一种新型的排水方式，其器具、管材都采用了新型技术，成本相对较高，且对施工技术要求较高。本项目属于一类建筑，选择沉箱式同层排水技术，保证排水通畅，减少渗漏，相对于隐蔽式同层排水技术而言，其技术成熟、风险较小。

4 消防给排水系统设计

本项目所处位置自来水供应充足，室外消火栓利用建筑周边给水管网即可，间隔100m左右设置一个室外消火栓。室内采用并联分区直接加压消火栓给水系统，消火栓设计流量在40L/h，火灾延续时间3h，水枪口径19，充实水柱13m以上，立管顶部连通，水泵至水平环管设两条输水管，保证建筑任何一点均能够同时到达两股水柱，各消防栓箱配置水枪、25m龙带、碎玻按钮、警铃、指示灯、消防软管转盘等基础设施。由于该建筑高度大于100m，为避免压力过高，采用并联分区的方式进行供水，其中-3～7层为低区，8～22层为中区，23～38层为高区，各区水压均采用减压稳压消火栓，避免水压大于0.5MPa。消防电梯井、消防水泵房设置消防排水设施，集水井容积设计2.5m，潜水泵排水能力为每秒10L。