船厂建筑用水规律分析

侯金霞

(上海三高计算机中心股份有限公司，上海200082)

目前，国内大部分船厂还未形成有效的用水节水体系，若能在一定范围内总结出船厂用水的特点和规律，不但对建筑的节水潜力和节水技术的研究提出更加明确的思路，也对同种类供水系统的设计具有重要的参考价值；另一方面，用水量变化规律能够帮助设计人员更加合理地选择供水方案和水泵，也为用水定额的修订提供一定的参考[1-4]。因此，对有条件的建筑尤其是较大用水量单位状况进行连续监测，并在此基础上研究用水特点和规律就非常必要。

1 案例背景介绍

南方某船厂用水设计采用民用建筑标准规范《建筑给水排水设计标准》(GB 50015—2019)。通过多次调研和考察，设计时为多路供水，实际使用时用水压力足够且为了能比较好地计量用水，各单体建筑关闭其他进水管路，采用一路进水，为全面考察船厂内用水情况，对各车间以及辅楼选取较大用水量单位作为考察对象，将原机械表改装为具有本地存储功能的电磁水表。同时，为分析供水压力变化情况，增设了测压表，包括3路进水总表位置，重要车间、辅楼、以及管网末梢位置，布置见图1。共计安装远传水表14只、压力测试点17处，每1 min记录一次数据，具体情况见表1。

图1 测点布置

2 用水分析

船厂员工8:00上班，17:00下班，用晚餐、洗浴后离厂。船厂内有2处食堂，8:00前用水；整体用水量较大时间段为早上6:00至晚上20:00，夜间20:00至次日6:00主要为值班和门卫零星用水。2021年4月清明节假日期间有全厂停工而用水量最小、船出坞测试时大宗用水和日常工况用水等典型用水工况，故选择该月份数据进行分析。分析时间区间为4月1号至4月30号，含船坞加水过程(4月24号至4月29号)和清明节(4月3号至4月5号)放假时间段。4月24号至4月29号监测期间，船坞加水，单独对此区间做分析，具体数据见表1和图2。

表1 各单位用水情况分析

图2 总表日用水量

2.1 数据分析研究思路

根据实测数据，找出一天当中用水量变化的特点，直观了解船厂的用水变化规律。

对用水数据进行对比、分析，分别找出供水系统日用水规律、小时用水规律、瞬时流量，并根据发生的时段，对最大小时用水规律、最大瞬时流量、用水高峰、用水低谷的特点有更加准确的掌握，以便为供水方案的选择提供更好的数据支持。分析每周的用水量变化规律，探索周末因素对用水量的影响，并分析节假日对用水量的影响。

对同一区域内不同规模的用水规律进行对比，探求用水规模对用水规律的影响，特别是对最大小时用水规律、最大瞬时流量及小时变化系数的影响。

具体分析展示以总表、漏损水量和厕所用水为例，其中总表分析代表整体用水变化趋势，漏损水量包含漏失水量和其他损失水量情况，厕所为长流水，趋势和压力相关性最大，有节水潜力。

2.2 总表数据分析

调研不同建筑的用水类型并分析其用水量发现，用水量中生活用水占比较高，用水规律与工厂作息制度关联性较强，日间(上下班时段)耗量较高，夜间多为零星用水；企业日常生产用水以冲洗及设备冷却系统补水为主，周期性(数周)出现船只压载等大宗用水，水量波动性较大，峰值用量可达平时的数倍，此时用水主要受船坞用水影响，为此单独进行分析。从图2可见船坞用水的规律不明显，日常工况用水量比较均匀，船坞加载时影响用水量的主要因素为船坞加水。

实时流量曲线见图3、图4，可以看出船坞未进水时，船厂用水时间集中在早上6点至晚上20点，此时压力也较高，用水最大时为员工下班后的18：00—19：00，最大用水量为476 m3/h；最小用水量发生在4月1日22：30、4月13日2：13和4月20日22：29，为50 m3/h，为工作日的下班后夜间，印证了园区用水主要为生活用水，故平时总表用水量受工作作息影响较大。船坞进水时每日的用水规律不明显，主要受船坞进水影响，最大小时用水量发生在船坞船只压载而大量加水期间，流量为598 m3/h。

图3 船坞不进水时总表流量曲线

2.2.1日常工况分析

总表压力和流量变动曲线见图4、图5，船坞平时供水压力与作息较为一致，在上班前，提前增压至220 kPa，20:00—22:00后压力降至10 kPa或更低，以维持夜间安防零星用水。总表水量和各建筑用水量也随作息和压力波动。用水量从晚上20:00开始降低，而高压供水(220 kPa)有时持续到晚上22:00。建议对压力进行精准时间调控，在20:00后降低压力，进而节约能量并降低漏损。

图4 总表压力曲线

图5 总表流量曲线

2.2.2船只加载期间分析

4月23—29号监测期间，船坞船只加载需大宗用水，此时整体用水量达到最大，压力最高。在船坞进水时段，用水趋势主要受船坞用水影响，总表流量和总表压力之间没有明显的相关性。

2.3 各建筑用水规律

不同类型建筑用水规律具有一定的相似性，其基本特征为一天中出现早、晚两个用水高峰，用水高峰出现时间与各类型建筑的不同功能和其中人员的作息有很大的关系。根据获得的实时监测数据，对每个用水单元绘制了标准用水曲线，以便为船厂设计提供依据。以典型用水方式进行划分，分为一般建筑用水规律、有水箱建筑用水规律、工艺用水规律、恒定出流厕所用水规律及盥洗龙头用水测试分析。

2.3.1一般建筑用水规律

无水箱建筑的用水规律根据作息和工艺有明显波动，分为早高峰、晚高峰和夜间低峰。

2.3.2有水箱的建筑用水

有水箱的建筑，则根据水箱容量和用水的情况进行进水，水箱进满水后停止，随时进水，用水规律基本和作息有关，白天进水频繁，夜间进水较少，见图6。

图6 有水箱的建筑用水规律

2.3.3某工艺车间用水规律

以一车间为例，该用水车间无水箱，水量在2～4 m3/h，涂装车间东南用水高峰期为6:00—22:00，与工作作息一致。但是从图7可以看出，其用水曲线与压力曲线高度相似，无夜间用水需求，根据压力和流量曲线判断建筑内存在漏点。该厂区存在3个类似区域和9处恒定流用水单位，可以进行针对性查漏和用水器具改造，以达到节约用水的效果。

图7 流量和压力曲线

2.3.4厕所用水规律

区域内共9处厕所，位于地面一层，供水方式为管道出水至水箱，水箱无浮球阀，边进水边出水，即厕所用水为长流水，该类出水和压力相关性最大，类似漏失曲线。从图8可以看出，单个厕所用水量约35 m3/d，夜间低压期间出水量为10 m3，白天高压期间出水量为25 m3，9处厕所合计达315 m3/d。建议更换节水型厕所用具，可节约夜间100%的水量，白天按70%的水量计，每处厕所可节约27.5 m3/d左右，合计节约247.5 m3/d水量。

图8 厕所的流量-压力曲线

2.3.5盥洗龙头用水测试

现场使用盥洗龙头时，发现水龙头出水喷溅严重，将盥洗处水龙头打开进行用水测试，发现单只水龙头出水流量可达6.6 m3/h。根据《建筑给水排水设计规范》(GB 50015—2019)，住宅厨房洗涤盆龙头设计秒流为0.2 L/s[6]，即设计流量为0.72 m3/h。每个龙头按照使用时间1.5 h计，若更换为节水龙头则可节约8.8 m3/d。出水喷溅严重说明区域内供水服务水压富余，可以从源头适当降低供水压力，更好地节水降低漏损且节约供水能耗。

2.4 用水规律分析成果

通过分析对比厂区的办公楼建筑、船坞和配套建筑的日用水量、平均日用水量、最大小时流量和夜间小时流量，发现三者的用水规律存在明显的差异。根据工段和用水量将用水分为主体用水、配套用水和小水量用水。其中船坞、码头、空压站、东西搭载楼、涂装工厂、涂装车间行政楼为主体用水，列为A类。配套用水建筑为消防楼、医务室、船东楼、平面工厂，列为B类；另有部分小用水量，如9处厕所。高峰用水为6:00至20:00，非高峰用水为22:00至次日6:00。船坞大量进水期间，其余建筑用水变化不大，故单独列出船坞用水，考虑篇幅其余用水情况不再单独列出。

通过对不同类型建筑用水进行连续在线监测和分析，详细了解各类型建筑的用水实际情况。在分析过程中也发现，由于需要照顾到全国的情况，《建筑给水排水设计规范》(GB 50015—2019)中关于不同类型建筑用水定额等参数的设计都比较保守，而本厂区管道口径根据实际用水也可进行相应缩减，若需进行改造时，可参照建议口径。在满足用水需求的前提下，努力做到与实际用水情况相符合，减少不必要的保守余量，在一定程度上达到节水和节能的目的。

3 结论

① 针对用水规律所进行的研究填补了国内船厂用水量变化规律数据的欠缺，为船厂给水系统的设计与设备运行提供了科学依据。通过分析与对比厂区的一般建筑、含水箱的建筑、船坞及工艺车间的日用水量、平均日用水量、最大小时流量和夜间小流量，发现其用水规律存在明显的差异。一般建筑为生活用水，用水和作息一致，高峰用水为6:00至20:00，非高峰用水为22:00至次日6:00；含水箱的建筑用水基本和作息一致，但因为存在水箱的调节作用，稍有滞后；船坞大量进水期间，其为主要用水单位，基本为敞开供应；工艺车间和工作作息一致。

② 与以往研究城市居民宏观的平均用水变化规律不同，此次研究不但结合船厂的综合用水趋势，还对实际的建筑群体进行监测，缩小了研究对象的范围，研究结果具有更强的针对性、前瞻性、应用性和代表性。同时，对其它类型的建筑用水量变化规律的研究和供水系统的设计优化，提供了技术参考和经验借鉴。