高层建筑给水方案的选择与优化

滕 飞

（福山供水公司，山东 烟台 265500）

0 引言

在高层建筑建造的过程中，对给水方式进行科学设计非常重要，给水设计方案的优劣直接关乎给水工程的建造和整体的工程项目成本。在选择给水方式的过程中，应秉承经济、科学、安全的原则。在高层建筑进行给水系统优化设计的过程中，需要根据实际情况和该区域的用水特点，结合供水方案的经济成本，进行综合考虑，选择科学合理的优化设计方案。从而确保高层建筑的稳定供水，达到良好的节能减排效果。

对高层建筑来说，相关的设计单位在对其进行建造和设计的过程中，会根据当地管网的分布情况和高层建筑的高度采用不同类型的给水方式。不同的给水方案具有不同的优点，但也存在一定的局限性。基于此，本文对当前常用的高层建筑给水方案进行优化，以期对降低高层建筑用水能耗工作有参考价值。

1 高层建筑给水方式

1.1 应用高位水箱进行给水

高位水箱是位于高层建筑物顶部外侧的一种水箱，由水箱和水泵构成。其主要功能是蓄水、调节水压。通常，高位水箱的水是通过泵室内的离心泵来供给。

对高层建筑来说，使用高位水箱进行供水具有以下优势：（1）可以确保水箱内部始终有水，进一步提升供水效率和安全性；（2）可以起到稳定水压的作用；（3）减少水泵启动频次，整体的维护花费较少。但高位水箱也存在一定的局限性，如水质容易遭受污染、占用公共建筑面积等[1]。

1.2 应用气压罐进行给水

除了应用高位水箱进行供水之外，部分地区还会使用气压罐来进行给水。在供水的过程中，因可以充分利用气压罐内的空气压缩性来对水量进行调整，同时，当气压罐的气压达到一定数值后，可以有效减少供水过程中产生的能耗[2]。而其中的水泵机组则可以依靠软启动模式来实现无水塔供水。气压罐供水的优势主要有以下几方面：（1）供水过程中不需要水箱和水塔，可以有效降低荷载，适用于容易发生地震区域的高层建筑。（2）水质相对干净，不容易受到污染；（3）整体的建设成本较低，且管理方便。但是气压罐给水方式也存在一定局限性，常见的问题包括储水量较低以及工作效率较差等[3]。

1.3 应用变频泵无水箱进行给水

所谓的变频泵无水箱给水本质上是利用变频调速水泵的方式进行给水。变频调速水泵将单片机变频技术和水泵有机融合在一起，通过变频调速来对水泵频率进行调节，以此来有效调节水泵电机的转速，进而实现对水压和水量的有效控制。应用变频泵进行调节，可以不用建设高位水箱，省去相应的建设成本。该方法具有以下优势：（1）节能环保，在压力调节不变的情况下，可以根据用水量变化对水泵电机的速度进行调节，可以减少能源消耗。（2）可以实现自动化速度控制，大幅提升给水效率。但变频泵也存在一定缺陷，如价格相对昂贵，对工作场地的要求较高等[4]。

1.4 减压分区给水

减压分区给水方式主要利用减压法以及分布在各个区域的减压水箱进行减压。在给水的过程中，水泵直接将水源打入到分布在上层各个区域的水箱之中，然后由不同区域的水箱负责供水，这种利用分布在不同区域的水箱进行给水的方式可以有效降低供水压力，节约能耗。同时，也可以通过安装减压阀的方式来实现减压。在高层建筑中应用该给水方式，可以有效减少给水设备建设成本，且后期的维护和管理也比较简便。同时，增加减压阀进行减压，也可以减少对公共建筑面积的占用。但是该给水方法会导致低层区域的供水压力减少，增加下层区域的水泵能耗[5]。

2 我国高层建筑给水方式的选择

在高层建筑建造的过程中，给水方式的科学设计非常重要，给水设计方案的优劣直接关乎给水工程的建造和工程项目的整体成本。在选择给水方式的过程中，应秉承经济、科学、安全的原则。一般情况下，市政供水管网的压力普遍可以满足高层建筑地下室、附属建筑的用水需求。有些市政管网的供水压力甚至可以满足地上四到五层的供水压力[6]。在挑选合适的高层建筑给水方式的过程中，如果想要节约建设成本，可以应用以下模式：即能够采用市政管网压力供水的楼层，可以直接进行供水。针对不能满足供水压力的楼层，根据实际情况选择合适的给水方案。但是需要注意一点：在选择供水方案的过程中，应该充分考虑水压需求。例如，建筑高度不超过100m的高层建筑，底层区域可以直接应用市政管网水压进行给水，中层区域可以采取用设置增压阀的方式进行供水，高层区域可以通过设置高位水箱的方式进行给水。但建筑高度超过100m 的建筑，应该采用串联供水的方式，应用调速阀门进行供水。

3 高层建筑给水方案优化设计策略

在针对高层建筑给水方案展开设计的过程中，需要综合考虑多方面因素，不仅要考虑供水方案的经济成本，同时也要符合高层建筑的实际需求。不同的供水方案有其自身的优势和不足之处，需要综合考虑。

3.1 挑选合适的增压设备，提升供水稳定性

为了进一步提升高层建筑的供水稳定性，在规划给水方案的过程中，要挑选符合高层给水需求的增压设备。常见的增压设备为水泵，水泵作为给水工程的核心组成部分，可以稳定提升供水压力。在建筑物的给水工程中使用频率较高的水泵为离心式水泵，离心式水泵具有费用较低、体积小以及便于管理等优势，应用较为广泛。在高层建筑给水工程中，水泵能耗是主要能耗，检验水泵能耗是否处于正常范围内，可以根据以下几方面因素进行判断：（1）可以根据水泵的流量和杨程分析能耗；（2）可以分析水泵泵组的分配情况；（3）可以通过数据计算的方式分析水泵产生的能耗。在设计高层建筑的给水方案时，要根据水泵能耗挑选合适的水泵机组配置，以此来减少水泵无效做功，节约能耗。

例如可以通过应用恒速+变速水泵机组来进行给水。如果高层建筑采用水泵、无高位水箱的供水方式，此时应用常见的离心式水泵会导致水压不稳定，可以利用恒速水泵和变频调速水泵联合供水的方式。当高层建筑处于用水低峰期，此时变频水泵会暂停运转，恒速水泵开启运转，在恒速水泵的作用下，水泵的出水量和扬程稳定，可以稳定水量和水压。在高层建筑的用水高峰期，此时恒速水泵停止运转，变频水泵运行，可以充分满足用水高峰阶段的不同楼层的用水压力需求，可以有效提升供水效率。除此之外，在一些地质水文条件比较特殊的区域，如高海拔地区的高层建筑，由于自身的海拔较高，可以利用气压给水设备来提升供水效率，即利用气压罐给水的方式进行给水。

3.2 做好高层建筑给水工程水量的计算工作

为了更好地节约高层建筑给水工程的能耗，在对其给水系统进行设计之前，一定要做好高层建筑给水系统水量的计算工作。通过计算水量，不仅可以确定高层建筑的用水定额，还可以根据计算结果确定高层给水系统的管径数值和管路的水头损失。

在对高层建筑给水系统水量进行计算时，必须准确地确定供水定额和工程秒流量。用水定额就是用水对象在单位时间内的需水量，这是衡量建筑物供水系统用水量的一个重要指标，也是高层建筑设计时的一个重要参数。

在具体的设计中，要针对不同的用水量，对指标进行相应的调整。在确定高层建筑供水设计秒流量时，考虑到高层住宅供水存在高峰期、低峰期和稳定期三个阶段，因此，在计算时应充分考虑各时段的用水量，而不能单纯地将高峰期用水当作供水量。另外，要对供水系统进行水力计算。在具体的计算中，首先要列出相应的管道，并按照流量的大小来排序。

3.3 单独建设生活用水水箱和消防水箱

在高层建筑给水水箱的建设过程中，很多施工单位为了节约施工成本，往往会将生活用水水箱和高层建筑消防水箱进行合建。但是结合大量的案例调查分析可知，如果将生活水池和消防水池合建，会出现各类问题。为了确保供水稳定性和供水效率，合建的消防水池和生活水池占地面积往往较大，同时合建水池的水质也比较差。尤其是高层建筑的地下合建水池，不仅需要储存消防用水，同时也承担着生活用水储存的任务。这类合建水池的更新时间往往比较长，水中的消毒氯气数量不足，容易导致水中藻类以及微生物快速繁殖，水质非常差。如果想要确保居民的生活用水质量不受影响，往往要进行二次消毒，在一定程度上增加运行成本。同时，合建水池还影响到了消防泵的正常运行，根据我国消防部门的要求，高层建筑的电动消防水泵每个月都要进行试水运行，以此来检验消防泵是否能正常运转。但是对合建水池来说，试水运行过程中产生的水如果重新进入到水池中，必然会对水质产生严重影响，如果随意排放又会造成水资源的浪费。如果将试水水资源随意排放到室外的雨水井之中，可能会因为水压过高对雨水井产生破坏。即便对其采取减压措施，还可能会增加不安全因素。

除此之外，对合建的屋顶水箱进行消防试水的过程中，如果生活水箱和消防管道的止回阀出现质量问题，会导致消防管路中的残余剩水回流，导致生活用水质量下降。尤其是消防管路连接多处水箱的这类情况，会严重影响供水效率和供水稳定性。综合来看，对高层建筑来说，如果采用生活水池和消防水池合建，无论给水管路如何设计，均会导致水质污染。由此可见，相关的设计单位在设计的过程中，可以将生活水池和消防水池分开建设，这样才能不影响给水水质。同时，即便需要消防试水，也可以将试水排水回流到消防水池之中。在高层建筑建设的过程中，受到地形等因素的影响，导致地下室的形状是非常不规则的。而这类设备用房往往会布置在不影响地下车库停车的区域，采用分层建设的方式对生活水池和消防水池进行构建，仅仅需要划分出一块面积较小且上部条件稳定的区域即可。此外，在建设消防水池的过程中也可以将地下室的侧板以及底板作为水池的围护结构，虽然看似整体的造型复杂，但是结合整体的施工情况来看，却可以有效节约建设成本，可以大幅提升建设单位的经济效益。

3.4 针对小高层建筑，采用无负压给水方式

在一些高度不高的高层建筑中，建议应用无负压的给水方式进行给水。即依靠稳流补偿器、真空抑制器、水泵、控制柜、控制仪表、管道、阀门等组件构成的无负压设备进行给水。该设备可以通过负压处理和变频调速来实现对自来水管网水流速和水压的自动化调节，在提升供水稳定性的同时减少给水能耗损耗。在无负压给水设备中，稳流补偿器属于非常关键的组件之一，该设备不仅承担着自来水管网和水泵直接的封闭作用，同时也可以较好地和真空抑制器进行配合，实现对给水管网的无负压和全密闭稳定调节。而真空抑制器主要承担着水流信号、水量、水压等信号数据的反馈和处理工作，根据相关的数值，可以很好地平衡稳流补偿器的压力，确保其不产生负压。在无负压设备正常运转下，如果给水系统的进水流量低于用水流量，此时稳流器和真空抑制紧密配合，形成抑制负压的状态同时，稳流补偿器的储备用水会在平衡力的作用下及时进行供水，确保用户正常用水。在稳流补偿器的作用下可以确保压力处于稳定阈值范围之内。在用水量降低进水量充足的情况下，该装置能够充分利用管网的压力，对供水系统的要求进行适当的补偿，以达到节约能源的目的。在装置的进水压力大于或等于设置压力的情况下，水泵就会停止工作，通过旁路管道将水供给到给水点；在不使用水或较低流量的情况下，根据所检测的电流、电压、频率、水量等信号，自动将运转的水泵调至“停泵保压”状态，再通过小流量的保压管将水送到给水点，达到更高的节能效果。

4 结束语

综上所述，在高层建筑进行给水系统优化设计的过程中，需要根据实际情况和该区域的用水特点，选择科学合理的优化设计方案。除了应用变频+恒速泵组合给水的方式之外，还可以通过分建消防水池和生活水池，采用无负压设备供水等方式进行给水，不仅可以确保高层建筑的稳定供水，同时也可以起到良好的节能减排效果，符合我国的可持续发展政策和目标。