浅析高层建筑给水系统_水利技术论文

浅析高层建筑给水系统
马良
摘要：高层建筑具有高度高、结构功能复杂等特点，这对工程设计的要求越来越严格，特别是在建筑给水供水设计方面。本文从高层建筑给水系统的特点、常用给水方式及系统给水可靠性进行分析，并提出了几种增加高层建筑给水系统水压的相关措施，指出高层建筑给水系统在设计中要注意的问题。
关键词：高层建筑；消防用水；水压；给水系统
1 几种常用的高层供水方式
1.1高位水箱供水方式
高位水箱供水是高层建筑给水的重要方式之一，这种方式的优点是水箱容积只根据用量确定，同时综合考虑对水质的影响，确保给水质量。高位水箱采用并联供水方式，保证各个区有自己专用的水泵，保证水压供给。大多数高层建筑把水泵设在地下室的泵房内，由水泵和水箱对各区进行联合供水，这样可以让水泵集中布置，方便工作人员的维护与管理；同时由于各区是独立给水系统，每一个泵都有自己的一个工作区域，可以节约动力，水箱尺寸相对较小，余留空间可以做到互不影响。但事物都具有两面性，这样的缺点是分区水箱占建筑楼层一定的面积，对于房间布置来说是比较困难的。而且水泵台数多，出水高压管线长，投资设备的费用比较高。
1.2无水箱供水方式
无水箱供水方式是根据给水系统中用水量情况，自动改变水泵的转速，保证水泵能够长时间进行高效率的工作，提高水泵的利用价值的一种供水方式。其优点包括系统结构简单、供水稳定性可靠、无高位水箱荷载、维护管理容易等。但也有缺点，主要表现在无调节水量、难以对动力进行有力的保证、消耗能源等。在当今能源紧张的社会里，这种方式并不是最受欢迎的。
1.3气压水箱供水方式
气压水箱供水方式是利用水泵增加压力并通过气压罐调节水量大小和控制水泵运行情况的一种供水方式。其优点是没有设高位水箱的要求，供水可靠，更重要的是有卫生保证。但其缺点也较突出，如变压式气压罐水压波动大，而且水泵工作的效率普遍低，消耗大量的能源及钢材，增加运行的成本。罐内起始压力比管网所需的设计压力高出很多，这样容易形成给水压过高的弊端，因此气压水箱供水方式不能作为现代高层建筑首选的供水方式。
2 高层建筑常压给水系统的特点
高层建筑由于楼层较高，对生活用水的供给以及消防用水的保证都有更高的要求。高层建筑常压给水系统除了能够保证正常的常压生活用水供给外，还具有在临时高压给水系统增加稳压装置以达到常压稳定供给的特点，因此可以达到稳高压给水的标准。稳高压给水系统不管是在通常的生活用水供给工作状态还是在消防用水状态，常压给水管网内的水压始终能满足生活用水和消防用水对水压的要求。一般情况下，消防用水所需的流量在准工作状态时是直接由稳压装置供给的，要求小于消防设计时所固定的流量，但大于管网漏水量。在高层建筑消防中，消防主泵的首要任务就是要保证消防设计流量。
3 高层建筑给水系统可靠性分析
目前，高层建筑给水系统的可靠性分析基本上依赖几个基本指标进行，其主要作用是对所有稳压给水系统及其子系统从整体上恢复，体现其功能，以保证高层建筑的正常给水。这几个指标可分别为无故障性指标、耐久性指标和宜修性指标以及可靠性综合指标。
3.1无故障性指标
通常的情况下，无故障性指标包括以下几点：一是无故障工作概率(或可靠度)R (T)、二是故障概率(或不可靠度)F(T)、三是故障强度(或故障率)λ(t)、四是容量故障比MTBF。通过这四个指标，对高层建筑给水系统进行可靠性分析，以提出更合理的方案。
3.2耐久性指标
所谓耐久性指标，就是指产品的技术年限和服务时长。一般来说，技术寿命越长，服务年限越长，可靠性就越高。耐久性的各项指标在确定给水系统的各种机械、水泵、电机及附件的可靠性等方面具有广泛的应用，受到热烈的欢迎。
3.3宜修性指标
宜修性指标具体体现为平均修复时间MTT。恢复过程的可靠性指标还包括在给定的时间内损坏组件恢复的概率，即修复率。
3.4可靠性综合指标
可靠性综合指标的范围很广，包括准备系数、操作准备系数、技术利用系数。在分析高层建筑给水系统组件的可靠性时，可靠性综合指标作为基本的随机变量，可以是某段时间内的出现系统故障次数，将出现故障前或在出现两次故障之间组件的服务期限、技术寿命及恢复时间等作为一种衡量。可靠性数值指标与时间有密切的关联，成正比例关系。如果要比较可靠性指标及计算组合组件的可靠性指标，就必需选择同一时间,且间隔相同的指标值。
4 增加高层建筑给水系统压力的具体措施分析
在高层建筑给水系统中，如果高位水箱设置过高会增加建筑成本的投入以及增加建筑立面处理的难度，而且这种设置抗震功能比较差，综合效益不高。因此，常采用在电梯机房顶的水箱间内设置消防水箱的方式，以达到满足消防要求的水压数值。
4.1通过稳压泵系统增加水压
根据高层建筑生活用水和消防用水所需的水压、水量选择给水系统的增压设备型号，大多数建筑采用稳压泵。稳压泵运行时，在喷头和消火栓均未曾出流时，保证水压但不保证水的流量，即保证消防管网平时渗水失压后得到及时的补压。如果发生火灾时或者紧急情况时，它能快速、自动启动主消防泵的功能。通过压力管上的电接点压力计控制稳压泵，根据管网控制点设计基准压力确定管网平时压力波动的上下限，当管网压力因渗漏等原因下降到最底要求的下限时，稳压泵自动启动向管网内增加水量、水压。当压力达到稳压上限时自动停泵。通过稳压泵系统增加水压是增加高层建筑给水系统压力的良好措施。
4.2通过气压罐增压系统增加水压
在高层建筑中，增加水压通常需要局部增压设备，在采用消防水箱行不通的情况下，可以考虑采用气压给水设备。这种设备根据高层建筑中设计的最低水压和气压水罐容量来选择气压水罐。气压水罐的工作原理告诉我们，当气压水罐在高压和低压之间作业时，以气压水罐设计的最低供水压力应满足管路最不利消火栓栓口所需水压来保证选择气压水罐的有效性，通过气压罐增压系统增加水压是高层建筑给水系统增压的一个很好的措施。
4.3不可忽视变频调速恒压供水增压的作用
在众多的高层建筑增压方式中，人们往往会忽视变频调速恒压供水增压的作用。变频调速恒压供水依靠恒压变量供水设备工作，在水压一定的情况下，根据管网用水量变化将压力差信号反馈给恒压控制系统。在实践中，在满足管网用水量的前提下，恒压控制器通过发出改变频率的指令以改变驱动水泵电机转速，从而让出水压力达到设计压力标准。综上所述，变频调速恒压供水最显著特点在于对已选定的水泵，当管网用水量小于水泵高效区工作流量范围时，通过变频调速可达到节能的效果。在材料成本日益增加的今天，变频调速恒压供水增压方式深受建筑工程设计人员的欢迎。
5 高层建筑给水系统设计注意问题
5.1认真选择高层建筑给水方式
在众多的设计方式中，给水方式在高层建筑给水系统设计中起至关重要的作用，选择什么样的给水方式直接关系到给水系统在高层建筑中是否能合理使用以及工程的造价。大城市给水管网的水压一般不能满足高区部分生活用水的要求，在这种情况下，绝大多数高层建筑采用低区部分直接由城市给水管网供水，高区部分由水泵加压供水的分区给水方式。高层建筑可以采用有高位水箱给水方式，变频调速水泵给水方式或气压罐给水方式这几种分区给水方式。目前高位水箱给水方式也广泛应用于高层建筑中。高位水箱给水方式可采用多种给水方式相结合，如高位水箱并联给水方式、高位水箱减压给水方式和高位水箱串联给水方式等，也可以分别采用其中的某一种。目前国内减压阀技术发展迅速，品质逐渐提高，性能可靠。减压阀具有占地面积小、不影响水质、无噪声等特点。在高位水箱减压给水方式选用减压水箱还是减压阀减压的问题上，减压阀减压方式更受人们欢迎。
5.2应用给水减压阀
我国建筑给排水科技在近年来得到前所未有的发展，建筑现代化的步伐不断加快，各种类型的进口和国内自行研制的给水减压阀已在高层建筑乃至超高层建筑给水系统中得到广泛应用。实践证明，应用减压阀的给水减压保障系统与传统的中间水箱减压系统相比，有占用空间小、技术特性稳定、压力比调节灵活、使用寿命长、维护管理便捷等优点。但在如何保障高层建筑减压阀给水系统、保证常态工作的问题上；在高层建筑用户享受稳定、良好的供用水环境这些问题上，需要加强对减压阀给水系统的管理与维护，以保证高层建筑给水系统更人性化发展。