超高层建筑给排水设计几个问题的探讨

1，生活供水方式的选择

超高层建筑基本每隔15层会设置一个避难层兼设备层,可利用避难民设置中间转输水箱供水。基本上可以30层（差不多100m以内）设成一个大区，这样有两种做法: 1、每个大区在避难层(首个大区在地下室)设四套变频泵分四个小区往上供水；2、每个大区在避难层(首个大区在地下室)设两套变频泵分两个小区往上15层，同时采用重力流往下供15层(首个大区没有此情况)??中间转输水箱兼高位重力水箱，可以满足每个用水点水压在0.05MPa~0.35MPa之间。变频泵采用压力自动控制，而转输水泵采用水位控制。这样基本上可以每隔一个避难层设置中间转输水箱，有效减少机房占用面积。住宅的避难层设的比较少，一般也可以这样设计。采用上述系统给水设备及管材是最大承压一般为30层的高度，系统承压不会超过1.6MPa，目前的技术及设备承受此压力还是比较安全的。

重力供水和变频供水的节能性在学术界存在较大的分歧，目前为止没有国家性的法规及权威资料表明哪种供水方式更有利于节能。变频器的工作原理是把工频电源( 50Hz或60Hz)变换成各种频率的交流电源，以实现电机的变速运行。一般是实际用水量越按近设计用水量就越节能，且一天用水量变化越小越节能。因此.根据《建筑给水排水设计规范》GB50015-2003第3.1.9条及3.1. 10条要求可知：办公楼采用变频设备节能效果比较好，住宅楼采用变顿设备节能放果比较差。为了解决住宅楼时变化系数比较大的问题，住宅楼在配泵的时候应多配几台，通过多台水泵来调节水量的变化。

因为采用多泵并联恒压供水，变顿泵的功率降低，从而可以降低多泵并联变频恒压供水系统的能耗.改善节能状况(因变频器必须24h通电)。多泵并联恒压供水系统采用具有自动睡眠功能的变频器时，当用水流量接近于零.变频泵能自动睡眠停泵，从而可以做到不用水时自动停泵而没有能量损耗，具有最佳的节能效果。

供水泵采用变频泵，通过合理配泵使其出水量基本上和系统的用水量相吻合，同时转输水泵采用工频泵，这样可以保证各水泵在高效区运行，达到节能的目的，并减少了机房的面积以及二次污染的几率。(欧美供水泵按流量配泵有两种方法可以参考：一种是40%，40%，40%，一台维修可以保证80%流量的使用；一种是50%，50%，20%，一台维修可以保证70%流量的使用)。

2，中间转输水箱的计算

在超高层建筑中一般都是采用转输水箱来供水的(个别高度不高的建筑可以自供的除外)，中间转输水箱包括消防转输水箱和生活转输水箱两部分。

消防的中间转输水箱在 《全国民用建筑工程设计技术措施?给水排水》( 2003年)中规定：“采用水泵转输串联时，中间转输水箱同时起着上区输水泵的吸水池和本区消防给水屋顶水箱的作用，其储水容积按15~30min的消防设计水量经计算确定，并不宜小于60m3假如超高层建筑消火栓用水量为40L/s.自动喷水量为30L/s，则中间转输水箱的容职=(40+30)X10X60+(40+30X5X60=63000(L)其中10min水量为本区屋顶消防水箱的水量，5min为上区水泵吸水池的水量，如还有其他消防系统则把有可能在火灾时间时启动的消防系统的水量叠加计算，作为中间转输水箱容积。

而对于生活给水系统.《建筑给水排水设计规范》GB50015-2003第3.7.8条规定:生活用水中途转输水箱的转输调节容帜宜取转输水泵5~10min的流量。作为生活给水系统的转输水箱，其作用有两个：一是为上区加压水泵的吸水井，此部分水量为上区水泵3-5min的出水量；二是为下区转输泵的调节容积。即保证初级水泵每小时启动次数不大于6次的调节水量.如上区水泵的的流量为8L/s，转输水泵的流量也为8L/s.则转输水箱容积=8X5X60+8X10X60=7200（L）。此为采用变频供水系统时的计算方法。如系统为重力供水系统.则中间转输水箱除作为上区水泵的吸水井外.还需要储存本区用水的调节容积，一般此部分调节容积按水箱重力供水服务区域最大时用水的50%两部分叠加计算为重力供水系统中间转输水箱的容积。

3，消防给水系统设计

《高层民用建筑设计防火规范》GB50045-95 ( 2005年版)(以下简称"高规")第1.0.5条规定.当高层建筑的建筑高度超过250m时，建筑设计采取的特殊的防火措施，应提交国家消防主管部门组织专题研究、论证。所以超过250m的超高层建筑防火措施可以参考"高规"设计.然后提交国家消防主管部门组织专题研究、论证。

对100m~250m的建筑基本就是按照"高规"进行防火设计了。消火栓按规范列表取值.并设置消火栓箱;喷淋按"高规"第7.6.1条设计。目前我们的水泵、阀门、管材都可以达到2.5MPa，当然管材要选无缝钢管为宜。这样一般100m~ 150m之间的建筑可以在地下室设水池泵房，因高低区供水的 压力差别比较大，笔者建议宜分开设置水泵供水。水泵按高低区分开设，这时水泵的控制可能高低区同时启动.电气设计要考虑高低区水泵同时启动的可能。150m~250m之间的建筑采用转输水箱供水。250m以上建筑可以结合结构的安全设置消防给水系统，一般建筑高度达到一定的高度时结构要考虑防止晃动，这时要把消防水箱设置在屋顶，这样： 100m以下按我们正常的高层建筑设计消防给水系统.100m以上采用屋顶水箱常高压给水系统(生活给水也可以这样考虑)供水，屋顶最高几层压力不足采用局部加压;同样.要考虑高低区同时启动系统的可能。

在超高层建筑消防设计中水泵接合器的设置也存在一些问题。《高居民用建筑设计防火规范》( GB50045- 95.2005版，以下简称"高规")7.4.5.2条规定.消防给水为竖向分区供水时，在消防车供水压力范围内的分区，应分别设置水泵接合器;其条文说明明确提出:只有采用串联给水方式时.上区用水由下区水箱抽水供给，可仅在下区设水泵接合器，供全楼使用。《自动喷水灭火系统设计规范》( GB50084 - 2001.2005年版.以下简称"喷规")10.4.2条规定.当水泵接合器的供水能力不能满足最不利点处作用面积的流量和压力要求时，应采用增压措施;其条文说明提出:根据某些省市消防局的经验，规定在当地消防车供水能力接近极限的部位，设置接力设施。可以以看出根据”高规”,在系统还是自动喷水灭火系统，均可不再设置水泵接合器;但是根据"喷规.".在超出消防车供水也围之外的自动喷水灭火系统的消防分区需要设置接力设施。在超高层建筑中从消防安全的角度考虑建议消火栓系统和喷淋系统均设置水泵接合器。设置水泵接合器可以有两种做法:第一种方法就是设置接力泵进行接力供水(可以参考"喷规"10.4.2条的条文解释图例进行设计);另一种方法就是从水泵接合器的主要用途上考虑如何设置，水泵接合器的主要用途是室内消防水泵发生故障或遇到大火室内消防用水不足时，供消防车从室外消火栓取水，通过水泵结合器将水送到室内消防给水管网，供灭火使用。从这个角度出发我们可以在消防水泵上进行考虑;故建议设置柴油泵作为消防系统的备用泵，以避免在电力故障时消防加压泵不能工作。柴油泵的国家制造标准规定柴油泵本身的油箱储存燃料为柴油泵运行3h的燃料，因此不必要考虑另外再储存燃料。所以在消防车供水泡围内的消防分区的消防加压泵采用电力泵作为备用，在消防车供水范围之外的消防加压泵设置柴油泵作为备用泵。在超高层建筑消防车供水范围之外的火灾发生且室内用水是不足时，首先由消防车在室外消火栓取水加压送水至中间转输水箱，再由消防加压泵加压供水灭火，如此时电力泵发生故障，则柴油泵即可投入灭火工作。以上措施可解决高区水泵接合器的设置问题.保证消防安全。

4，排水系统设计

超高层建筑排水系统最主要的问题在于如何解决水气混合两相流的顺畅。在排水过程中首先要考虑高楼层排水对管材的冲刷.其次要考虑水气混合流对卫生器具水封稳定的破坏(管中的气压发生激烈变化，会形成正压喷溅或负压抽吸，对排水管系中卫生器只水封的稳定产生严重影响.导致排水管道系统不能正常工作)。

针对坦高层排水的特点，我们在设计当中应该考虑三点。首先.需要进行严格水力计算.控制立管设计流量不超过规范规定的最大流量值;其次，在排水立管中采取一些消能措施，减少水流的下降速度，避免由于水流的冲击对管系造成破坏，工程中一般自顶层起每隔6层设置一套消能装置;最后，保证排水管系安全的重要措施就是设置专用的通气立管与大气相通，从而释放排水管系中的正压以及补给空气减小负压，使管内的气压保持接近大气压力.保证立管内的空气流通，排除排水管道中的有害气体.保护卫生器具的水封，试验表明设置专用通气主管可使立管排水能力提高一倍;或采用特殊单立管排水系统，但应注意消能措施。

以上措施可以保证在超高层建筑排水系统设计时由于建筑高度引起的排水不利因素得到有效消除，保证系统安全。

5，雨水系统设计

在雨水设计中主要考虑两个方面的问题。

(1)超高层建筑屋面雨水设计重现期的取值应慎重。 《建筑给水排水设计规范》4. 9. 9条规定。重要公共建筑、高层建筑的屋面雨水排水工程与溢流设施的总排水能力不应小于50年重现期的雨水量。超高层建筑设置溢流口难度比较大，建议屋面雨水的设计重现期取50年，同时按100年校核雨水系统的排水能力。在此还要注意一些雨篷及裙房屋面的排水计算.在计算时要加上上方侧墙的面积。

(2)除了设计重现期的取值问题外，还有一个问题需要考虑。由于建筑高度很高，目前常用的65型、87型雨水斗设计流态为重力流但需考虑排水压力，因此在选用雨水系统管材时需要考虑由于建筑高度引起的静压力，建议雨水管材在普通钢管压力范围内选用普通铜管，承压比较高的部分采用无缝制管。此外屋面雨水排入的第一个室外检查井应选用消能井，以防止由于排入管压力过高引起的喷溅事故。

6，总结

超高层建筑的给水排水设计首先要考虑安全。生活给水要考虑管材管件，反各种配件的耐压安全，保证各用水点的水压要求；消防要考虑系统供水安全，从而保证消防安全，同时在消防系统中应考虑设置水泵接合器，可以采用柴油泵来代替水泵接合器的功能；生活排水要考虑排水通畅及保护水封的安全；雨水排水要从重现期来考虑排水安全，同时要考虑管材的承压要求。