关于超高层给排水设计的备忘录 5页

'关于超高层给排水设计的备忘录南京回归建筑环境设计研究院有限公司江苏南京市210000笔者有幸参与了几个超高层项目，从中获益良多。现将几点心得和体会分享出来，因笔者水平有限，其中谬误之处，还请指正海涵。一、供水方式的选择目前来讲，供水方式无非两种：一是设置高位水箱的重力供水方式，二则是采用变频泵的变频供水方式。关于这两种方式的节能性在学术界存在较大的分歧，就笔者所查找到的资料来看，目前为止并无国家性的法规或是权威资料表明哪种供水方式更有利于节能。而从笔者所参与的项目来看，笔者更倾向于在超高层办公楼采用变频供水的方式，其原因如下：按建筑设计防火规范，超高层每隔50m左右会设置一个避难层，国内普遍做法都兼用为设备层，这样我们可以利用避难层设置中间转输水箱，每100m左右设置一组变频泵加压供水。采用上述系统给水设备及管材最大承压为100m的高度，系统承压不会超过2MPa,目前的技术及设备承受此压力还是比较安全的，另外一方面由于办公楼的用水量较小，时变化系数为1.5,在变频加压水泵的选型上采用一个流量分配采用100%-50%-100%,其中最后一个100%为备用，其水泵的出水量基木可以和系统的用水量相吻合，同时转输水泵采用工频泵，可以保证各水泵在高效区运行，达到变频节能的目的，并相应减少了机房的面积以及二次污染的几率。但是到了酒店时，情况又有不同，一般而言由于酒店对压力的稳定性要求较高，为避免变频加压供水出现的用水忽冷忽热，酒店采用屋顶水箱重力供水更加合理，此时可以通过同时设置冷、热水箱，并通过对冷、热水管道同程布置，达到对冷、热水压力平衡的要求。而对于屋顶水箱二次污染问题，酒店一般设有完善的物业管理，并经常对水箱冲洗，另外酒店为24小时用水，水箱里的储水可得到及时更新，有效避免出现二次污染，值得注意的是，《城镇给水排水技术规范》要求对牛活给水水箱设置消毒设施。另一方面酒店建筑的用水特点是用水变化比较大，U 寸变化系数为2.5〜2,此处注意《建筑给水排水设计规范》新修订稿明确冷水给水时变化系数也应插值法取值；如采用变频给水方式，水泵数量少吋不容易取到合适的变化曲线，为适应用水曲线就会造成水泵台数过多的新问题,大多数情况都不能保证水泵运行在高效区，从而造成效率下降，能源浪费。因此酒店建筑的超高层建筑笔者认为以屋顶水箱重力供水方式为宜。二、中间转输水箱的计算超高层建筑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《消防给水及消火栓技术规范》(GB50974-2014)【以下简称“消规”】中规定：当采用消防水泵转输水箱串联吋，转输水箱的有效容积不应小于60m3,转输水箱可作为高位消防水箱。同吋消规也对高位消防水箱的容积做了如下规定：一类高层公共建筑，不应小于36m3,但当建筑高度大于100m吋，不应小于50m3,当建筑高度人于150m时，不应小于100m3o值得注意的是，消规已经取消了原有规范中关于10分钟水量的概念。而对于生活给水系统，《建筑给水排水设计规范》(GB50015——20032009年版)3.7.8条规定：生活给水用中途转输水箱转输调节容积宜取5-10min转输水泵的流量。作为生活给水系统的转输水箱，其作用有两个：一为下区泵的调节容积，即保证水泵每小吋启动次数不大于6次的调节水量，此部分水量为转输水泵5-10min的岀水量；二是防止上区水泵停泵，压力冋传对下区水泵造成冲击。如果采用重力供水方式，则中间转输水箱一般是当做上区水泵的吸水井和本区用水的调节水箱，般吸水井容积为水泵3〜5min的出流量，调节容积按水箱重力供水服务区域最大吋用水的50%计，两部分叠加为重力供水系统中间转输水箱的容枳。三、排水系统中势能的消除水流从300米多高处下落，对排水管系是否造成破坏，水流的冲击是否破坏较低层的水封？由建筑高度引起的势能如何消除？也许你还知道终限流速理论，但具体问题中如何应用这个理论？要解决这些问题，最终还要从排水管中的水流状态分析中去找答案。排水立管中的水流是断续、非均匀的，带有空气，下落时极不稳定的水 气两相流，流量时大时小，满流与非满流交替。立管中水流的具体变化过程为附壁螺旋流→水膜流→等速水膜流→柱塞流，而对排水管系造成破坏的水流状态为柱塞流。如立管中的水流状态为柱塞流而其中的气流又不足以破坏水塞时，水塞造成有压冲击流，在其运动的前端为大于大气压的正压，后端为小于大气压的负压，随着水塞得下落，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具水封层的稳定产生严重影响，导致排水管道系统不能正常工作。要保证排水管系安全可靠和经济合理，首先要保证排水立管中的水流不形成柱塞流，应维持在等速水膜流，这就需要进行严格水力计算，控制立管设计流量的负荷极限值为在等速水膜流状态下达到终限流速时的流量；此外在排水立管中采取一些消能措施，减小水流的下降速度，避免由于水流的冲击对管系造成,试验表明在立管上隔一定的距离设置“乙”字弯可以减小约50%的流速，工程中一般自顶层起每隔6层设置一套消能装置；另-•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，在《建筑给水排水设计规范》（GB50015-20032009年版）给出的数据可以看出，设置专用通气立管是，排水立管的排水能力增大一倍以上。以上措施可以保证在超高层建筑排水系统设计吋由于建筑高度引起的排水势能得到有效消除，保证系统安全。四、雨水系统由于降雨不可人为控制，雨水系统设计不安全对建筑尤其是超高层建筑的损害非常大，因此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》4.9.5条规定，重要公共建筑屋面雨水排水设计重现期不宜小于10年；4.9.9条规定，重要公共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。超高层因其自身特点不可能设置溢流口，笔者认为设计雨水重现期应直接取50年，同吋按100年校核雨水系统的排水能力。 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87型雨水斗设计流态为重力流但需要考虑排水压力，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，一般采用无缝钢管。超高层建筑屋面雨水排水采用纯重力流雨水系统是比较经济安全的，但重力流雨水斗没有成型的产品可供使用，目前还是按87型雨水斗系统设计。尤其应注意的是室内雨水排入的第一个室外检查井选用消能井，以防止由于排除管压力过高引起喷溅爭故。超高层建筑雨水系统还有一个不容忽视的问题一一雨篷的雨水排水。雨篷的面积虽然不大，其雨水设计垂现期可按5年取值，但是雨篷所截留的上方侧墙的面积（面积取值折减一半）远大于雨篷的面积，一般也远大于屋面的面积,因此雨篷的雨水排水量远比屋面的排水量大。由于雨篷面积小，雨水斗多，立管也多，并口雨篷是建筑专业的门面，因此建筑专业对雨水斗、立管的设置有诸多限制，而雨篷下面是人员的出入口，安全性十分重要，因此在配合此部分的设计时要妥善处理，首先要做到安全可靠再考虑美观因素。五、地下车库的排水凡高层建筑均设有地下室，一方面是由于结构需要，另一方面，向地下要空间。由于地下汽车库有汽车进出口，我们不可能也没必要将其坡道完全遮盖,必定有段露天部分，这些露天部分，除了投影平面有雨水外，还有侧壁包括上部建筑侧墙以及出入口的飘雨，按照规范要求，其雨量前者按100%计算，后者按最大墙面的50%计算，这些雨水由截水沟排至集水坑，再经由潜水泵提升排出。截水沟的设置，有的在上端、中端、下端各设置一条，有点在上端和下端各设置一条，不同的人有不同的设置方式。以笔者的观点，综合来看，在下端一条必不可少，并且仅设在地下一层的坡道上，地下二层及以下层就没有必要再设了。上端的截水沟一般必要性不大，因为在上端处一般都设有反坡，正反坡相交处坡脊一般高于室外路面，具有挡水作用。一般坡脊高出室外路面10cm为宜。对于上层而言，排水可以直接采用地漏排至下层，而对于车库内底层的排水一般有两种方式：一是采用排水明沟，另一种则是采用地漏。沟设在地面找坡后的最低处，假设沟的起始高为200,沟底两端相差100,若沟坡按0.5%考虑，则沟长可 达20m,即两集水坑之间的距离可达40m,若沟坡按0.3%考虑，则沟长可达33m,即两集水坑之间的距离可达66rm另外在设置集水坑的位置吋，要适当注意，设沟坡0.5%,若坑设在两端，沟总长最长为40,若坑设在距两端头的1/4处，沟的总长刚可达80m,若沟长40m,坑设在中间，则可减少一个坑，从以上情况分析来看，坑设在中间较经济，如果坡长有剩余，则可加大沟坡，以有利排水。一般而言，集水坑的设置按照经验来看可以每1000平方设置1.5〜2个。六、结束语总之，超高层建筑与一般建筑相比，具有层数多、高度大、功能复杂、用水要求高、排水量大等特点，对给排水设计者提出了较高的要求，我们应该熟练掌握相应规范条文才能保证设计过程中不出纽:漏。'