超限高层建筑给排水系统设计的特点.pdf

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1、给水排水?Vol?36?No?1?201069?超 限 高 层 建 筑 给 排 水 系 统 设 计 的 特 点李?洋(华东建筑设计研究院有限公司,上海?200002)?摘要?总结了我国部分超限高层建筑(建筑高度超过 250 m)给排水系统设计的情况和特点,对系统的选择和存在的问题进行了分析和探讨,强调了超限高层建筑给排水设计的可靠性以及节能性。关键词?超限高层建筑?给水系统?排水系统?节水措施0?前言一般我们把超过 100 m 的建筑定义为超高层建筑,而且根据?高层民用建筑设计防火规范?(GB50045?95,2005 年版)1?0?5 条:?当建筑高度超过 250 m 时,建筑设计采取的特殊

2、的防火措施,应提交国家消防主管部门组织专题研究、论证。?为了和消防系统的定义一致,在此我们将建筑高度超过250 m 的高层称为?超限高层建筑?。这些建筑有一些共同的特点,那就是建筑功能复杂,一般都有办公、宾馆、商场和娱乐场所等,是一个综合体,给排水系统相对比较复杂。笔者有幸参与设计了上海环球金融中心、上海广播电视塔、CCT V 主楼、武汉中心、南京紫峰大厦等超限高层建筑项目,在此将设计中的一些体会写出来,供同行进行探讨。1?给水系统的选择给水系统按给水方式可以分为串联和并联,按供水设备可以分为水箱供水和水泵供水,将这些系统再相互结合后,各类系统形式不下十余种。就目前已建成或在建的超限高层建筑来

3、看,也有多种形式,见表1。表 1?目前已建成或在建的超限高层建筑给水方式项目名称建筑高度/m给水系统方式系统按供水设备上海环球金融中心500串、并联结合高位水箱为主重庆金融中心400串联?高位水箱与变频给水泵结合南京紫峰大厦420串联高位水箱为主?上海北外滩白玉兰广场320串联高位水箱为主1?1?串联和并联给水超限高层建筑具有楼层多和有多个避难层的特点,一般在避难层均可以设置中间高位水箱,目前国内 400 m 以上的高楼,一般都采用了串联给水系统方式。串联给水系统对超高层建筑而言,减少了竖向立管,可节约管井及机房面积,减小了给水泵和管配件压力,增加了系统使用的经济性和安全性。为控制系统的有效压

4、力范围,通常需要设置减压阀,但减压阀若一旦失效,会导致串压,影响管配件正常运行,所以分区高度应恰当合理,一般建议分区不超过 160 m 的动压。常见的管材、管件公称压力日5 800 m3/d,最高日 8 900 m3/d;二次供水总费用(含水泵运行电费、人工费、水池清洗费、维修费、检验费等)529 635 元。经测算二次加压供水成本(2007年实际产生)约 0?25 元/m3,二次供水成本比前四期约低 20%。致谢:华南碧桂园六期给水排水工程获得?第一届中国建筑学会建筑设备(给水排水)优秀设计奖?居住建筑类二等奖,参加设计的还有:唐植孝、王泽钦、闾炳红、李安然、刘超、周晓莹等,在此对他们表示感

5、谢。参考文献1?中国建筑设计研究院主编.建筑给水排水设计手册.第 2 版.北京:中国建筑工业出版社,2008?10,80 81,511 515?通讯处:528312 广东佛山市顺德区碧桂园集团总部E-mail:776108886 收稿日期:2009-08-20修回日期:2009-10-3070?给水排水?Vol?36?No?1?2010为 1?6 MPa,超限高层建筑的最不利用水点的最低工作压力为 0?2 MPa,考虑扣除管道水头损失、流出水头等因素,水泵可供水至 125 m 左右。假设水泵设置在地下20 m 左右,这就意味着超限高层建筑在105 m 左右需要设置第二级串联泵。当然,采用承压大

6、的管材、管件另当别论,但会使系统费用大大增加。并联给水系统的给水泵一般集中布置在地下室,不占用楼层面积,各区相对独立运行,设备相对集中,维护管理方便,但立管增多,高压泵的压力过高,所以一般还是要结合避难层,设置转输水箱和水泵。因此在超限高层中采用并联给水系统要综合比较后慎重使用,建议采用串联和并联相结合的方式。1?2?减压阀的使用在超限高层建筑中,减压阀起到了很大的作用,但作为一种机械装置,总会有发生故障的可能。如果建筑条件允许,可在多个楼层设置高位水箱和分区水泵,以尽量减少减压阀的使用。例如上海环球金融中心给水系统除 3 5 层和 78 层以上宾馆和观光层部分由变频泵供水外,其余均采取水池?

7、水泵?水箱方式供给各用水点。系统采取串联和并联相结合的供水方式。分区高位水箱分别设在 18 层、30 层、42 层、54 层、66 层、78 层、89 层,地下 4 层的生活串联传输泵供水给 18 层的高位串联水箱,18层设置并联给水泵供给 30 层、42 层、54 层、66 层的分区高位并联水箱,66 层设置并联给水泵供给 78层、89 层的分区并联高位水箱。各区供水均控制在0?45 MPa 以内,超压部分采用弹簧式减压阀减压后供给,见图 1a。重庆金融中心采用了高位水箱与变频给水泵结合的方式。地下 4层 地上 3 层由市政压力直接供水,4 20 层、21 38 层、39 66 层均采用变频

8、结合重力的分区供水方式。分别在 12 层、30 层、48 层、66 层、102 层设置高位水箱。这些高位水箱分别由地下 4 层、12 层、30 层、48层、66 层的生活串联传输泵供给。4 8 层由 12 层的高位水箱供给,9 13层、14 20 层分别由 12 层的变频给水泵供给。同样 12 26 层由 30 层的高位水箱供给,27 31 层、32 38 层分别由 30 层的变频给水泵供给。39 45图 1?超限高层给水系统实例层由 48 层的高位水箱供给,46 52 层、53 59 层、60 66 层分别由 48 层的变频给水泵供给。67 72层由 101 层的变频给水泵供给,73 80

9、层、81 87层、88 95 层分别由 102 层的高位水箱供给或减压后供给。96 102 层由 101 层的变频给水泵供给。见图 1b。从此可以看出,这两个项目都采用了不同的形式来尽量减少减压阀的使用量,只在局部使用了减压阀。当然这样需要较大的管井及机房面积。但对于这些超限高层建筑来说,安全可靠是最重要的,应尽量减少减压阀的使用。重庆金融中心采用高位水箱与变频给水泵结合的给水方式,可以节省一些机房面积,并且变频泵供水区域部分是高位水箱供水压力不足的楼层,这样尽可能达到节水节能的效果。但是由于超限高层建筑部分是客房区,需要全天的稳定供水,采用变频泵供水相对不够安全稳定。而上海环球金融中心给水系

10、统主要采取串联和并联相结合的供水方式,需要比较大的机房和管井面积,没有采用高位水箱与变频给水泵结合的给水方式节水节能,但是可保证系统运行安全稳定。1?3?高位水箱和给水变频泵高位水箱和给水泵是超限高层设计中必须的,但着重点不同。对高位水箱供水系统而言,是将生给水排水?Vol?36?No?1?201071?活储水放在高位水箱内,再供给各个用水点。而给水泵在系统中按照作用可分为供给各高位水箱的转输水泵和供给各用水点的给水变频泵。转输水泵是串联给水系统中必须的,本节讨论的是供给各用水点的给水变频泵,是抽吸水池或高位水箱水进行加压后供给生活系统用水,由于需要借助于电力才能实现供水,而高位水箱依靠重力实

11、现供水,显然后者更安全可靠。这也正是超限高层建筑大多采用高位水箱供水的原因。当然在用水点比较分散、用水要求不太高的裙房或最顶处由于建筑限制无法设置高位水箱的局部楼层,也可采用变频给水泵供水。2?热回收超限高层建筑的上部一般为酒店,而酒店管理公司普遍要求客房热水采用集中加热供给,并要求采用容积式或半容积式热交换器。有时裙房的商业部分也被大量定位为餐饮功能,整幢建筑物的热水需求量很大,而通常超限高层建筑的空调负荷也很大,若采用一定的节能措施可产生可观的经济利益。一般冷冻机组需要通过冷却塔进行散热,我们可以充分利用这部分热能,使用热回收型冷冻机组,机组的冷却循环水可为生活热水提供余热,生活给水在进入

12、热交换器前,先在板式热交换器中和冷冻机组提供的冷却循环水充分接触,提高初始温度,从而达到节能效果。空调负荷与热水负荷的高峰时间不一致,因此在热水使用高峰前有足够的时间储存一定的热能。这种系统方式运行简单,且热水系统相对独立,但设备的投资增加。采用这种余热利用方式需要综合考虑各方面因素决定。3?酒店生活废水的回收利用一般超限高层建筑的功能分布,由上而下依次是酒店、办公、商业(裙房)。酒店位置一般都在高200 m 以上,而通常酒店的淋浴、洗手(脸)所需要的给水量较多,一般占整个客房区用水量的 60%以上,可将这部分生活废水在酒店和办公层之间的设备层进行排水管汇总,再进行废水处理。处理后的水可以供给

13、下层办公区卫生间进行中水使用,以达到节水、节能目的。当然,这需要在设备层设置废水回收装置,增加了初期投资,但是从发展绿色建筑角度来说,是非常值得提倡的。4?雨水回收系统目前,我国越来越重视发展绿色建筑,许多地方已经明确规定:景观用水不允许采用市政供水和自备地下水源,应利用中水、雨水等杂用水作为水源。对于降雨充沛、缺水地区,应该合理设计雨水回收系统,优先考虑对屋面雨水和其他污染少的地表径流雨水进行收集、利用。当建筑区内有景观水体时,应优先利用处理成本较低的雨水作为景观水体的补水水源,以实现建筑物内非传统水源得到最大化利用,达到最大经济效益。超限高层建筑有较大的裙房屋面,以及大量的侧墙雨水,有时建

14、筑物内还有庞大的下沉式广场、各种水景、绿化景观以及大面积的地下停车库,因此其不仅可以有大量的可收集雨水,而且有大量的室内外景观、绿化和地下停车库需要用水,基本可以达到水量平衡。对于超限高层建筑的雨水回收系统而言,应考虑以下情况:(1)屋面雨水根据水质一般选择以下工艺流程:屋面雨水收集系统?初期径流弃流?雨水储水池沉淀?过滤?消毒?雨水清水池。根据雨水收集的相关规范要求,初期径流弃流装置和雨水储水池宜设置在室外。但由于超限高层建筑的用地一般都很紧张,要求雨水储水池和清水池设置在地下室内,这样较大管径的雨水管道布置在室内,会增加管线设置难度和影响室内层高,所以水池和处理装置应靠近建筑地下室外墙,以

15、减少室内雨水汇总管线。(2)由于荷载的原因,雨水储水池和清水池一般设置在地下室结构底板上。?建筑与小区雨水利用工程技术规范?(GB 50400?2006)7?2?2 条规定:雨水储存设施应有溢流排水措施,溢流排水宜采用重力溢流。7?2?4 条规定:当设置自动提升设备排除溢流雨水时,溢流提升设备的排水标准应按 50 年降雨强度设计,并不得小于集雨屋面设计重现期降雨强度。通过计算,溢流提升设备的排水能力很大,需要很大的集水井,雨水泵的流量也很大,会占用较大的地下室面积,并且如果这些设施不是设置在结构底板上,需要考虑其对结构承重的影响。(3)一般重要公共建筑屋面的设计重现期是10 a,若为下沉式广场

16、的雨水收集,由于无法设计建筑溢流设施,其雨水排水构筑物和排水泵,要求至少按 50 a 一遇考虑,通常会很大。建议可根据?室外72?给水排水?Vol?36?No?1?2010排水设计规范?(GB 50014?2006)5?3?1 条规定:雨水泵站集水池的容积,不应小于最大一台水泵 30 s的出水量。由于溢流量会远远大于平时排水量,在设置雨水泵时,最好采用多台泵的运行方式,1 h 启泵不要超过 12 次,以避免频繁启动损坏水泵。同时由于水泵的吸水条件、水泵的最低启泵水位较高等因素,集水井的体积会很大,给地下室的集水井设置和管线布置带来很大难度。且考虑到超限高层建筑的重要性,需要水泵电机有不间断电力

17、供应,以保证设备运行的安全、可靠。5?冷凝水回收一般超限高层建筑主楼部分的空调机房上下对齐,这给冷凝水的回收立管设置带来了非常有利的条件,而且建筑物的冷凝水具有水量可观、污染物少、水温低的特点。可在空调机房内设置冷凝水回收立管,汇合至冷却塔补水池,作为冷却塔的补充水源。6?排水系统6?1?排水管的承压重力排水管是非满管流,重力雨水管是满管流,但两者均不是压力流系统。因此在考虑排水管的承压问题时,不能完全按排水立管的高度确定管材的压力等级。当排水管管径为 DN150、立管高度100 m 时,如果压强达到 0?1 MPa,即使管道内有堵塞物,也会被如此大的压力冲走,很难停留,所以我们认为排水管管材

18、选用0?1 MPa 的压力等级是安全的。在实际的项目中,超限高层建筑主楼屋面的特点是面积不大但高度很高,为了更安全可靠,重力雨水管往往采用了压力等级更高的金属管材,例如南京紫峰大厦主楼采用了衬塑钢管,上海环球金融中心采用了加厚不锈钢管。6?2?单立管排水一般特殊的单立管排水系统适用于以下情况:排水立管设计流量大于普通单立管排水系统排水立管的最大排水能力;住宅、宾馆和卫生间较小的公共建筑;卫生间或管道井面积比较小的建筑;要求降低排水水流噪声和改善排水水力工况的场所。而超限高层建筑的客房层通常都能上下对齐,但建筑面积有限,又要满足五星级房间面积的要求,客房的管井面积会比较紧张,可选择特殊单立管排水

19、系统。特殊单立管排水系统与普通排水系统相比,可节省专用通气立管,有良好的排水和通气能力,可减少排水水流下落时因冲击、紊流而引起的噪声。但是在立管汇合时,需要采用特殊配件的接头,接头的尺寸会较大。目前单立管排水系统主要有以下三种形式:苏维托系统、螺旋管+细长接头和螺旋管系统。这三种系统形式的各自特点见表 2。表 2?三种单立管排水系统特点比较名称特点苏维托系统?气水分离,通气性能有保证,达到高性能排水;?横管长度有限制:污水横管长度不得超过 4m,废水横管不得超过 5 m,超过时要设置器具通气管;?内壁粗糙,易堵塞;?立管和横管内气流的流通和压力平衡不能得到保证;接头体积大,占空间大?螺旋管+细

20、长接头系统?通过接头内特制叶轮回旋片使得水流形成回旋力,气水分离,排水性能得到保证;?螺旋管采用有十二道螺纹的管材,回旋周期短,形成回旋力快,排水性能高,底部接头为蛋形,有效防止水跃现象产生;?AD 接头大小适中螺旋管系统?污废合流时接头排水不顺畅,容易发生倒流现象;?底部有水跃现象,排水性能不能保证;?螺旋管采用有六道螺纹的管材,水路回旋周期长,不利于回旋力的产生;?接头偏小?上海环球金融中心项目中的客房层采用了螺旋管+细长接头的单立管排水系统,目前使用情况良好,排水通畅,无异味,噪声小。需要注意的是,为了减少立管,上海环球金融中心项目采用了污、废合流的排水系统。上海地区的生活污水可以直接排入市政排水管网而不需要设置化粪池,在某些需要设置化粪池的地区,采用污、废合流时,化粪池的容积会很大。?通讯处:200002 上海市汉口路 151 号电话:(021)63217420E-mail:yang_li 收稿日期:2009-05-21修回日期:2009-08-14