本站原创【摘 要】高层建筑有着自身的特殊性,特别就给水系统的设计而言,无论从楼层的高度,层数以及建筑的功能方面,都决定了高层给水系统不同于一般性给水系统.本文以高层建筑的供水系统优化设计为研究对象,从树状管网优化设计和环状管网优化设计两个方面入手研究,对于完善高层建筑的供水系统是有意义的.
【关 键 词】高层建筑；供水系统优化设计；树状管网；环状管网
高层建筑有着自身的特殊性,特别就给水系统的设计而言,无论从楼层的高度,层数以及建筑的功能方面,都决定了高层给水系统不同于一般性给水系统.而且因为建筑设计的理论以及技术方面的瓶颈制约,导致很多具体问题悬而未决.因此,到目前为止高层建筑给水系统还存在很多没有解决的问题.本文以高层建筑的供水系统优化设计为研究对象,从树状管网优化设计和环状管网优化设计两个方面入手研究,对于完善高层建筑的供水是有意义的.
一、水管网系统优化设计概况
水的卫生质量、供水量的多少和水力压力是构建水管网络的三个基本要素.为了较高程度的预防二次污染,可以在高位水箱的下面继续铺设多方位的水管网,并实施相关的技术支持,要求在实际建筑设计中对水箱的位置选择以及水箱容积的大小予以规范；对建筑内的管网设计需要统筹优化,确保管网系统安全运行的状态下,减少维修费用,确保全年安全,持续的给每个用户终端提供优质的水源.这是技术上需要急需解决的问题.
目前可以建立科学的数学模型,确立年费用的目标下,对建筑水泵选型.在已经知晓居民用水量的前提下,在铺设水管长度以及流速的约束条件下,求出水泵的做功效率（扬程）和水管的管径即可.
水箱的具体容积可以根据整个楼盘用户所需的总用水量而定.这个系统不需要考虑投资多少钱买水箱和水泵.因此整个费用仅仅包括在与管道的养护费用以及建设初期水泵和水箱间的管道器械费用之内.一般年费用只包含水泵的产生功效的费用以及管道投资多少年所产生的总费用只和.
而管网设计应用可以保证用户所需的水压、出水多少水量和水品质各项指标的具体要求.例如在高位水箱供水方式下安装建筑管网可以预防再次污染,精准控制水源的出入,也即通过精心挑选水箱助压器和水箱容积：保证供水所需的水量、水压的条件下合理选择水泵和管段管径,使管网系统的年费用虽低,这是管网系统优化设计所要解决的问题.
二、树状管网优化设计
水管构建以及管段合在一起投资产生的费用最小的设计就是树状管网设计.其中在整个管网建设中需要重点注意的约束条件包括管段中的流速约束以及控制点的压力约束.所谓控制点就是指水管网络中最不利用点,结构如下图1所示.
流速约束,根据国家土木建设的相关规范,对水管中的水流速度予以了限定,在主干管道中的水流速度一般限定在1.0-2.0m/s；而在支流水管中的速度在0.8-1.2m/s.这个基本的建筑水管的规范之适用于一般性的普遍建筑.高层建筑有着自身的特殊性,比如对防噪声以及水压的调定都有更加苛刻的建设要求.因此,对水管中的流速有着非常严格的要求.具体要求如下所示,干管：0.8-1.0m/s,支管：0.6-1.0m/s.
压力约束优化：为了确保最不利点的正常用水,因此需要在高兴水箱的供水方式作出科学的优化构思,确保在一定的压力之下,让全楼用户都能用到水.所谓的最不利点就是高楼中居住楼层最高的用户,这是用水最难的区域,需要重点保障,确保水压把水源能够压上去.可以科学调节每个管段的直径来达到应用要求.
例如,某十九层综合性服务大楼,首层至三层为低区,每层卫生间内共设有自闭式冲洗阀大便器5个,自闭式冲洗阀小便器3个,洗手盆4个.4～19层为高区,分成旅馆与公寓式办公室两部分,旅馆部共有128间客房,每间客房的专用卫生问内共设有低位水箱坐式大便器1个,浴盆一个,沈脸盒一个,公寓式卫生间内设有洗涤盆一个,低位水箱坐式大便器1个,浴盆一个,洗脸盆一个,旅馆用水量标准采用500L/d,公寓式办公室用水量标准采用300L/d.
三、环状管网优化设计
在楼层建设和水管铺设布局过程中,应用的相对比较广泛的是环状管网,这种管网分为两个基本形式,即立管环状和水平干管环状.该管网的水流配量和树状管网非常类似.因为水平主管水管网络只有一环,因此,需要在闭合差的前提下考虑.每个阶段的水管中并联多少个卫生器具,其总和决定了立管管段流量,因此在整个楼盘水管网络的铺设过程中需要具体考虑到每个管网阶段的水流负荷承载力,结构如图2所示.由于立管环状想必水平管环状网较为复杂,我们重点介绍一下环状管网.
环状管网的优化设计科学合理,在考虑约束条件的前提下,把整个网络投资建设到最小.需要考虑的约束条件包括环约束,流速约束以及压力约束三个方面.从图2的系统图可以详细得知,己知量有管段管长、水箱最低水位,整个管网的用水量.
流速优化：环状网管的流速相对稳定,压力也适宜.但是这种网管形式和人民的日常生活比较类似,因此对用户的影响很大,因而需要限定流速.规定了环状管网和树状管网基本类似.建筑环状管网也存在特殊的一面：确定好了营段流量、方向与大小不好改变的.此局限主要原因是建筑管网要求与一定流速相匹配的.一旦遇到要此类问题应该在施工前多做好运行程序的优化.
压力约束优化：在高位水箱供水方式下,同树状管网一样,环状管网的压力约束也是通过合理选择管段管径,使水箱的最低水位能够满足管网最不利点用户对水量和水压的要求.此种管网的最不利点也是用水位最高并离水箱出水口最远的用水点.由于管段流量方向的不一致,所以选取最不利点时,考虑每一个可能的最不利点,通过合理地选择管径使水箱最低水位满足每一用水点的流量和压力要求.
例如,某高层建筑给水系统供是一座十层的生活用水管网,每户的卫生洁具种类和数量都统计过,试确定给水管网的管径和最大水头损失.按照等量分配法,z—A,z—A、的当量为总量数（280）的一半,即140,A节点的两个出流管当量分配各为70,B节点出流管段当量数各为35,A、节点出流管段当量数各为70,以此分配当量,得交汇点9,15,39,可以运用.