2.5　楼宇给排水系统

智能楼宇大多是高层建筑，其给排水系统的特点如下。

①高层建筑内人数众多，对生活卫生及保安防火设施要求较为严格，因此必须装设具有标准较高的给水排水系统，以保证给水排水的安全可靠性；

②高层建筑的高度大，造成给水管道内的静压力较大，过大的水压力，不但影响使用、浪费水量而且增加维修工作量，为此对给水管道系统、热水管道系统及消防给水系统必须进行竖向分区；

③高层建筑发生火灾的因素很多，一旦着火，火势猛、蔓延快，扑救不易，人员疏散也很困难，因此，当高度超过十层以上时，要求建筑内消防系统必须有自救能力，为此高层建筑要设置独立的消防供水系统；

④高层建筑内设备复杂，各种管道交错，必须搞好综合布置，要求不渗不漏；另外高层建筑对防震、防沉降、防噪声等要求也较高，因此在给排水工程设备中还需要考虑抗震、防噪声等措施。

以上情况要求智能楼宇的给水排水工程的规划、设计、使用材料设备及施工等方面比一般建筑都更高，必须全面规划、相互协作，做到技术先进、经济合理、工程安全可靠。

2.5.1　供水系统

高层建筑的高度大，一般城市管网中的水压力不能满足用水要求，除了最下几层可由城市管网供水外，其余上部各层均需提升水压供水。由于供水的高度增大，如果采用统一供水系统，显然下部低层的水压将过高，过高的水压对使用、材料设备、维修管理均将产生不利影响，为此必须进行合理竖向分区供水。分区的层数或高度，应根据建筑物的性质、使用要求、管道材料设备的性能、维修管理等条件，结合建筑层数划分。在进行竖向分区时，应考虑低处卫生器具及给水配件处的静水压力，在住宅、旅馆、医院等居住性建筑中，供水压力一般为300～350kPa；在办公楼等公共建筑可以稍高些，以350～450kPa的压力为宜，且最大静水压力不得大于600kPa。

为了节省能量，应充分利用室外管网的水压，在最低区可直接采用城市管网供水，并将大用水户如洗衣房、餐厅、理发室、浴室等布置在低区，以便由城市管网直接供水，充分利用室外管道压力。

根据建筑给水要求、高度、分区压力等情况，进行合理分区，然后布置给水系统。给水系统的形式有多种，各有其优缺点，但基本上可划分为两大类，即重力给水系统及压力给水系统。

（1）重力给水系统

这种系统的特点是通过水泵将水提升到最高处水箱中，以重力向给水管网配水，如图2-36所示。应对楼顶水池水位进行监测并在高/低水平超限时报警。根据水池（箱）的高/低水位控制水泵的启/停，并监测给水泵的工作状态和故障，当使用水泵出现故障时，备用水泵会自动投入工作。重力给水系统用水是由水箱直接供应，即为重力供水，供水压力比较稳定，且有水箱贮水，供水较为安全。但水箱重量很大，增加建筑的负荷，占用楼层的建筑面积，且有产生噪声振动的弊端，对于地震区的供水尤为不利。

（2）压力给水系统

压力给水系统是指在地下室或某些空余之处设置水泵机组、气压水箱等设备，采用压力给水来满足建筑物的供水需要，压力给水可采用并联的气压水箱给水系统，也可采用无水箱的几台水泵并联给水系统。

①并联气压给水系统　是以气压水箱代替高位水箱，而气压水箱可以集中设置于地下室水泵房内，以避免楼房设置水箱的缺点，如图2-37所示。气压水箱需用金属制造，投资较大，且运行效率较低，还需设置空气压缩机为水箱补气，因此耗费动力较多，近年来有的采用密封式弹性隔膜气压水箱，可以不用空气压缩机充气，既可节省电能又能防止空气污染水质，有利于环境卫生。

②水泵直接给水系统　这种系统可以采用自动控制的多台水泵并联运行，根据用水量的变化，开停不同水泵来满足用水的要求，也可节省电能。如采用计算机控制更为理想。水泵直接供水，最简便的方法可以采用调速水泵给水系统，即根据水泵的出水量与转速成正比关系的特性，调整水泵的转速而满足用水量的变化，同时也可节省动力。水泵调速有下列几种方法。

a.采用水泵电动机可调速的联轴器。电动机的转速不可调，在用水量变化时，通过调节可调速的水泵电动机的联轴器，以此改变水泵的转速以达到调节水量的目的，联轴器类似汽车的变速箱。

b.采用调速电动机。由用水量的变化而控制电动机的转速，从而使水泵的水量得到调节，方法设备简单、运行方便、节省动力、效果很好，如图2-38所示。近来，有一种自动控制水泵叶片角度的水泵，即随着水量的变化控制叶片角度的改变来调节水泵的出水量，以满足用水量的需要。这种给水系统设备简单、使用方便。无水箱的水泵直接给水系统，最好是用于水量变化不太大的建筑物中，因为水泵必须长时间不停地运行。即便在夜间，用水量很小时，也将消耗动力，且水泵机组投资较高，需要进行技术经济比较后才能确定。

2.5.2　排水泵运行

智能楼宇的卫生条件要求较高，其排水系统必须通畅，保证水封不受破坏。有的建筑采用粪便污水与生活废水分流的方法来避免水流干扰，改善卫生条件。智能楼宇一般都建有地下室，有的深入地面下2～3层或更深些，地下室的污水常不能以重力排除，在此情况下，污水集中于污水集水井，然后以排水泵将污水提升至室外排水管中。污水泵应为自动控制，保证排水安全。智能楼宇排水监控系统的监控对象为集水井和排水泵。排水监控系统的监控功能如下。

①污水集水井和废水集水井水位监测及超限报警；

②根据污水集水并与废水集水井的水位，控制排水泵的启/停，当集水井的水位达到高限时，联锁启动相应的水泵，当水位达到高高限时，联锁启动相应的备用泵，直到水位降至低限时联锁停泵；

③排水泵运行状态的检测以及发生故障时报警。智能楼宇排水监控系统通常由水位开关、直接数字控制器组成，如图2-39所示。

2.5.3　水泵的节能运行

水泵是给水排水工程中的一个重要组成部分，它起着提升水位，输送和调节水量的作用，被称为给水排水工程的心脏。水泵站的全部投资在整个工程的投资中所占比例很小，而泵站的运行费用所占比例则很大，由此可见，在设计水泵站时，首要问题是提高泵站效率以降低动力费用。提高泵站效率的关键在于合理地选择水泵，水泵的性能和数量不但决定了泵站动力费用的大小，还影响泵站的造价以及运转管理和维修工作，因此必须慎重考虑。

水泵种类很多，给水工程中最广泛应用的是离心泵。因为离心泵结构简单、体形轻便，效率较高、价格低、流量和扬程在一定范围内可以调节，故非常适用于给水泵站。在给水泵站中水泵的流量、扬程、功率及数量的确定，应该根据供水量及其所需水压的变化情况来综合考虑，以满足供水安全、可靠，水泵工作效率高，运行电费省，以及维修管理方便和节省基建投资的要求，同时还要考虑发展的需要。选用水泵要根据设计流量和扬程及管网的水力计算和用水量曲线来确定。泵的通用性能曲线如图2-40所示，从图中可知，当泵的转速（n₀）一定时，泵的扬程H在流量小的区域内是随着流量的增加而增加的，但超过一定的区域后，会随着流量的增加而急剧下降。泵的效率变化呈马蹄形，先是随着流量的增加而增加，到达最高点之后又会下降。当泵的转速改变时，泵的扬程随转速的增减而增减。围绕高效率区呈现一个近似斜方形的面积，表示泵在某些转速下可以以较高的效率运行，如图中所示出的n₃～n₆，流量在Q₁附近的区域即为高效运行区。流体在管路中流动，其流量与管路阻力有一定的关系。表示流量与阻力关系的曲线，称为此管路的特性曲线。当管路一定时，管路阻力与流量的平方成正比。安装在管路上工作的泵经吸入管路自吸液池中吸上的液体，又经压出管路将液体送往排液池，单位时间内由泵排出的液体体积与同一时间内在管路中流动的液体流量是一致的。在此流量的情况下，单位质量液体在泵中获得的能量，也正是这个质量的液体流经管路时所需要的能量，按同一比例尺将泵在给定转速下的性能曲线H-Q与管路装置的特性曲线绘制在同一坐标上，这两条曲线的交点就是泵在此管路系统中的工况点，表示当时泵在此管路系统中运转的工况，即流量、扬程、功率和效率，如图2-41所示。改变工况点有以下三种办法。

（1）泵的性能曲线不变，改变管路特性曲线

通常用压出管路上的闸阀来调节，闸阀开度关小，则管路特性曲线变陡，如图2-41中的R₂，工况点由1改变为2，流量由Q₁改变为Q₂，扬程曲线H₁改变为H₂；同理，若将闸阀的开度加大，则管路特性曲线变为较平坦，如图中的R₁，工况点为1，流量与扬程分别为Q₁与H₁。

（2）管路特性曲线不变，改变泵的性能曲线

即通过改变泵的转速来调节工况点，如图2-42所示。当转速从n₂变到n₆时，工况点从A变到E，其中B、C两点工况为最佳工况（效率最高）。这种调节办法比用闸阀调节更为经济，用变频器加三相交流电动机作动力，控制简便，可实现最佳工况运行。

（3）泵的性能曲线与管路特性曲线同时改变

即泵的调速和管路上的闸阀调节同时进行，水泵的节能运行是通过合理的调节工况的方法，使泵运行在最佳工况区域。目前最实用的方法是用交流调速装置作为泵的动力，使泵调速运行。