1、第八章高层建筑给水排水概述8.1 8.1 高层高层建筑建筑给水给水8.2 8.2 高层建筑高层建筑排水排水8.3 8.3 高层建筑热水高层建筑热水 目前,关于高层建筑的划分国际上尚无统一的标准,各国根据本国的经济条件和消防装备情况,规定了本国高层建筑的划分标准。GB 500162014建筑设计防火规范规定:建筑高度大于27m的住宅和建筑高度超过24m的其他民用建筑称为高层建筑。对于高层工业建筑,我国规定高度超过24m的两层及两层以上的厂房为高层建筑,而建筑高度超过24m的单层厂房不属于高层建筑。表8-1为世界部分国家高层民用建筑的划分标准。建筑高度是指建筑物室外地面到其檐口或女儿墙的高度。屋顶
2、的瞭望塔、水箱间、电梯机房和楼梯出口间等不计入建筑高度和层数内。住宅的地下室、半地下室的顶板高出室外地面不超过1.5m者,不计入层数内。我国高低层建筑的界线是根据市政消防能力划分的,由于目前我国登高消防车的工作高度约为24m,大多数通用的普通消防车直接从室外消防管道或消防水池抽水,扑救火灾的最大高度也约为24m,故以24m作为高层建筑的起始高度。住宅建筑由于每个单元的防火分区面积不大,有较好的防火分隔,火灾发生时火势蔓延扩大受到一定限制,危害性较小,同时它在高层建筑中所占比例较大,若防火标准提高,将增加工程总投资,因此高层住宅的起始线与公共建筑略有区别,以建筑高度大于27m的住宅(包括首层设置
3、商业服务网点的住宅)为高层建筑。由于高层建筑具有层数多、高度大、振动源多、用水要求高、排水量大等特点,因此,对建筑给水排水工程的设计、施工、材料及管理都提出了较高的要求,必须采取相应的技术措施,才能确保给水排水系统的良好工况,满足各类高层建筑的功能要求。高层建筑给水排水工程主要特点:1)高层建筑给水、热水、消防系统静水压力大,如果只采用一个区供水,不仅影响使用,而且管道及配件容易损坏。因此,供水必须进行合理的竖向分区,使静水压力降低,保证供水系统的安全运行。2)高层建筑引发火灾的因素多,火势蔓延速度快,火灾危险性大,扑救困难,因此,高层建筑消防系统的安全可靠度要比低层建筑的高。由于目前我国消防
4、设备能力有限,扑救高层建筑火灾的难度较大,所以高层建筑的消防系统应立足于自救。3)高层建筑的排水量大、管道长,管道中压力波动较大。为了提高排水系统的排水能力,稳定管道中的压力,保护水封不被破坏,高层建筑的排水系统应设置通气管系统或采用新型的单立管排水系统。另外,高层建筑的排水管道应采用机械强度较高的管道材料,并采用柔性接口。4)高层建筑的建筑标准高,给水排水设备使用人数多,瞬时的给水量和排水量大,一旦发生停水或排水管道堵塞事故,影响范围大。因此,高层建筑必须采取有效的技术措施,保证供水安全可靠,排水通畅。5)高层建筑动力设备多、管线长,易产生振动的噪声。因此,高层建筑的给水排水系统必须考虑设备
5、和管道的防振动和噪声的技术措施。经过上百年的发展,高层建筑的给水排水技术已日趋成熟,但也存在着许多尚需解决的问题,具体有以下方面:1)节水、节能的给水排水设备及附件的开发与应用。2)新型减压、稳压设备的研制与应用。3)安全可靠、经济实用、运行管理方便的供水技术与方式的研究与推广技术。4)高层建筑消防技术与自动控制技术。5)提高排水系统过水能力,稳定排水系统压力的技术措施。6)低成本、高效能的新型管道材料开发与应用。7)热效率高、体积小的热水加热设备的研制与应用。8.1高层建筑给水高层建筑给水8.1.1热水供应系统分类 高层建筑如果采用同一给水系统,底层管道中静水压力过大,因此带来以下弊端:需采
6、用耐高压管材、配件及卫生器具使得工程造价增加;开启阀门或水龙头时,管网中易产生水锤;底层水龙头开启后,由于压力过高,使出水流量增加,造成水流喷溅,影响正常使用,使顶层龙头可能产生负压抽吸现象,形成回流污染。8.1高层建筑给水高层建筑给水8.1.1热水供应系统分类 为了克服上述弊端,保证建筑供水的安全可靠性,高层建筑给水系统应采取竖向分区供水,是指沿建筑物的垂直方向,依序合理地将其划分为若干个供水区,而每个供水区都有自己的完整的给水系统。确定竖向给水分区是高层建筑整个给水系统设计的首要和基础环节。竖向分区的合理与否,将直接关系着给水系统的运行、使用、维修、管理、投资节能的情况和效果。竖向分区的各
7、分区最低卫生器具配水点处静水压力不宜大于0.45MPa,特殊情况下不宜大于0.55MPa。所以分区范围一般住宅、旅馆、医院宜为0.300.35MPa,办公楼宜为0.350.45MPa。8.1高层建筑给水高层建筑给水8.1.2给水方式1.1.高位水箱供水方式高位水箱供水方式 高位水箱供水方式分串联供水方式、并联供水方式、减压水箱供水方式、减压阀供水方式等。(1)高位水箱串联供水方式如图8-1所示,水泵分散设置在各区,楼层中区的水箱兼做上一区的水池。优点是:无高压水泵和高压管线,运行经济。缺点是:水泵分散设置在各区,分区水箱占建筑面积,水泵设在楼层,防振隔声要求高;水泵分散,维护管理不便;若下区发
8、生事故,上区供水受到影响,供水可靠性差。8.1高层建筑给水高层建筑给水8.1.2给水方式1.1.高位水箱供水方式高位水箱供水方式 (2)高位水箱并联供水方式如图8-2所示,在各区独立设置水泵和水箱,各区水泵集中布置在建筑物底层或地下室,分别向各区供水。优点是:各区给水系统独立,互不影响,某区发生事故,不影响全局,供水安全可靠;水泵集中布置,管理维护方便,运行费用经济。缺点是:水泵台数多,高压管线长,设备费用增加;分区水箱占建筑面积分散且较大,减少建筑使用面积,影响经济效益。8.1高层建筑给水高层建筑给水8.1.2给水方式1.1.高位水箱供水方式高位水箱供水方式图8-1高位水箱串联供水方式图8-
9、2高位水箱并联供水方式8.1高层建筑给水高层建筑给水8.1.2给水方式1.1.高位水箱供水方式高位水箱供水方式 (3)减压水箱供水方式如图8-3所示,整栋建筑物内用水量全部由设在底层的水泵一次提升至屋顶总水箱,然后再分送至各分区水箱,分区水箱起减压作用。优点是:水泵数量少、设备费较低,管理维护简便;水泵房面积小,各分区减压水箱调节容积小。缺点是:水泵运行费用高,屋顶总水箱容积大,对建筑的结构和抗震不利;水泵或水泵出水(压力)管如发生故障,将影响整个高层建筑用水,安全可靠性较差;建筑高度较高、分区较多时,各区减压水箱浮球阀承受压力大,造成关闭不严或经常维修;供水可靠性差。8.1高层建筑给水高层建
10、筑给水8.1.2给水方式1.1.高位水箱供水方式高位水箱供水方式 (4)减压阀供水方式如图8-4所示,整栋建筑物内用水量全部由设在底层的水泵一次提升至屋顶总水箱,再通过各区减压阀依次向下供水。优点是:水泵数量少,占地少,且集中布置便于维修管理;管线设置简单、投资省。缺点是:各区用水均需提升至屋顶总水箱,水箱容积大,对建筑结构和抗震不利,同时也增加电耗;供水不够安全,水泵或屋顶水箱输水管、出水管的局部故障都将影响各区供水。8.1高层建筑给水高层建筑给水8.1.2给水方式1.1.高位水箱供水方式高位水箱供水方式 图8-3减压水箱供水方式图8-4减压阀供水方式8.1高层建筑给水高层建筑给水8.1.2
11、给水方式2.2.气压水罐供水方式气压水罐供水方式 该供水方式主要有气压罐并联给水方式和气压罐减压阀给水方式,如图8-5和图8-6所示。优点是:不需设置高位水箱,不占建筑楼层面积,设置位置灵活;缺点是:水泵启闭频繁,运行费用较高,气压水罐储水量小,水压变化幅度大,罐内起始压力高于管网所需的设计压力,会产生给水压力过高带来的弊端。气压给水设备可以配合其他给水方式局部使用在高层建筑最高层的消防给水系统,解决压力不足的问题。8.1高层建筑给水高层建筑给水8.1.2给水方式2.2.气压水罐供水方式气压水罐供水方式图8-5气压罐并联给 图8-6气压罐减压阀8.1高层建筑给水高层建筑给水8.1.2给水方式3
12、.3.变频调速泵供水方式变频调速泵供水方式 如图8-7所示,该供水方式屋顶无须设置高位水箱,地下室设置变频调速泵,根据给水系统中用水量变化情况自动改变电动机的频率,从而改变水泵的转速,继而改变水泵的出水量。其优点是:使水泵经常处于较高效率下运行;省去高位水箱,提高建筑面积的利用率。缺点是:变频水泵及控制设备价格较高,且维修复杂。图8-7变频调速泵供水方式8.18.1高层建筑给水高层建筑给水8.1.3给水管网布置形式 高层建筑给水管网的布置按供水可靠程度要求可分为支状和环状两种形式,一般建筑内给水管宜采用支状布置。水平供水干管或配水立管互相连接成环,称为环状式。适用于供水要求严格的高层建筑和高层
13、建筑消防管网。同一栋建筑的给水管网也可同时兼有支状和环状两种形式。按水平干管的敷设位置又可分为上行下给、下行上给、中供式和环状式四种形式。8.28.2高层建筑排水高层建筑排水8.2.1高层建筑排水特点 高层建筑的排水系统由于楼层较多,排水落差大,多根横管同时向立管排水的概率大,容易造成管道内压力的波动,卫生器具的水封容易遭到破坏。因此高层建筑的排水系统一定要保证排水的通畅和通气良好,一般设置专用通气管系统或采用新型单立管排水系统。建筑物底层排水管道内压力波动最大,为了防止水封破坏或因管道堵塞而引起的污水倒灌等情况,建筑物一层和地下室的排水管道宜与整栋建筑的排水系统分开,采用单独的排水系统。8.
14、28.2高层建筑排水高层建筑排水8.2.2高层建筑排水系统分类 高层建筑多为公共建筑和住宅建筑,其排水系统主要排除盥洗、淋浴、洗涤等生活废水,粪便污水,雨雪水,餐厅、厨房、车库、洗衣房、游泳池、空调设备等附属设施的排水。高层建筑排水系统可分为:生活废水系统、生活污水系统、屋面雨水系统和特殊排水系统。(1)生活污水排水系统排除大、小便器以及与之类似的各类卫生器具的排水。(2)生活废水排水系统排除洗涤盆、洗脸盆、淋浴设备等排出的洗涤废水以及与之水质相近的洗衣房、游泳池排水。(3)屋面雨水排水系统排出屋面雨雪水的排水系统。(4)特殊排水系统排除空调、冷冻机等设备排出的冷却废水,锅炉、换热器、冷却塔等
15、设备的排污废水,车库、洗车场排出的洗车废水,餐厅、公共食堂排出的含油废水等。8.28.2高层建筑排水高层建筑排水8.2.3高层建筑排水体制 高层建筑污废水是合流还是分流排放是高层建筑设计的重要问题,应根据污废水的性质、污染程度,结合室外排水体制、综合利用的可能性以及处理要求等综合考虑。1)下列情况宜采用生活污、废水分流排放。建筑物使用性质对卫生标准要求较高时。生活废水量较大,且环卫部门要求生活污水需经化粪池处理后才能排入城镇排水管网时。生活废水需回收利用时。8.28.2高层建筑排水高层建筑排水8.2.3高层建筑排水体制 2)下列建筑排水应单独排水至水处理或回收构筑物。职工食堂、营业餐厅的厨房含
16、有大量油脂的洗涤废水。机械自动洗车台冲洗水。含有大量致病菌、放射性元素超标的医院污水。水温超过40的锅炉、水加热器等加热设备排水。用作回用水水源的生活排水。实验室有毒有害废水。8.28.2高层建筑排水高层建筑排水8.2.4高层建筑排水系统类型 1.1.设专用通气管的排水系统设专用通气管的排水系统 当层数在十层及十层以上且承担的设计排水流量超过排水立管允许负荷时,应设置专用通气立管。设专用通气管的排水系统由通气管道系统和排水管道系统组成。根据立管数量,可分为双管制和三管制。(1)双管制系统一根污废水立管、一根专用通气立管组成的系统,如图8-8所示。(2)三管制系统一根污水立管、一根废水立管、一根
17、专用通气立管组成的系统如图8-9所示。8.28.2高层建筑排水高层建筑排水8.2.4高层建筑排水系统类型 1.1.设专用通气管的排水系统设专用通气管的排水系统图8-8双管制排水系统图8-9三管制排水系统8.28.2高层建筑排水高层建筑排水8.2.4高层建筑排水系统类型 1.1.设专用通气管的排水系统设专用通气管的排水系统 污废水立管与专用通气立管每隔两层用共轭管相连接。专用通气立管管径一般比排水立管管径小一至两号。当污水立管和废水立管两根立管共用一根专用通气立管时,专用通气立管管径应与污水立管管径相同。对于使用要求较高的建筑和高层公共建筑可设环形通气管、主通气立管或副通气立管。对卫生、安静要求
18、较高的建筑物内,生活污水管道宜设器具通气管。8.28.2高层建筑排水高层建筑排水8.2.4高层建筑排水系统类型 2.2.苏维脱排水系统苏维脱排水系统 苏维脱排水系统有气水混合器和气水分离器两个特殊配件。1)气水混合器:如图8-10所示,气水混合器为一长80mm的乙字弯管,装置在立管与每根横支管相接处,由立管水流入口、乙字弯管、隔板、孔隙、混合室、横支管流入口和排水口等组成,立管下落的高速水流在经过隔板时,水流撞击分散并与周围的空气混合变成气水混合体,下降速度减慢。可避免出现过大的抽吸力,隔板使立管和横支管水流在各自的空间内流动,避免互相干扰冲击,隔板上的空隙可以流通空气,平衡立管和横管的压力,
19、防止虹吸现象。8.28.2高层建筑排水高层建筑排水8.2.4高层建筑排水系统类型 2.2.苏维脱排水系统苏维脱排水系统 2)气水分离器:如图8-11所示,气水分离器装设在立管底部转弯处。由流入口、顶端通气口、空气分离室、通气管和排出口等组成。沿立管流下的气水混合物遇到分离器内部的凸块后被溅散,从而分离出气体(约70%以上),减小了污水的体积,降低了流速,使空气不致在转弯处受阻,另外,还将分离出来的气体用一根通气管引到干管的下游(或返向上部立管中去),这就达到了防止立管底部产生过大正压的目的。8.28.2高层建筑排水高层建筑排水8.2.4高层建筑排水系统类型 2.2.苏维脱排水系统苏维脱排水系统
20、图8-10气水混合器图8-11气水分离器8.28.2高层建筑排水高层建筑排水8.2.4高层建筑排水系统类型 2.2.苏维脱排水系统苏维脱排水系统 国外对十层建筑采用苏维脱排水系统和普通单立管排水系统进行对比实验,结果表明一根管径为100mm的苏维脱排水系统,当流量约为6.7L/s时,管中最大负压不超过40mmH2O,而管径为100mm的普通单立管排水系统在相同流量时最大负压达160mmH2O(1mmH2O=10Pa)。苏维脱排水系统具有减少立管气压波动,保证排水系统正常使用、施工方便、工程造价低等优点。8.28.2高层建筑排水高层建筑排水8.2.4高层建筑排水系统类型 3.3.空气芯水膜旋流排
21、水立管系统空气芯水膜旋流排水立管系统 空气芯水膜旋流排水立管系统有旋流连接配件和导流弯头两个特殊配件。1)旋流连接配件:其构件如图8-12所示,设在立管和横支管连接处,由底座、盖板等组成。盖板上带有固定旋流叶片,从横支管流来的污水进入旋流连接配件,在叶片的导流作用下,使立管中水流呈螺旋状态向下流动,形成中空的空气芯,管中气压变化较小,从而防止卫生器具水封被破坏。提高了立管的排水能力。旋流连接配件中的旋流叶片可使立管上部下落水流所减弱的旋流能力及时得到增强,同时也可破坏已形成的水塞。8.28.2高层建筑排水高层建筑排水8.2.4高层建筑排水系统类型 3.3.空气芯水膜旋流排水立管系统空气芯水膜旋
22、流排水立管系统 2)导流弯头:其构件如图8-13所示,设置在立管底部转弯处,是一个内部装有导向叶片的45弯头,叶片装在立管的“凸岸”一边,迫使下落水流溅向对壁并沿着弯头后方流下,这就避免了在横干管内发生水跃而封闭住立管内的气流,造成过大的正压。此系统广泛用于十层以上的建筑物。8.28.2高层建筑排水高层建筑排水8.2.4高层建筑排水系统类型 3.3.空气芯水膜旋流排水立管系统空气芯水膜旋流排水立管系统图8-12旋流连接配件图8-13导流弯头8.28.2高层建筑排水高层建筑排水8.2.5高层建筑排水管材 高层建筑的排水立管高度大,管中流速大,冲刷能力强,应采用比普通排水管管材强度高的管材。对高度
23、较大的排水立管应考虑采取消能措施,通常在立管每隔一定的距离装设一个乙字弯管。由于高层建筑层间位变较大,立管接口应采用弹性较好的柔性材料连接,以适应变形要求。8.38.3高层建筑热水高层建筑热水 高层建筑热水供应是整个高层建筑给水排水管材的重要组成部分。而且,随着人民生活水平的提高,高层建筑的日益发展,人们对热水供应的要求也越来越高,因而也越加显示出它在人民生活中的重要作用。高层建筑热水供应系统的任务和要求应包括以下各项:1)时刻保证提供符合水质要求和规定温度的热水量。2)技术措施先进,系统完善合理,供水安全可靠。3)设备、装置性能良好,并且经济、坚固、耐久。4)有效地利用经济热源。5)维护管理
24、方便、运行经济可靠。8.38.3高层建筑热水高层建筑热水8.3.1高层建筑热水供应特点 高层建筑具有层数多、建筑高度高、热水用水点多等特点。如果采用一般建筑的热水供应方式,则会使热水管网系统中压力过大,产生配水管网始末端压差大、配水均衡性难以控制等一系列问题。因此与高层建筑给水系统相同,解决热水管网系统压力过大的问题,可采用竖向分区的供水方式,高层建筑热水系统分区的范围应与给水系统的分区一致,各区的水加热器、储水器的进水均应由同区的给水系统设专管供应,以保证系统内冷、热水的压力平衡,便于调节冷、热水混合龙头的出水温度,也便于管理。8.38.3高层建筑热水高层建筑热水8.3.1高层建筑热水供应特
25、点 但因热水系统水加热器、储水器的进水由同区给水系统供应,水加热后,再经热水配水管送至各配水龙头,故热水在管道中的流程远比同区冷水龙头流出冷水所经历的流程长,所以尽管冷、热水分区范围相同,混合龙头处冷、热水压力仍有差异,为保持良好的供水工况,还应采取相应措施适当增加冷水管道的阻力,减小热水管道的阻力,以使冷、热水压力平衡。8.38.3高层建筑热水高层建筑热水8.3.2高层建筑热水供应方式 高层建筑热水供应系统的分区供水方式主要有集中式和分散式两种。1.1.集中式热水供应方式集中式热水供应方式 如图8-14所示,集中式热水供应方式各区热水管网自成系统,水加热设备、循环水泵集中布置在建筑物的底层或
26、地下室,水加热器的冷水由各区给水水箱供给,此种方式的管网图式多采用上行下给式。图8-14集中式热水供应方式1冷水箱2循环水泵3排气阀8.38.3高层建筑热水高层建筑热水8.3.2高层建筑热水供应方式 集中式热水供应方式的优点是:各区供水自成系统,互不影响,供水安全、可靠;设备集中设置,便于维修、管理。其缺点是:高区水加热器和配、回水主立管管材需承受高压,设备和管材费用较高,因此该种给水方式不宜用于多于三个分区的高层建筑。8.38.3高层建筑热水高层建筑热水8.3.2高层建筑热水供应方式 2.2.分散式热水供应方式分散式热水供应方式 如图8-15所示,分散式热水供应方式各区热水管网也自成系统,但
27、各区的水加热设备、循环水泵分散设置在各区的设备层中,根据建筑物情况,水加热设备可放在本区管网的上部或下部。其优点是:各区水加热器承压小,制造要求低,造价低,回水立管短。其缺点是:设备分散设置不但要占用一定的建筑面积,维护管理不便,热媒管线较长。图8-15分散式热水供应方式a)各区均为上行下回式 b)各区系统混合设置1水加热器2给水水箱3循环水泵8.38.3高层建筑热水高层建筑热水8.3.2高层建筑热水供应方式 2.2.分散式热水供应方式分散式热水供应方式 高层建筑热水供应方式选择时,应考虑以下几点:1)对于居住类建筑如住宅、医院、疗养院、旅馆、宾馆等,当给水压力大于0.35MPa时,或对于非居住类建筑如办公楼、公共建筑等,当给水压力大于0.45 MPa或压力波动较大时,为使用方便、减少设备的损坏和漏水、降低系统的振动和噪声,宜设冷水箱、调节阀等减压、稳压装置等。2)冷水管路图式与热水系统管路图式尽量保持一致。思考题思考题1.高层建筑给水排水工程具有什么特点?2.高层建筑给水竖向分区的理论依据是什么?3.高层建筑新型排水系统各有什么特点?4.高层建筑热水系统与冷水系统分区一致的原因是什么?本章完本章完 谢谢谢谢！
