书城教材教辅智能建筑环境设备自动化
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第19章 建筑给排水系统及其设备自动化(2)

当室外管网能满足建筑物所需水量,但供水部门不允许水泵直接从室外管网抽水时,可设仅满足水泵吸水要求的吸水井,吸水井的有效容积不得小于最大一台水泵3min的出水量,且满足吸水管的布置、安装、检修和水泵通常工作的要求。

2.水泵

水泵是室内给水系统中主要的增压设备,一般多采用离心泵和管道泵。

水泵常设在建筑的底层或地下室内,这样可以减小建筑负荷、振动和噪声,且便于水泵吸水。水泵的吸水方式有两种:①直接从室外管网上吸水。适用于外网供水量大,水泵直接吸水时不影响管网的工作情况。经供水部门同意,可以采用由外网上直接抽水,这种方式可充分利用外网的压力,系统简单,并能保证水质不受污染。②水池-水泵抽水方式。当外网不允许直接抽水时,可建造贮水池,储备所需的水量,水泵从池中抽水,送入室内管网。储水池存储生活用水和消防用水,供水可靠,对外网无影响。高层民用建筑、大型公共建筑及由城市管网供水的工业区企业,一般采用此方式,此方式的水池易受污染,需增加消毒设备。

(1)水泵的流量

在生活(生产)给水系统中,无水箱时,水泵流量需满足系统高峰用水要求,故其流量均应以系统最大瞬时流量,即设计秒流量确定。有水箱时,因水箱能起调节水量的作用,水泵流量可按最大时流量确定。若水箱容积较大,或用水量较均匀,则水泵流量可按平均时流量确定。

生活、生产消防共用水泵,在消防时其流量除保证消防用水量外,还应保证生活、生产最大时流量。

(2)水泵的扬程

①直接从配水管中吸水时,水泵所需总扬程为:

Hp≥Z+H1+H2+H3-H0

式中Hp——水泵所需总扬程,mH2O;

Z——水泵的几何升水高度,即自连接引入管处给水管轴线至最不利配水点(或消火栓)间的垂直距离,m;

H1——吸水管和压水管的总水头损失,mH2O;

H2——水表水头损失,mH2O;

H3——最不利配水点(消火栓或水箱最高设计水位)处所需的流出水头,mH2O;

H0——资用水头,即引入管连接点室外管网的最小压力,mH2O。

②水泵从贮水池抽水时,水泵所需总扬程为:

Hp≥Z1+Z2+H1+H3

式中Z1——水泵吸水几何高度,即泵车至贮水池供水面间的垂直距离,m;

Z2——水泵压水几何高度,即泵轴至最不利配水点(消火栓或水箱最高设计水位)间的垂直距离,m;

H1、H3——同上。

水泵机组一般设置在水泵房内。水泵在工作时产生振动发生噪声,因此水泵房的位置应远离要求防振和安静的房间(如精密仪器室、病房、教室等),必要时在相应位置上设隔振减噪装置。

3.水箱

水箱设置在建筑物的屋顶上,起着存储水、调解用水量变化和稳定管网压力的作用。当室外管网内水压对多层建筑所需的压力呈经常周期性不足时,在用水低峰时,水箱从室外管网直接进水;而高峰水压不足时,由水箱供给水压不足的楼层用水。当室外管网压力经常不能满足建筑供水要求时,可以设置水泵和水箱联合供水系统,既可减小水箱容量,又可提高水泵运行效率,当高层、大型公共建筑中为确保用水安全或须储备一定的消防水量时,也需要设置水箱。

水箱是一种有效的调节设备。但由于水箱需设置在屋顶的最高处,容量也相当大,增加了建筑高度和结构荷载,有碍美观,不利于抗震。

常用的水箱做成圆形、方形和矩形。圆形水箱结构合理,节省材料,造价低廉,但平面布置不方便,占地较大。方形和矩形水箱布置方便,占地较小,但对于大型水箱结构较复杂,材料消耗量大,造价较高。

(1)水箱材料

水箱材料有以下几种。

①金属材料。大小水箱均可使用,重量轻,施工安装方便;但易锈蚀,维护工作量较大,造价较高。一般采用碳素钢板焊接,水箱内外表面要进行防腐处理。

②钢筋混凝土材料。适用于大型水箱,经久耐用,维护简单,造价较低;但重量大,管道与水箱连接处处理不好容易漏水。

③其他材料。小容积和临时性水箱可用木材做;也可使用塑料、玻璃钢等材料制作水箱。

水箱内有效水深一般为0.7~2.5m。

(2)水箱附件

水箱应设有进水管、出水管、溢流管、汇水管、信号管等。

①进水管。水箱进水管一般要从侧壁接入,当水箱靠室内管网压力进水时,进水管出口应装浮球阀。浮球阀不少于两个,其中一个坏了,其余仍能工作。每个浮球阀前装有检修闸门。

水箱由水泵供水,并利用水箱中水位自动控制。水泵运行时,不装浮球阀。

②出水管。出水管可从水箱侧壁或底部接出,进出水管合用时,出水管上安装止回阀。

③溢流管。溢流管从水箱侧壁接出,其直径比进水管大1~2倍。溢流管上不得安装闸门,不能与排水系统直接连接,必须采用间接排水。溢流管上应有防止尘土、昆虫、蚊蝇等进入的措施,如设置水封、滤网。

④泄水管。水箱泄水管从水箱底部最低处接出。泄水管上装有闸门,并可与溢流管相接,但不得与排水系统直接连接。泄水管管径一般采用40~50mm。

⑤信号管。信号管与溢流管的溢流液面齐平,即水箱水位在溢流管还没有溢流时,信号管开始流水。管径采用15mm,接至经常有人值班房间的洗脸盆、洗涤槽处。

⑥通气管。设在饮用水箱的密封盖上,管上不应设阀门,管口应朝下,并设防止尘土、昆虫和蚊蝇进入的滤网,通气管径一般不小于50mm。

(3)水箱的容积

水箱的有效容积应根据调节水量、生活和消防储备水量确定。调节水量,应根据用水量和流入量的变化曲线确定,如无资料时,可估算。如水泵为自动启闭时,不得小于日用水的5%;如水泵为人工启闭时,不得小于日用量的12%;仅在夜间进水的水箱,生活用水储备量按用水人数和用水定额确定,一般水箱容积可取日用水量的50%。消防储备水量一般取10分钟的消防用量,为避免水箱容积过大,根据建筑防火规范规定:一类公共建筑不小于18m3,二类公共建筑和一类居住建筑不小于12m3,二类居住建筑不小于6m3。消防储水量在平时不得被动用。

(4)水箱的设置高度

高位水箱的设置高度,应按最不利处的配水管所需水压计算确定。水箱底出水管安装标高为:

Z箱=Z1+H2+H3

式中Z1——最不利配水点标高,m;H2——水箱供水到最不利配水点计算管路总水头损失,mH2O;H3——最不利配水点的流出水头,mH2O。

对于储存有消防水的水箱,水箱安装高度难以满足顶部几层消防水压的要求时,需另行采取局部增压措施。

(5)水箱的安装

水箱间在房屋内应处于便于管道布置、通风良好的位置。采光好,防蚊蝇,室内最低气温不得低于5℃,水箱的净高不得低于2.2m。

4.气压给水设备

气压给水设备是给水系统中的一种利用密封储灌内空气可压缩性进行储存、调节和加压送水量的装置。其功能与水塔或高位水箱基本相似,罐的送水压力是压缩空气而不是位置高度,因此只要变更罐内空气压力,气压装置可设置在任何位置,如室内外、地下、地面或楼层中,应用较灵活方便,建设快,投资省,供水水质好,还有消除水锤作用等优点。但罐容量小,调节水量小,罐内水压变化大,水泵启闭频繁,故耗费电能多。

(1)按输水压力稳定性可分为变压式和定压式两类

变压式气压给水设备在向给水系统送水过程中,水压处于变化状态。罐内水在压缩空气的起始压力下(即最大工作压力的作用下)被压送至给水管网,随着罐内水量减少,压缩空气体积膨胀,压力减小,当压力降至最小工作压力时,压力继电器开始动作,使水泵启动。水泵出水除供用户外,多余部分进入气压罐,罐内水位上升,空气又被压缩。当压力达到最大时,压力继电器开始动作,水泵停止工作,由气压水罐再次向管网输水。

定压式气压给水设备在向给水系统送水过程中,水压维持恒定。在气、水同罐的单罐变压或气压给水设备的供水管上,安装调压阀,或在气水分罐的双罐变压给水设备的压缩空气连通管上安装调节阀,分别控制阀出口端的水压或气压系统所需压力。

(2)按气压水罐的形式可分为补气式给水设备和隔膜式气压给水设备。

3.2.6高层建筑给水系统

高层建筑(Tall Building)是指10层及10层以上或房屋高度大于24m的建筑物。高层建筑的高度是指室外地面至主要屋面之间的距离,不包括地下部分。若高度超过100m,则称为超高层建筑。

由于高层建筑的层数多,采用一般的供水方式,则管道中的静水压力势必很大。静水压力大将导致一系列不良后果。如管中的静水压力大于管道的承压能力(工作压力)而损坏管道,易产生水击造成管道振动和噪声,同时还会使出水产生喷射而使用不便。因此,有必要采取技术措施加以解决。这一解决方法就是进行竖向分区,即将高层建筑的给水管网竖向分为几个区域进行布置,使下层管道系统的静水压力减少。国产管道配件和卫生器具的工作压力一般为0.34~0.4MPa。因此,我国建筑给水排水设计规范规定高层建筑生活给水系统竖向分区:

对住宅、旅馆、医院宜为300~350kPa;办公室宜为350~450kPa。

我国建筑给水系统竖向分区有多种方式,现将常用的几种方式简介如下。

1.减压给水方式

整个高层建筑的用水由设置在泵房内的水泵抽升到最高处水箱,再逐级向下一区的高位水箱给水,形成减压水箱串联给水系统。其优点是水泵管理简单(水泵仅两台,一用一备),水泵及管路的投资较省,水泵占地面积小。缺点是设置在最高层的水箱总容积大,增加了结构负荷,而且起传输作用的管道管径也将加大,水泵向高位水箱供水,然后逐渐减压供水,增加中、低压区常年能耗,提高了运行成本,且不能保证供水的安全可靠,一旦上面任一区管道或水箱等设备出问题,便影响下面各区的供水。

各区的减压水箱由减压阀代替。这种产品在国内已有生产,价格便宜,安装方便,使用可靠。这种给水方式提高了建筑面积利用率(无水箱)。

2.并联给水方式

这种方式是将各供水区的水泵集中设于地下室,各水泵从储水池向各种供水区的水箱送水,再由各区的水箱向本区管网供水。这种给水方式比减压给水方式动力消耗小,可靠性高,水泵集中于底层,管理方便。缺点是占地面积大、设备及管路复杂等。

高层建筑每区内的给水管网,根据供水的安全要求程度设计成竖向环网或水平向环网。

在供水范围较大的情况下,水箱上可设置两条出水管接到环网。此外,在环网的分水节点处的适当位置设置阀门,以减少管段损坏或维修时停水影响供水范围。

高层建筑给水同样可采用气压给水及变频供水等方式。

3.2.7室内消防给水系统

对于建筑物中一般物质的火灾,利用室内消防给水设备是最经济有效的扑灭方法。火灾统计资料表明,设有室内消防给水设备的建筑物内,初起火灾,主要是用室内消防给水设备控制和扑灭的。

一般建筑物或厂房内,常常是消防给水与生产或生活给水组成的联合系统。只在建筑物防火要求高,不宜采用联合系统,或联合系统不经济或技术上不可能时,才采用单独的消防给水系统。

室内消防给水系统包括消火栓给水系统、自动喷淋灭火系统和水幕消防系统。消防系统应符合《建筑设计防火规范》(GB50016-2006)和《自动喷水灭火系统施工及验收规范》(GB50261-2005)。

1.类别

建筑消防给水可按以下不同方法分类:

按我国目前消防登高设备的工作高度和消防车的供水能力分,有低层建筑消防给水系统和高层建筑消防给水系统。9层及9层以下的住宅及建筑高度小于24m的低层民用建筑,室内消火栓系统主要是扑灭建筑物的初期火灾,后期火灾可依靠消防车扑救。对于高层建筑而言,因我国目前登高消防车的最大工作高度约为24m,大多数通用消防车直接从室外消防管道或消防水池抽水的灭火高度也近似为24m,不能满足高层建筑上部灭火要求,所以高层建筑消防给水系统要立足于自救,不但要扑救初期火灾,还应具有扑救大火的能力。

按消防给水系统的救火方式分,有消火栓系统和自动喷水灭火系统等。消火栓给水系统用水枪喷水灭火,系统简单,工程造价低,是我国目前各类建筑普遍采用的消防给水系统。自动喷水灭火系统由喷头喷水灭火,该系统自动喷水并发出报警信号,灭火、控火成功率高,是当今世界上广泛采用的固定灭火设施,但因工程造价高,目前我国主要用于建筑内消防要求高、火灾危险性大的场所。

按消防给水压力分,有高压、临时高压和低压消防给水系统。

按消防给水系统的供水范围分,有独立消防给水系统和区域集中消防给水系统。

2.室内消防水压的要求

消火栓水枪充实水柱的长度不应小于7mH2O,但甲、乙类厂房和超过6层的民用建筑、超过4层的厂房和库房内,水枪的充实水柱长度不应小于10mH2O。

消火栓栓口静水压力不应超过80mH2O。如超过则应采取分区给水系统,消火栓栓口处出水压力超过50mH2O时,应有减压设施。