超高层住宅小区生活给水系统选择综合分析_明铁山.pdf

73INSTALLATION2023.6Technology Exchange 技 术 交 流明铁山 王省 康远（中国建筑第二工程局有限公司华南分公司 广东深圳 518040）摘 要：本文以某超高层住宅小区的生活给水系统为例，通过比较分区并联恒压变频供水系统与分区串联重力供水系统两种供水系统方案在初期投资、运行费用、日常维护、系统稳定等方面的优缺点，选择出了适合超高层住宅小区工程的生活供水系统。关键词：超高层住宅 恒压变频供水 重力供水中图分类号：TU992 文献标识码：B 文章编号：1002-3607（2023）06-0073-03超高层住宅小区生活给水系统选择综合分析1 工程概况深圳市某住宅小区项目由三座超高层住宅塔楼、裙房商业、配套6班幼儿园和附属地下建筑组成，其中住宅塔楼均为53层，商业裙房为3层，地下建筑共4层，分别布置地下汽车库及附属设备用房，建筑高度172.1m，总建筑面积190,288.6m2。每栋塔楼设置三处避难层，分别位于9F、25F、41F。住宅每层共8户，依照建设单位设计标准，每户住宅人数按该户型床位数+1计算，计算出每层人数共30人，住宅各分区生活用水量见表1。裙房、幼儿园及地下室生活给水由市政给水直供，塔楼住宅采用分区供水，依据GB 50015-2019建筑给水排水设计标准第3.4.3条：“当生活给水系统分区供水时，各分区的静水压力不宜大于0.45MPa”的相关要求1，系统竖向分区如下：4F13F为一区，14F24F为二区，25F34F为三区，35F44F为四区，45F至屋面层为五区，本次分析仅针对塔楼住宅区生活给水系统。2 综合分析2.1 系统方案设计方案一：三栋塔楼给水系统竖向分区设计相同，一区五区采用低位贮水箱加恒压变频供水设备的并联加压供水系统，生活供水泵组由主泵加辅泵配气压罐的形式组成，每台水泵均单独设置变频器，水泵组出水总管上设置压力表，恒压变流量模式供水。三栋塔楼合用生活水泵房，各分区生活供水泵组及低位贮水箱设置于生活水泵房内，泵房位于地下三层。方案二：三栋塔楼给水系统竖向分区设计相同，一区四区采用高位水箱加减压阀分区的重力供水系统，五区采用高位生活水箱加变频供水设备的加压供水系统，其中一区三区高位水箱设于41层避难层，四区、五区高位水箱设于屋面机房层，低位贮水箱（水箱容积同方案一）和转输水泵设置于地下三层生活水泵房。一区四区重力供水部分的减压阀组设置在各分区最不利层供水立管处，阀后压力保证各分区的静水压力不大于0.45MPa。依据GB 55020-2021建筑给水排水与节水通用规范第3.3.6条：“给水加压、循环冷却等设备不得设置在卧室、客房及病房的上层、下层或毗邻上述用房，不得影响居住环境”的相关要求2，方案二未考虑将生活供水泵组设置在避难层，以减少设备运转对避难层相邻上下层住宅舒适性的影响。2.2 系统设备成本分析本次方案对比采用差量法，通过对比两方案中不同的工程量差，计算设备、材料的造价差，得出哪个系统方案的设备建造成本更低。两方案的低位贮水箱、低位表1 生活用水量表名称用水量标准/(L（人d）-1)数量人用水时间/h小时变化系数最高日用水量/(m3d-1)平均时用水量/(m3h-1)最大时用水量/(m3h-1)一区250810242.45202.508.4420.67二区250990242.45247.5010.3125.27三区250810242.45202.508.4420.67四区250810242.45202.508.4420.67五区250810242.45202.508.4420.67全部2504230242.451057.5044.07107.95未预见水量用水量10%105.804.4110.80合计1163.3048.48118.75ANZHUANG2023年第6期74技 术 交 流 Technology Exchange水箱消毒设备及每层水表后给水支管布置情况相同，不在对比范围。方案一采用分区并联变频供水泵组的供水系统3，生活给水系统主要设备材料见表2。相较于方案一，方案二在设备选择上增加了2套工频转输水泵组，每处一用一备，减少了一区四区共4套变频供水泵组，调小了五区变频供水泵组扬程参数，增加6座不锈钢生活水箱及6台自洁式水箱消毒器。2.3 初次建造成本对比成本对比包括生活水箱、供水设备、管道、消毒设施。方案一中地下生活水泵房建筑面积大于方案二，而方案二增加了屋面生活水泵房（可考虑与高位消防水箱间合用），故本次对比中未包括土建建造成本比较。造价仅考虑材料、设备单价，未考虑人工费、规费、税金及利润等因素，初次建造成本对比表见表4。表2 方案一主要设备材料表序号设备及材料名称规格型号数量备注1一区变频供水泵组主泵：Q=19m3/h，H=98m，N=11kW辅泵：Q=7m3/h，H=98m，N=4.0kW1400气压罐3台1台1台两用一备一用一用2二区变频供水泵组主泵：Q=22m3/h，H=129m，N=15kW辅泵：Q=8m3/h，H=129m，N=5.5kW1400气压罐3台1台1台两用一备一用一用3三区变频供水泵组主泵：Q=19m3/h，H=161m，N=15kW辅泵：Q=7m3/h，H=161m，N=5.5kW1400气压罐3台1台1台两用一备一用一用4四区变频供水泵组主泵：Q=19m3/h，H=188m，N=18.5kW辅泵：Q=7m3/h，H=188m，N=7.5kW1400气压罐3台1台1台两用一备一用一用5五区变频供水泵组主泵：Q=19m3/h，H=215m，N=18.5kW辅泵：Q=7m3/h，H=215m，N=7.5kW1400气压罐3台1台1台两用一备一用一用6S31603不锈钢管DN80，公称压力2.50MPa1952.5m立管及横干管7S31603不锈钢管DN100，公称压力2.50MPa250m横干管表3 方案二主要设备材料表序号设备及材料名称规格型号数量备注1一、二、三区转输水泵Q=75m3/h，H=165m，N=45kW2台一用一备2四、五区转输水泵Q=45m3/h，H=220m，N=45kW2台一用一备3五区变频供水泵组主泵：Q=19m3/h，H=20m，N=2.2kW辅泵：Q=7m3/h，H=20m，N=1.1kW1400气压罐9台3台3台每处两用一备每处一用每处一用4一、二、三区高位水箱SUS316L有效容积13.3m33座 每处一用，容积取最大时用水量50%5四、五区高位水箱SUS316L有效容积7.6m33座每处一用，容积取最大时用水量50%6自洁式水箱消毒器WTS-2B6台每处高位水箱一用7S31603不锈钢管DN80，公称压力2.50MPa906.3m立管8S31603不锈钢管DN100，公称压力2.50MPa1125m立管及横干管9S31603不锈钢管DN150，公称压力2.50MPa50m横干管方案二采用一区四区高位水箱重力供水系统，五区高位生活水箱+变频供水设备加压供水系统321，生活给水系统主要设备材料见表3。表4 初次建造成本对比表对比项方案一/万元方案二/万元给水泵组45.432.2S31603不锈钢管46.648.1高位生活水箱10消毒设施9.9合计92100.2表5 各分区不同工况耗电量表分区一区二区三区四区五区水泵 性能效率/%功率/kW效率/%功率/kW效率/%功率/kW效率/%功率/kW效率/%功率/kW高峰609.196513.656214.616017.636020.16日常534.25606.03586.38548.00558.98低谷622.18623.50623.58584.47585.11耗电量/kWh85.11123.81131.13162.30183.57合计耗电量/kWh685.922.4 运行成本分析2.4.1 方案一供水系统运行耗电量计算之前，首先假设住宅全天用水情况，高峰用水时间3h，各区用水量按最大时用水量计；日常用水时间12h，各区用水量按平均时用水量计；低谷用水时间3h，各区用水量按平均时用水量的60%计，日总用水时间18h，凌晨后供水泵进入休眠模式，小流量用水由气压罐供水。变频供水设备采用恒压变流量供水模式，各分区水泵流量和扬程详见表2。根据水泵特性曲线和等效率曲线，查得各时段水泵-电机综合效率。根据轴功率计算公式N=9.8QH/（3600）计算水泵工作功率4，并计算日耗电量（见表5）。采用方案一的供水模式，日总耗电量685.92kWh。电价按0.96元/kWh计算，日电费0.96685.92658.48元/d，年电费：658.4836524.03万元/年。75INSTALLATION2023.6Technology Exchange 技 术 交 流2.4.2 方案二供水系统运行耗电量一、二、三区转输水泵工况分析，住宅全天用水情况参照方案一，高峰用水时间3h，各区用水量按最大时用水量计，高峰用水量为73.273=219.81m3；日常用水时间12h，各区用水量按平均时用水量，日常用水量为29.9112=358.92m3；低谷用水时间3h，各区用水量按60%平均时用水量计，低谷用水量为29.910.63=53.84m3；日总用水量约为632.57m3，转输泵日耗电量（632.57/75）45=379.54kWh。依照上述方法对四、五区转输水泵工况分析，日总用水量为392.71m3，转输泵日耗电量（392.71/45）45=392.71kWh。五区变频泵高峰运行时=68%，对应输入功率=1.65 kW；日常运行时=58%，对应输入功率=0.79kW；低谷运行时=62%，对应输入功率=0.44kW；耗电量=1.653+0.7912+0.443=15.75 kWh。采用方案二的供水模式，总耗电量=379.54+392.71+15.75=788kWh。电价按0.96元/kWh计算，日电费0.96 788756.48元/d，年电费756.4836527.61万元/年。2.5 方案综合对比分析方案综合对比情况见表6。综合各项要素对比可以得出，方案一变频供水设备加压供水系统后期运维成本较低；设备集中设置，方便物业维护管理；对居住环境影响较小；但系统受用水量冲击负荷影响较大，高区供水稳定性对变频泵组品质要求高。方案二减压分区重力供水系统+变频供水设备加压供水系统水泵组的初次投资成本较低；抗用水冲击负荷能力强；但后期运维成本偏高；高位水箱及供水设备布置分散，增加后期物业维护清洗工作量；屋面变频供水设备运行可能带来噪声影响，屋顶高位生活水箱可考虑与高位消防水箱合用，但应采取保证消防用水不被占用的措施；如高位生活水箱最低有效水位高于高区最不利点用户的几何高差大于15m时，最高供水分区可采用重力供水，节省一套变频供水设备的采购建造成本。本项目仅有三栋住宅塔楼，对于大型住宅小区，随着住宅楼栋数量增加，高位生活水箱及消毒设备数量、转输泵流量必然随之增加，会造成方案二的初期建造及后期维护成本增大。如顾虑超过一定供水压力的变频泵组运行稳定性的情况，也可将方案一、二供水系统结合设计，即一三给水表6 方案综合对比表项目方案一方案二综合对比初次建造成本92万元100.2万元方案一较好运行电费24.03万元/年27.61万元/年方案一较好供水设备设备数量多，集中设置设备数量少，设置分散方案二较好管道系统系统较简单系统较复杂方案一较好物业维护变频设备维护高位水箱清洗、减压阀及高位水箱间定期检查等工作方案一较好系统稳定性系统较稳定，可能受较大的用水冲击负荷影响系统稳定，可适应较大的用水冲击负荷方案二较好噪声影响设备房集中设置在地下室，影响较小屋顶设备间可能对顶层住户有影响方案一较好分区采用方案一的变频供水系统，四五分区采用方案二的重力供水系统+变频供水系统。此时新方案仅就四五供水分区与方案一进行对比可得，方案一设备成本约为19.4万元，新方案设备成本约为32.9万元；方案一年电费约为12.12万元/年，新方案年电费约为14.31万元/年，方案一的综合成本优势依然明显。对于变频供水泵组，全变频