超高层建筑供水系统设计探讨

超高层建筑供水系统设计探讨

彭勃1骆芳2

（中建三局城市投资运营有限公司  武汉  430000；中南建筑设计院股份有限公司  武汉 430071）

摘要：生活供水系统为长期高频率运行的的系统，给排水设计重点应考虑供水系统安全稳定、能耗低、运营维护管理方便，降低物业管理成本。本文以多家独立单位入驻的超高层建筑为例，结合独立单位要求供水设备独立设置的要求，比较泵箱供水系统与变频及泵箱联合合供水系统方案优缺点。

关键词：生活供水系统；超高层建筑；泵箱供水系统；变频供水系统；设备独立设置；投资；能耗

0前言：

超高层建筑生活供水系统一般需转输加压供水，本项目为满足多个大业主供水设备独立管理的要求，对工程设计人员提出许多新的问题和挑战。下面分享笔者在该工程供水系统选择的经验和体会，供大家商榷。

1 项目概况

本超高层建筑为单位自持物业。项目总建筑面积26.00万平方米，其中地上建筑面积约19.0万平方米，地下建筑面积7.0万平方米。

本项目为超高层建筑，高度206.60米。主楼设置4个避难层，避难层均匀布置。主楼高区有三家子公司入驻， 41层设置服务总部的用餐食堂，中低区为外租办公区、漫步休闲层。附楼1、2层为商业、展览，3至九层为为外租办公，其中五层为食堂、六层为运动、休闲场地。附楼东侧十至十八层为办公及办公配套，为集团子公司交规院独立管理使用，副楼西侧十至十六层为酒店，十七、十八层为设计集团加班公寓。项目功能分区图如下图：

图1 项目功能分区

2生活给水系统 

根据业主管理团队意见，本项目生活给水系统除酒店及公寓设置独立的供水系统外，其余业态设置一套供水系统,但要求子公司交规院、城建院、安环院及集团总部设二级总表计量，供水设备自水箱后独立分开，且保证系统供水舒适节能。为满足业主各业态供水设备独立的要求，本项目酒店及公寓、副楼交规院、低区2-9层外租办公均设置独立变频供水泵，本文主要比较主楼（10-44）层生活给水系统方案。主楼10-44层用水量统计如表1：

表1主楼各区水量估算

方案一采用泵箱系统供水。1区：主楼10层至17层，21层避难层的高位水箱重力供水；2区：主楼18层至21层，由40层避难层的高位水箱重力减压供水；3区：主楼22层至29层，由40层避难层的高位水箱重力减压供水；4区：主楼30层至36层，由40层避难层的高位水箱重力供水；5区：主楼37层至39层，由40层避难层的城建院变频供水设备供水；6区：主楼40层至43层，由40层避难层的集团变频供水设备供水。

方案二采用泵箱及变频结合供水系统.1区：主楼10层至17层，由21层避难层的高位水箱重力供水；2区：主楼18层至21层由21层避难层的办公2区变频供水设备供水；3区：主楼22层至29层，由21层避难层的安环院变频供水设备供水；4区：主楼30层至36层，由40层避难层的高位水箱重力供水；5区：主楼37层至39层，由40层避难层的城建院变频供水设备供水；6区：主楼40层至43层，由40层避难层的集团变频供水设备供水。

3设备选型及投资分析

 初次投资包括土建设备房、储水设备、消毒设备、供水设备、管材、阀门、施工安装费用。本项目两个方案设备房面积、管道布置、消毒设备基本一致，故不计入比较。方案一增加50米DN65管道及70米DN100管道。设备层水箱按不小于本区最大时流量75%+10min转输水泵流量计算，两个方案主要设备如表2所列：

表2给水系统方案比较

两个方案均可实现水箱后供水设备完全分开，方案一高区转输水泵功率较大，管材略多，转输水箱容积较大，多一个减压分区，需串联减压，多两组减压阀组，但方案二因为变频水泵多两组，变频泵及控制柜的价格偏高，使得方案一的造价（约40.2万元）低于方案二（约48.7万元）。

4运行费用分析

运行费用按100%入住率，每年运行250天计算，平均日水量按最高日水量的0.8计。商业用电，在1-10千伏的分类标准中，电费价格为0.7377元/kW·h。因变频供水量随实际用水情况时刻变化，为简化计算，低谷流量用水量占日用水量30%，流量为水泵额定流量的30%；常用水量为日用水量50%，流量为额定流量的50%；高峰用水量占日用水量20%，流量为设计秒流量；夜间水泵进入休眠模式。

1）工频泵运行费用计算：

                      (1)

W——运行费用，元；

Qd——最高日提升水量，m3/d；

T——运行天数，天；

Qq——水泵额定流量，m3/h；

N——水泵额定功率，kW；

ƞ——水泵效率；

M——电费价格为0.7377元/kW·h；

2）变频泵运行费用计算：

        (2)

K1——用水量占比百分数；

Qq1——假设工况段水泵平均流量，m3/h；

Np1——假设工况段水泵功率，kW；

                 (3)

ƞ1——假设工况段水泵功率，高峰段按水泵特性曲线及等效率曲线选取，常用水量段及低谷流量段参照额定转速泵选取近似值。

3）根据计算公式（1）、（2）及表1用水量统计，方案一、方案二运行费用详表3。

表3 两种方案运行费用比较

根据分析计算，虽然泵箱系统水泵的流量和扬程为近似恒定值，水泵在高效区工作，但由于2、3区提升后再减压供水，整体运行能耗较重力加变频供水方案高。变频供水实际存在小流量高能耗工况，运行时段和用水量变化与简化计算有一定偏差，但仍可看出重力加变频供水方案更节能。

5供水可靠性及运行维保比较

在设备可靠性方面，重力供水由于机电设备少，潜在故障少，因此是一种比较可靠的供水方式，即使出现断水断电的情况，水箱内的存水仍可以供应一段时间；重力加变频供水可靠性较重力供水低，原因在于变频供水区域在断电或设备故障的情况下会很快断水，但随着基础设施建设不断完善，超高层建筑供电保障高，水泵选用优质产品，该故障发生概率较低。

在设备运行维保方面，与重力加变频供水方案相比，重力供水方案水泵数量较少，在水泵维护方面具有优势，但由于该系统采用了较多的减压阀且部分分区需串联减压阀，而减压阀作为需要经常维保的设备，增加了维保工作；重力加变频供水情况则相反，水泵维保工作量大，减压阀维保工作量小，可见两个方案在这方面各有利弊。

6结论及建议

通过以上对两种供水方案在系统形式、设备投资、运行费用、供水可靠性及运行维保方面进行了对比。可以看出，在初投资和运行费用上，重力供水初投资低，运行费用高，重力加变频系统则相反，因此在设备长期使用的情况下，重力加变频方案更加经济，另外随着能源价格的不断上涨，该系统经济性将日益明显。

在可靠性上，两个方案均都能满足办公业态的要求，相比较而言，重力供水更为可靠，但减压阀串联减压可靠性相对降低；在运营维护上，两个方案各有利弊。

本项目重力加变频供水方案在经济性上具有优势，供水可靠性和运行维保上也均能满足业态要求，且各大业主在水箱后采用独立供水设备更能符合用户需求，因此本设计优先采用重力加变频供水方案。