2.5　樓宇給排水系統

智能樓宇大多是高層建筑，其給排水系統的特點如下。

①高層建筑內人數眾多，對生活衛生及保安防火設施要求較為嚴格，因此必須裝設具有標準較高的給水排水系統，以保證給水排水的安全可靠性；

②高層建筑的高度大，造成給水管道內的靜壓力較大，過大的水壓力，不但影響使用、浪費水量而且增加維修工作量，為此對給水管道系統、熱水管道系統及消防給水系統必須進行豎向分區；

③高層建筑發生火災的因素很多，一旦著火，火勢猛、蔓延快，撲救不易，人員疏散也很困難，因此，當高度超過十層以上時，要求建筑內消防系統必須有自救能力，為此高層建筑要設置獨立的消防供水系統；

④高層建筑內設備復雜，各種管道交錯，必須搞好綜合布置，要求不滲不漏；另外高層建筑對防震、防沉降、防噪聲等要求也較高，因此在給排水工程設備中還需要考慮抗震、防噪聲等措施。

以上情況要求智能樓宇的給水排水工程的規劃、設計、使用材料設備及施工等方面比一般建筑都更高，必須全面規劃、相互協作，做到技術先進、經濟合理、工程安全可靠。

2.5.1　供水系統

高層建筑的高度大，一般城市管網中的水壓力不能滿足用水要求，除了最下幾層可由城市管網供水外，其余上部各層均需提升水壓供水。由于供水的高度增大，如果采用統一供水系統，顯然下部低層的水壓將過高，過高的水壓對使用、材料設備、維修管理均將產生不利影響，為此必須進行合理豎向分區供水。分區的層數或高度，應根據建筑物的性質、使用要求、管道材料設備的性能、維修管理等條件，結合建筑層數劃分。在進行豎向分區時，應考慮低處衛生器具及給水配件處的靜水壓力，在住宅、旅館、醫院等居住性建筑中，供水壓力一般為300～350kPa；在辦公樓等公共建筑可以稍高些，以350～450kPa的壓力為宜，且最大靜水壓力不得大于600kPa。

為了節省能量，應充分利用室外管網的水壓，在最低區可直接采用城市管網供水，并將大用水戶如洗衣房、餐廳、理發室、浴室等布置在低區，以便由城市管網直接供水，充分利用室外管道壓力。

根據建筑給水要求、高度、分區壓力等情況，進行合理分區，然后布置給水系統。給水系統的形式有多種，各有其優缺點，但基本上可劃分為兩大類，即重力給水系統及壓力給水系統。

（1）重力給水系統

這種系統的特點是通過水泵將水提升到最高處水箱中，以重力向給水管網配水，如圖2-36所示。應對樓頂水池水位進行監測并在高/低水平超限時報警。根據水池（箱）的高/低水位控制水泵的啟/停，并監測給水泵的工作狀態和故障，當使用水泵出現故障時，備用水泵會自動投入工作。重力給水系統用水是由水箱直接供應，即為重力供水，供水壓力比較穩定，且有水箱貯水，供水較為安全。但水箱重量很大，增加建筑的負荷，占用樓層的建筑面積，且有產生噪聲振動的弊端，對于地震區的供水尤為不利。

（2）壓力給水系統

壓力給水系統是指在地下室或某些空余之處設置水泵機組、氣壓水箱等設備，采用壓力給水來滿足建筑物的供水需要，壓力給水可采用并聯的氣壓水箱給水系統，也可采用無水箱的幾臺水泵并聯給水系統。

①并聯氣壓給水系統　是以氣壓水箱代替高位水箱，而氣壓水箱可以集中設置于地下室水泵房內，以避免樓房設置水箱的缺點，如圖2-37所示。氣壓水箱需用金屬制造，投資較大，且運行效率較低，還需設置空氣壓縮機為水箱補氣，因此耗費動力較多，近年來有的采用密封式彈性隔膜氣壓水箱，可以不用空氣壓縮機充氣，既可節省電能又能防止空氣污染水質，有利于環境衛生。

②水泵直接給水系統　這種系統可以采用自動控制的多臺水泵并聯運行，根據用水量的變化，開停不同水泵來滿足用水的要求，也可節省電能。如采用計算機控制更為理想。水泵直接供水，最簡便的方法可以采用調速水泵給水系統，即根據水泵的出水量與轉速成正比關系的特性，調整水泵的轉速而滿足用水量的變化，同時也可節省動力。水泵調速有下列幾種方法。

a.采用水泵電動機可調速的聯軸器。電動機的轉速不可調，在用水量變化時，通過調節可調速的水泵電動機的聯軸器，以此改變水泵的轉速以達到調節水量的目的，聯軸器類似汽車的變速箱。

b.采用調速電動機。由用水量的變化而控制電動機的轉速，從而使水泵的水量得到調節，方法設備簡單、運行方便、節省動力、效果很好，如圖2-38所示。近來，有一種自動控制水泵葉片角度的水泵，即隨著水量的變化控制葉片角度的改變來調節水泵的出水量，以滿足用水量的需要。這種給水系統設備簡單、使用方便。無水箱的水泵直接給水系統，最好是用于水量變化不太大的建筑物中，因為水泵必須長時間不停地運行。即便在夜間，用水量很小時，也將消耗動力，且水泵機組投資較高，需要進行技術經濟比較后才能確定。

2.5.2　排水泵運行

智能樓宇的衛生條件要求較高，其排水系統必須通暢，保證水封不受破壞。有的建筑采用糞便污水與生活廢水分流的方法來避免水流干擾，改善衛生條件。智能樓宇一般都建有地下室，有的深入地面下2～3層或更深些，地下室的污水常不能以重力排除，在此情況下，污水集中于污水集水井，然后以排水泵將污水提升至室外排水管中。污水泵應為自動控制，保證排水安全。智能樓宇排水監控系統的監控對象為集水井和排水泵。排水監控系統的監控功能如下。

①污水集水井和廢水集水井水位監測及超限報警；

②根據污水集水并與廢水集水井的水位，控制排水泵的啟/停，當集水井的水位達到高限時，聯鎖啟動相應的水泵，當水位達到高高限時，聯鎖啟動相應的備用泵，直到水位降至低限時聯鎖停泵；

③排水泵運行狀態的檢測以及發生故障時報警。智能樓宇排水監控系統通常由水位開關、直接數字控制器組成，如圖2-39所示。

2.5.3　水泵的節能運行

水泵是給水排水工程中的一個重要組成部分，它起著提升水位，輸送和調節水量的作用，被稱為給水排水工程的心臟。水泵站的全部投資在整個工程的投資中所占比例很小，而泵站的運行費用所占比例則很大，由此可見，在設計水泵站時，首要問題是提高泵站效率以降低動力費用。提高泵站效率的關鍵在于合理地選擇水泵，水泵的性能和數量不但決定了泵站動力費用的大小，還影響泵站的造價以及運轉管理和維修工作，因此必須慎重考慮。

水泵種類很多，給水工程中最廣泛應用的是離心泵。因為離心泵結構簡單、體形輕便，效率較高、價格低、流量和揚程在一定范圍內可以調節，故非常適用于給水泵站。在給水泵站中水泵的流量、揚程、功率及數量的確定，應該根據供水量及其所需水壓的變化情況來綜合考慮，以滿足供水安全、可靠，水泵工作效率高，運行電費省，以及維修管理方便和節省基建投資的要求，同時還要考慮發展的需要。選用水泵要根據設計流量和揚程及管網的水力計算和用水量曲線來確定。泵的通用性能曲線如圖2-40所示，從圖中可知，當泵的轉速（n₀）一定時，泵的揚程H在流量小的區域內是隨著流量的增加而增加的，但超過一定的區域后，會隨著流量的增加而急劇下降。泵的效率變化呈馬蹄形，先是隨著流量的增加而增加，到達最高點之后又會下降。當泵的轉速改變時，泵的揚程隨轉速的增減而增減。圍繞高效率區呈現一個近似斜方形的面積，表示泵在某些轉速下可以以較高的效率運行，如圖中所示出的n₃～n₆，流量在Q₁附近的區域即為高效運行區。流體在管路中流動，其流量與管路阻力有一定的關系。表示流量與阻力關系的曲線，稱為此管路的特性曲線。當管路一定時，管路阻力與流量的平方成正比。安裝在管路上工作的泵經吸入管路自吸液池中吸上的液體，又經壓出管路將液體送往排液池，單位時間內由泵排出的液體體積與同一時間內在管路中流動的液體流量是一致的。在此流量的情況下，單位質量液體在泵中獲得的能量，也正是這個質量的液體流經管路時所需要的能量，按同一比例尺將泵在給定轉速下的性能曲線H-Q與管路裝置的特性曲線繪制在同一坐標上，這兩條曲線的交點就是泵在此管路系統中的工況點，表示當時泵在此管路系統中運轉的工況，即流量、揚程、功率和效率，如圖2-41所示。改變工況點有以下三種辦法。

（1）泵的性能曲線不變，改變管路特性曲線

通常用壓出管路上的閘閥來調節，閘閥開度關小，則管路特性曲線變陡，如圖2-41中的R₂，工況點由1改變為2，流量由Q₁改變為Q₂，揚程曲線H₁改變為H₂；同理，若將閘閥的開度加大，則管路特性曲線變為較平坦，如圖中的R₁，工況點為1，流量與揚程分別為Q₁與H₁。

（2）管路特性曲線不變，改變泵的性能曲線

即通過改變泵的轉速來調節工況點，如圖2-42所示。當轉速從n₂變到n₆時，工況點從A變到E，其中B、C兩點工況為最佳工況（效率最高）。這種調節辦法比用閘閥調節更為經濟，用變頻器加三相交流電動機作動力，控制簡便，可實現最佳工況運行。

（3）泵的性能曲線與管路特性曲線同時改變

即泵的調速和管路上的閘閥調節同時進行，水泵的節能運行是通過合理的調節工況的方法，使泵運行在最佳工況區域。目前最實用的方法是用交流調速裝置作為泵的動力，使泵調速運行。