民用建筑的二次供水是整个城镇供水的组成部分,是最终保障供水水质和供水安全的重要环节。随着城镇建设的快速发展,二次供水的设计、施工、维护和管理的重要性更加突出。目前指导二次供水的设计文件有很多,如《中华人民共和国城市供水条例》^[1]《二次供水工程技术规程》^[2]《建筑给水排水设计规范》^[3]《城镇给水排水技术规范》^[4]《民用建筑节水设计标准》^[5]《绿色建筑评价标准》^[6]等。

在南宁民用建筑的二次供水设计,还应满足本地的行政文件如《广西壮族自治区城市二次供水管理办法》^[7]《广西二次供水工程技术规程》^[8]《南宁市城市供水节水条例》^[9]以及南宁的城市供水企业对二次供水的内部管理规定。二次供水系统涉及到用户的供水安全,是南宁市供水企业的重点审批内容。

南宁市的城市供水设施实行分段管理。贸易结算水表前的设施(含贸易结算水表)由城市供水企业负责,贸易结算水表后的设施由用户负责。建筑小区的二次供水方案由城市供水企业负责审批通过后方可实施,二次供水设施由其管理单位负责运行、维护和管理,并按照规定检查维修、清洗保洁,确保安全供水。

南宁市供水企业对已经采用一户一表抄表到户的工程实例分析后发现减压阀容易损坏而且维修困难,例如供电局金湖丽景小区、广西壮族自治区监察厅福岭花园小区等,均是由于减压阀失效,严重影响用户用水,最终重新对管道系统进行了改造。加上《广西二次供水工程技术规程》5.1.9的条文说明中提出“但从目前实践经验看,减压阀容易坏,不宜大量推广使用”的观点,因此针对住宅类建筑的二次加压系统,南宁市供水企业提出如下要求:

(1) 由于该类项目供水安全性要求高,考虑供水企业接收统管后,直供区和非直供区的运行管理问题,因此要求该类项目中住宅类用户全部采用二次加压系统进行加压。

(2)由于水量、水压等供水保障及舒适性要求高,要求给水系统不得使用减压阀。

(3)针对不得设置减压阀的要求较难满足《绿色建筑评价标准》(GB/T 50378-2014)评分项的情况,经分析讨论,该标准6.1.2条提出“给排水系统设置应合理、完善、安全”,且采用减压阀减压的方式本身并不节能,因此应在优先确保住宅建筑供水系统安全供水的前提下采取其他设计措施满足《绿色建筑评价标准》相关要求。

对于二次供水的竖向分区,相关规范有定性约定和定量约定。

定性约定主要有以下规范内容:

(1)《建筑给水排水设计规范》(GB 50015-2003,2009年版):竖向分区应根据建筑物用途、层数、使用要求、材料设备性能、维护管理、节约供水、能耗等因素综合确定。

(2)《城镇给水排水技术规范》(GB 50788-2012):“竖向分区应根据使用要求、材料设备性能、节能、节水和维护管理等因素确定。”

(3)《绿色建筑评价标准》(GB/T 50378-2014):“给排水系统设置应合理、完善、安全。”

定量约定主要有以下规范内容:

(1)《建筑给水排水设计规范》(GB 50015-2003,2009年版):竖向分区的基本要求如下:①各分区最低卫生器具配水点出的静压不宜大于0.45 MPa;②静水压大于0.35 MPa的入户管(或配水横管),宜设减压或调压设施;③各分区最不利配水点的水压,应满足用水水压要求;④居住建筑入户管给水压力不应大于0.35 MPa。

(2)《民用建筑节水设计标准》(GB 50555-2010):“各分区最低卫生器具配水点的静水压不宜大于0.45 MPa,且分区内低层部分应设减压设施保证各用水点处供水压力不大于0.2 MPa。”

(3)《住宅建筑规范》(GB 50368-2005)^[10]:“套内分户用水点的给水压力不应小于0.05 MPa,入户管的给水压力不应大于0.35 MPa”。

由于定性约束存在众多主观因素,本文仅从定量约定角度分析问题,并假设满足定量的约束,就可以满足定性的约束。由于竖向分区供水压力的不平衡,必然导致分区低层部分压力高于分区的最高层的压力。《住宅建筑规范》(GB 50368-2005)的定量约定是强制性条文,因此在住宅给水系统设计中,必须避免竖向分区中低层住宅入户管的给水压力大于0.35 MPa。

以1栋高层住宅楼(假设为1#楼)为例,1#楼住宅建筑高度约为97.25 m,最高层为33层,第33层楼面标高为94.2 m,1层为商业网点,2～33层为住宅,其中第18层为绿化架空层,生活泵房设在地下室2层,泵房地面标高为-9 m。二次加压给水系统采用变频调速给水系统,市政给水水压为0.3 MPa。当二次供水的竖向分区按7层为一个加压分区计算时,结果详见图1和表1。

表1中,住宅用水点最不利按蹲便器自闭式冲洗阀计算。在广西大部分地方的人民习惯采用蹲便器配自闭式冲洗阀的生活方式,因此,在计算水泵扬程时应充分计算自闭式冲洗阀的水头损失较大的工况。在入户管进水压力复核的同时还得考虑水头损失较小的普通用水器具的工况。从表1中看出,在变频恒压给水系统出水压力恒定在128.2 m时,如果使用蹲便器自闭式冲洗阀,27层的入户压力为28.1 mH₂O,按入户1个水龙头用水进行复核时,由于用水量小,假设此时总的水头损失为2 m H₂O,那么27层的计算入户水龙头压力=28.1+4.5+7.8=40.4(m H₂O)>35 mH₂O,超过强制性条文0.35 MPa的要求。通过上述分析,入户水压是个动态的过程,使用不同的卫生器具时具有相应不同的入户水压,表1显示28层在使用1个水龙头的工况下入户压力(37.5 mH₂O)超出35 mH₂O。在不设减压措施的前提下,本单体有2种解决方式避免入户超压:①方式1:按5层一个竖向加压分区进行设计;②方式2:采用出水量和出水水压基本一致卫生器具,如用低水箱代替自闭式冲洗阀。

方式1相对来说更加耗能。即使忽略增加变频设备的成本因素,由于变频给水系统的供水方式有规模越大越节能,规模越小越耗能的特点,而水泵的设计流量是根据管道秒流量计算,对于本项目来说,5层一个竖向分区和7层一个竖向分区的秒流量相差不到1 L/s,加上实际选泵的因素,前者分区的系统比后者耗能。方式2更加不合理,毕竟用户的生活习惯不是由设计师设计出来的,而且通过强制改变用户的习惯来满足设计规范是本末倒置的设计思路。

在实际工程中,住宅小区通常是多栋高层组合在一起,这种情况,还应考虑到距离泵房最远的高层建筑分区的工况。假设住宅小区共1#～6#楼,每栋楼功能高度都与上述1#楼一样,其中6#楼为最远,水表井至水泵的水平长度(L1)约有150 m。那么该楼的水泵扬程大致增加了4.7 mH₂O(计算过程略),30层的入户压力=31.7+4.7=36.4(mH₂O),也超过35 mH₂O。加压泵距各单体水表的长度决定了加压泵的富余压力,再加上在实际选泵的时候,还乘以附加系数1.05～1.1。因此,在满足最不利楼层的设计压力时,其他楼层不可避免存在富余压力,通过减压措施平衡各楼层压力满足用户的使用要求,控制入户压力不超过0.35 MPa以保护用户的卫生器具寿命是合理的设计方式。不能简单地认为设置减压设施就是耗能设计。

在众多减压措施中,减压阀已经广泛使用在安全等级要求更高的消防给水系统中,也有相应成熟的标准、规程。在某些超过100 m的高层住宅中,如果采用天面水箱上行下给的给水方式,那么利用减压阀进行给水分区基本上是首选。天面水箱供水的给水方式广泛应用在高层住宅建筑中利用太阳能加空气源辅助加热的集中供应热水系统,该系统通过设置减压阀达到冷、热水压力平衡。

对于本住宅小区,加压竖向给水分区有3种选择方式:①按8层一个加压分区,共4个加压给水分区,满足住宅用水全部采用二次加压给水供给。②按10～11层为一个加压分区,共3个加压给水分区,满足住宅用水全部采用二次加压给水供给。③按16层为一个加压分区,共2个加压给水分区,满足住宅用水全部采用二次加压给水供给。以上3种竖向分区方式都必须设置减压措施,才能满足规范要求。可以在供水安全稳定性大致相同的前提下,针对住宅小区的规模对给水系统竖向分区方案进行经济、节能对比,选出更好的方案。

为了规避给水系统采用减压阀,设计单位会通过其他方式如用减压孔板或者调节闸阀开启度、改变管径等方式,来达到所谓的减压效果。也会以“贸易结算水表后的设施由用户负责”作为设计依据,把减压阀设计在户内,最终安装由用户自理。这些做法的减压效果不可控制,无法保证使用效果,违背了供水管理部门的初衷。

以上仅从定量约定的角度进行分析。在设计给水系统竖向分区时,最终的目标是合理、完善、安全。在优先考虑住宅用户的舒适性、安全性的前提下,也充分考虑项目的差异性和系统的多样性,允许适当采用减压阀,从大局把控,把不稳定的因素(例如质量较差的减压阀)控制在合理范围,而不是一刀切,通过禁止使用减压阀而产生另外的不可控制的问题。建议供水企业对减压阀设备等质量不稳定的产品、设备建立准入制管理,保证产品质量的稳定,以提高给水系统的安全性,同时,供水企业与设计单位等单位积极互动,相互配合,最终使给水系统更加与时俱进。