我国幅员辽阔, 且经纬度跨越大, 高海拔地区分布较广, 包括青海省、新疆自治区、甘肃省、四川省、云南省的局部区域, 西藏自治区全部。同时因其海拔高, 有着平均气温低、日均温差大、冻土深 (高纬度区域) 、气压低、含氧少等特点。本文主要针对高海拔地区给排水设计应注意的问题进行探讨, 以保证系统的正常运行。

高海拔地区因紫外线强烈、空气干燥、冬季寒冷, 当地人民为了保护肌肤不被晒伤, 有着沐浴少等生活习惯。同时, 为了合理控制工程造价, 在这些地区都制订了适合当地情况的用水定额 (见表1) 。

表1用水定额一般比《建筑给水排水设计规范》^[1]及《室外给水设计规范》^[2]取值偏低。同时, 当地审查机构会严格按此标准执行。因此, 在设计初期应充分收集当地地方规范及条文, 严格执行。当无地方规范及条文时, 建议结合当地生活风俗、习惯等综合分析采用合适的用水定额。另外, 这些区域一般家庭人口较多, 对居住类建筑设计中每户使用人数较一般地区要大。

高海拔地区因大气压力及含氧低, 以致空气介质冷却效应降低、散热能力下降、电机温度增加。海拔每升高1 000 m, 电机温度增加3%～10%, 故要 修正温升限值。《全国民用建筑工程设计技术措施 给水排水》》 (2009年版) ^[3]2.7.10条对变频供水设备环境条件要求均需满足。另外, 根据某知名品牌样本, 输出功率 (P2) 与环境使用温度、海拔有要求 (见图1) 。图1中1代表MG电机, 功率0.37 kW和0.55 kW;2代表MG电机, 功率0.75～0.22 kW;3代表Siemens电机, 功率30～75 kW。不同功率电机出现变化点不同 (见表2) 。如果环境温度超过上述最大环境温度值或海拔高度超过上述最大海拔值时, 电机存在过热危险将不能满载工作。需要对水泵配置电机做出修正。

专业水泵厂家在接到订单时均会要求采购方提供设备工作环境温度及海拔, 以便对电机选型校核。一般需要选择高原电机或提高电机功率方可满足设计参数需求。高原电机有更高等级绝缘材料 (见表3) , 因此其电机的带荷出力较普通电机高。

气蚀是给水系统水泵运行中常见、影响严重的问题。尤其对于在高原上使用的离心泵, 因水泵叶片流槽长, 正常输水水流易被气泡破坏, 影响水泵寿命, 甚至出现损坏叶轮、烧毁电机等现象。因此, 建筑类给水系统应采取自灌吸水, 避免气蚀发生。泵房的吸水管路应严格按照坡度及坡向要求安装。《建筑给水排水设计规范》^[1]对管道敷设环境作了要求, 应尤其重视给水管道设计, 敷设在有可能冻结的房间、地下室及管井、管沟等处的给水管道应有可靠的保温防冻措施 (见图2、图3) ^[4]。

给水立管位置、水表位置、水箱位置应充分考虑防冻问题。生活水箱应设置在具有保温级值班采暖的房间, 采暖温度不低于5 ℃。对无采暖建筑立管尽量设置在建筑阳面内侧。根据西藏地区经验, 建筑阴面与阳面, 温度差异可达6～8 ℃, 室外冻土深度也有明显差异。为了降低冻结危害, 可在给水系统底部设置可靠的放空措施。室内洗衣机龙头当有冰冻危害时, 可采用新型产品防冻栓, 有效避免冻结。

目前给排水系统常用能源有燃气、燃油、电能、城市热力管网以及可再生的太阳能、空气能、地热等。在高海拔地区, 部分地区不仅电能得不到保障, 燃油等设施在环保上也受到限制。但高海拔地区因其独特地理及气候特征, 往往有丰富的太阳能资源。太阳能热水系统经多年发展, 已是一种成熟的再生资源利用方式。《建筑给水排水设计规范》^[1]规定对太阳能较为丰富地区, 宜优先采用太阳能作为热水供应热源。大部分高海拔地区都有充足的太阳能, 属太阳能资源的Ⅰ、Ⅱ资源丰富区^[5]。经综合分析后, 可选择太阳能热水系统, 既响应国家节能减排号召, 又经济合理。

太阳能热水系统按集热器中的介质不同可分为太阳能直接系统和太阳能间接系统^[5]。为了保证太阳能系统正常运行, 在高海拔区应考虑防冻措施:

(1) 直接系统循环定温防冻。设置温控仪对环境温度进行监测, 当温度低于设定值时, 系统循环水泵启动, 当温度高于设定值时, 循环泵停止。

(2) 直接系统排空防冻。通过排空太阳热水系统管路和集热器中的水, 防止管路结冰。

(3) 直接系统合理利用废热防冻。直接系统的热水管道与可靠的废热管道合用管井, 利用废热防冻。

(4) 间接系统采用防冻液传热防冻。选择可靠度高且无毒的产品, 以保证使用安全。

对于高海拔地区, 由于太阳能资源丰富且连续日照天数较多, 太阳能热水系统在运行的过程中, 易出现过热现象。《民用建筑太阳能热水系统应用技术规范》^[3]规定太阳能热水系统应安全可靠, 内置加热系统必须带有保证使用安全的装置, 并对防过热也有相应的要求。

在高海拔地区因空气稀薄, 采用燃气或燃油锅炉应校核喷嘴流量与进气量关系 (可由厂家进行调试) , 以保证燃烧充分, 避免积碳或熄火。

在高海拔地区因寒冷易冻, 生活排水系统应采用内排水系统, 且排水立管也应做相应的防冻处理;雨水排水系统可根据冬季降水量、当地经济水平、建筑是否设置采暖等因素综合考虑, 宜采用内排水系统^[4]。

在高海拔地区排水存在水质含油或残渣多、气候寒冷干燥等特点, 排水系统设计应注意以下问题:

(1) 保证水封。高海拔地区因空气干燥, 对没有补水的地面排水地漏水封极易干涸。因此在排水管道设计时, 可采用洗手盆或洗涤盆排水对易干涸地漏补充水封, 即共用存水弯。

(2) 保证管路通畅。对排放含食物残渣或油脂多的排水管路放大排水坡度, 避免残渣堵塞管道。

(3) 管路防冻。在管路设计时, 可设置综合管井或管沟, 与采暖管道合用。另外对排水系统存水弯防冻也应重点注意。

有组织排水的大跨钢构建筑屋面天沟产生积雪, 极易使雨水斗及雨水管冻结而影响排水通畅。该类型建筑在降雪后, 昼间钢屋面吸收热量, 积雪融化流进雨水系统, 夜间未排尽过程中突遇气温降低而冻结, 日复一日, 极易造成冻堵, 甚至造成更大的损害。因此雨水排水系统应考虑以下问题:

(1) 对檐口冰柱、檐口积雪滑落等问题均应在设计中做相应考虑。

(2) 保温及防冻。对重点区域雨水系统建议采用电伴热系统, 对雨水斗、雨水管做相应的电伴热及保温处理, 以保证雨水系统通畅, 不造成二次伤害。

在高海拔地区因气候严寒、有冻土的特点, 室外给排水重点在于如何达到合理的防冻, 以保证室外给排水管网的正常使用, 降低维护成本。

(1) 给排水井盖均设置带双层保温井盖, 在井盖之间根据当地气温填充保温材料, 且设置憎水层。

(2) 室外给水栓及室外消火栓采用防冻型产品, 同时注意避免倒流污染。

(3) 管道埋深满足规范的要求。资料上可查实的冻土深度往往与实际冻土深度有一定的出入, 建议咨询当地气象以及参考地勘资料数据。

在高海拔地区由于其自身的气候特点, 在管材选择时应充分考虑材料的适应性以及成品保护, 尤其是该地区紫外线强烈, 塑料管材在运输、存储、安装过程中需要注意遮阳保护。管道接口及安装注意线膨胀问题。同时注意当地地方规定以及产品配件和售后服务等。

当采用电伴热保温系统时, 应注意电力的可靠保障, 同时做好保温措施以及应急措施。

对高海拔地区的给排水设计, 应充分分析当地的气候条件、生活习性、建筑特点、机电产品自身在高原的性能等, 采取合理的供水系统, 在每个系统设计中注意保温防冻等细节, 方可保证正常运行。