浅议建筑给排水设计的计算方法

　　摘要：本文主要论述了建筑给排水设计中给水所需的水压、给水所需水量、给水设计秒流量、给水管网的水力等几个重要设计指标的计算方法和注意事项。

　　关键词：建筑给排水设计,水压计算,水量计算,秒流量计算,水力计算

　　一、给水所需的水压计算

　　在方案或初步设计阶段，应先估算给水系统所需压力，初步确定给水系统采用的给水方式，然后对建筑内部给水管道系统进行水力计算，从而准确地确定室内给水系统所需的压力，和建筑室外给水管网水压复核。对层高不超过3.5米的民用建筑，可用经验法估算给水系统所需的压力(自室外地面算起) 。建筑内给水系统所需压力估算一般为一层为100kPa,二层120 kPa，三层160 kPa 三层以上每加一层加40 kPa即4m水柱。建筑物所需要的水压应按最不利点所需要的水压进行计算，计算公式为：H = H1 + H2 +H3 + H4。

　　二、给水所需水量计算

　　用水定额是指用水对象单位时间内所需用水量的规定数值，是确定建筑物设计用水量的主要参数之一。其数值是在对各类用水对象的实际耗用水量进行多年实测的基础上，经过分析，并且考虑国家目前的经济状况以及发展趋势等综合因素而制定的，以作为工程设计时必须遵守的规范。合理选择用水定额关系到给排水工程的规模和工程投资[1]。生活用水定额可以分为住宅生活用水定额，公共建筑生活用水定额，居住区生活用水定额，工业企业建筑生活用水定额，热水用水定额等等。最高日用水量 ,其中 为用水单位数， 为最高日生活用水定额，建筑物的最高日用水量　即一年中最大日用水量，根据建筑物的不同性质，采用相应的用水量定额进行计算。

　　消防用水量大而集中，与建筑物的使用性质、规模、耐火等级和火灾危险程度等密切相关，为保证灭火效果，建筑内消防水量应按需要同时开启的消防用水灭火设备用水量之和计算[2]。建筑内部给水系统的计算是在完成给水管线布置，绘出管道轴侧图后进行的。计算的目的是确定给水管网各管段的管径和给水系统所需的压力，复核室外给水管网的水压是否满足室内给水系统所需压力的要求。

　　三、给水设计秒流量计算

　　设计流量是确定管径和系统所需压力的主要依据。建筑用水不均，为保证建筑内部用水，生活给水管道的设计流量，应为建筑内部卫生器具按最不利情况组合出流时的最大瞬时流量，又称为设计秒流量。建筑内部给水管道的设计秒流量的确定方法，一般可分为三种类型：经验法、平方根法和概率法。

　　住宅建筑的生活给水管道的设计秒流量应按公式 计算， 为计算管段设计秒流量(L/s); 为计算管段的卫生器具给水当量同时出流概率(%); 为计算管段的卫生器具给水当量总数。计算步骤：

　　1)根据住宅配置的卫生器具给水当量、使用人数、用水定额、使用时数及小时变化系数，计算出最大用水时卫生器具给水当量平均出流概率：

　　为生活给水管道最大用水时卫生器具给水当量平均出流概率(%); 为最高用水日用水定额; 为每户用水人数; 为小时变化系数; 为每户设置的卫生器具给水当量数; 为用水时数(h); 为一个卫生器具给水当量额定流量(L/s)。采用概率法进行计算时，生活给水管道最大用水时卫生器具给水当量平均出流概率的计算是关键，

　　2)　根据计算管段上的卫生器具给水当量总数计算得出该管段的卫生器具给水当量的同时出流概率：

　　， 为计算管段的卫生器具给水当量同时出流概率; 为对应于不同U0的系数 ; 为计算管段卫生器具给水当量总数;

　　3)　根据计算管段的卫生器具给水当量同时出流概率，即可应用 计算，得出计算管段的设计秒流量值。

　　当给水干管连接有两条或两条以上给水支管，而各个给水支管的最大用水时卫生器具给水当量平均出流概率具有不同的数值时，该给水干管的最大用水时卫生器具给水当量平均出流概率应按加权平均法计算，此处不作说明。

　　四、给水管网的水力计算

　　计算给水管网系统中各管段的管径 d、计算各管段通过设计秒流量时所造成的水头损失h，根据每段的水头损失h，求整个管网系统所需水压 H，复核市政给水管网的水压能否满足系统最不利配水点所需要的水压，根据计算压力选择水泵、水箱或气压水罐等加压设备并确定所需扬程。

　　管道的计算是在完成管道布置，绘出管道系统轴测图以后，根据用水龙头等用水配件的布置，轴测图中的管道位置，管轴线标高等进行计算。根据建筑物性质和卫生器具当量数来计算各管段的设计秒流量，根据流量计算公式，已知流速、流量，即可确定管径：

　　为计算管段的设计秒流量m3/s ;　 为计算管段内的流速，m/s; 为计算管段的管径 m。其中 的大小将直接影响系统的经济合理性。

　　给水管网中的水头损失包括沿程水头损失和局部水头损失以及水表的水头损失等[3]。根据水力学基本原理，管段的沿程水头损失可按水力坡降进行计算，公式如下： ， 为管段的沿程水头损失 kPa或 mm H20; 为计算管段长度，m; 为水力坡降，即管道单位长度水头损失，kPa/m。

　　给水管道单位长度水头损失应按下式计算： ， 为水力坡降， 为管段计算内径，(m)， 为给水管段设计流量，(m3/s); 为海澄—威廉系数。实际工程设计时，理论计算量比较大，一般可以直接使用根据上述公式编制而成的管道的水力计算表。

　　局部水头损失计算公式为 ， 沿流动方向局部零件下游的流速(m/s); 为管段的局部水头损失之和，(kPa); 为管段局部阻力系数; 为重力加速度，(m/s2)。由于室内给水管网中的局部配件比较多，如阀门、弯头、三通等，局部阻力系数各不相同。

　　实际计算水力时，要根据室内给水系统的设计程序，首先确定给水方式，根据所选择的给水方式，进行管网系统的布置，并绘制设计草图，包括给水排水平面图和系统图等。然后以设计草图作为水力计算的依据。基本步骤为：

　　1.选择最不利配水点，确定计算管路;

　　2.节点编号;

　　2.选公式，各个管段的设计秒流量;

　　3.水力计算;根据设计秒流量和各管段的控制流速，查水力计算表;确定各管段的管径 d 和单位管长的水头损失 i ;计算最不利管路的总水头损失，求系统所需压力，定给水方式;

　　5.确定非计算管路管径;

　　6.有加压的，选择加压、贮水设备并确定设备安装高度等参数。

　　给水系统，应计算水表和计算管路的水头损失，求出给水系统所需压力H，并校核初定给水方式。若初定为外网直接给水方式，当室外给水管网水压H0≥H时，原方案可行;H略大于H0时，可适当放大部分管段的管径，减小管道系统的水头损失，以满足H0≥H的条件;若H>H0很多，则应修正原方案，在给水系统中增设升压设备。

　　五、增压和贮水设备设计注意事项

　　当室外供水管网直径较大、压力较高，水泵抽水量相对比较小的情况下可从市政管网抽水，但必须事先征得市政部门同意。当用水量较大，又不允许直接从外网抽水时采用从贮水池中抽水。在实际设计和计算时，要注意以下几点。

　　1.水泵应在高效区运行;当从贮水池抽水时，水泵宜设计成自灌式，自灌式水泵，单独的吸水管流速宜采用1.0～1.2m/s 。

　　2.当每台水泵单独从水池吸水有困难时，可采用单独从吸水总管上自灌吸水[4]。吸水总管内的流速应小于1.0m/s。

　　3.水泵吸水管与吸水总管的连接应采用管顶平接。

　　4.每台水泵的出水管上，设压力表、止回阀和闸阀;自灌式水泵吸水管上设闸板阀;非自灌式水泵入口处应装设真空表。

　　5.水泵直接从市政给水管网吸水时，吸水口处市政管网的压力不得低于100kPa。

　　6.生活水泵的备用泵不应小于最大一台运行水 泵的供水能力。

　　参考文献：

　　[1] 谢辉.对某公寓热水系统设计的探讨[J].企业家天地(下旬刊),2010,(10):242-243.

　　[2] 侯英娜,罗相国,卓瑞忠等.农村供水工程设计探讨[J].城市建设,2010,(30):45-46.

　　[3] 覃火坤,肖睿书,韦俏玲等.利用U0-αc详表和简化式快速计算住宅给水管道设计秒流量[C].//中国工程建设标准化协会建筑给水排水专业委员会、中国土木工程学会水工业分会建筑给水排水专业委员会第六届委员会成立大会暨学术交流年会论文集.2009:20-25.

　　[4] 王桂云.现代花园小区无负压管网增压稳流供水系统的分析与应用[J].中外建筑,2009,(2):138-139.

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