摘 要：本文对高层建筑给水、热水、消防和排水系统的特征以及设计中注意的要点进行了细致分析，对高层建筑给水排水设计具有实际意义。
关键词：给水排水；高层建筑；设计
近年来，随着经济的快速增长，房地产市场繁荣发展，高层建筑不断涌现，高层建筑给水排水设计随着科学水平的不断提高，技术更先进，设备更完善、功能更齐全。它具有用水要求高、水流量大等特点，必须不断改进和提高高层建筑给水排水技术才能满足高层建筑的功能要求，确保给水排水系统的良好运转。
一、高层建筑给排水系统的主要特征
高层建筑一般具有高度大、层数多、振动源多、用水要求高、水流量大等特点，在建筑给水排水工程的设计、施工、材料等方面都要求较高。高层建筑给水排水工程与低层建筑给水排水工程相比，特点如下:
高层建筑给水系统静水压力大，供水必须进行合理的竖向分区，设计中必须控制好最不利点的最低工作压力和最低静水压力，才能确保系统的运行安全、避免管道及配件的损坏; 高层建筑消防系统的安全可靠性要比底层建筑的高，引发火灾的因素多，火灾危险大，火势蔓延速度快，而且扑救困难。由于我国目前消防设备能力有限，火灾的扑救难度较大，因此高层建筑的消防系统必须以自救为基础；高层建筑的排水管道长，排水量大，管道中所承受的压力波动大,系统必须确保水封不被破坏，提高排水系统的排水能力，同时应设置通气管系统或采用新型单立管系统，稳定管道的压力；高层建筑多采用集中供应热水系统，集中供热系统已成为高层建筑的“卖点”之一，同时也是高层建筑档次的标志。集中热水系统设计应使用水点能随时取用温度恒定、压力稳定的热水。
二、高层建筑给排水系统方案设计
给水排水系统方案设计包括给水系统设计、消防系统设计、排水系统设计以及热水系统方案设计。结合高层建筑给排水系统的主要特征，进行给排水系统方案设计，确保高层建筑给排水系统日常运行的安全性、经济性、合理性。
1、给水系统方案设计
高层建筑给水系统的设计中最为关键的是给水方式的选择，它直接关系到生活给水系统的使用质量和工程造价。根据《建筑给排水设计规范》中相关条文，高层民用建筑生活给水系统应竖向分区，且各分区最低卫生器具配水点处静水压力不宜大于0．45MPa；水压大于0．35MPa的入户管，宜设置减压阀。除此之外应该合理确定给水系统垂直分区，保证给水设备卫生器具的正常使用，避免压力过高，出现不必要的能量浪费。给水器材出水过猛，当启闭这些器材时易产生水击，使管网产生噪声、振动甚至管件破裂，致使卫生洁具给水零件容易破坏。
就目前我国城市给水状况而言，市政水压一般只能满足建筑五至六层的生活用水要求，对于高层建筑，城市市政给水管网的水压就不能满足高区部分生活用水的要求，绝大多数采用分区给水方式，因此合理划分生活给水系统竖向分区，控制最不利点的最低工作压力和最低静水压力，针对不同的高层建筑，二次加压供水方式主要如下几种：
（1）水泵水箱联合供水；该供水方式供水可靠，但缺点是该种供水系统需设水泵吸水箱和屋顶高位水箱两个水箱，容易产生水质二次污染；另外将水一次提升至屋顶水箱，低区再通过减压阀减压供水，存在不节能和减压阀因减压比过大，造成减压阀失灵的隐患，而且因屋顶水箱容积较大，增加土建工程量，且固定的屋顶水箱在地震时存在鞭稍效应，对建筑物安全不利。
（2）地下生活调节水箱通过变频加压设备供水；该供水方式取消了高位水箱，减少了一个水质可能受到污染的环节，水压稳定，供水可靠，能克服第一种供水方式不能满足顶层燃气热水器等对水压的要求的缺点，几个供水分区的设备可集中放置，方便管理，变频加压设备可配置气压罐及小流量泵，当用水量较小时，主泵可休眠，可依靠小流量泵或气压罐维持供水流量和压力，可用于市政管网压力较小的情况。
（3）管网叠压供水设备供水；其优点与第二种相同，不同之处是充分利用市政管网压力。其缺点是调节水量较少，在市网较长时间停水时不能满足用水要求。可用于市政管网压力较大，供水量全天大于用水量的情况，但该方式一般会影响其他地方供水，建议在限定条件下使用。
2、排水系统方案设计
高层建筑排水系统最主要的问题在于如何解决水气混合两相流的顺畅。在排水过程中首先要考虑高楼层排水对管材的冲刷，其次要考虑水气混合流对卫生器具水封稳定的破坏。管中的气压发生激烈变化，会形成正压喷溅或负压抽吸，对排水管系中卫生器具水封的稳定产生严重影响，导致排水管道系统不能正常工作。
针对高层排水的特点，我们在设计当中应该考虑三个方面。首先，需要进行严格水力计算，控制立管设计流量不超过规范规定的最大流量值。其次，在排水立管中采取一些消能措施，减少水流的下降速度，避免由于水流的冲击对管系造成破坏，工程中一般自顶层起每隔6层设置一套消能装置。最后，保证水管系安全的重要措施就是设置专用的通气立管与大气相通，从而释放排水管系中的正压以及补给空气减小负压，使管内的气压保持接近大气压力，保证立管内的空气流通，排除排水管道中的有害气体，保护卫生器具的水封，试验表明设置专用通气立管可使立管排水能力提高一倍。或采用特殊单立管排水系统，但应注意消能措施。
以上措施可以保证在高层建筑排水系统设计时由于建筑高度引起的排水不利因素得到有效消除，保证系统安全。
3、消防系统方案设计
高层建筑消防应立足于室内自救，建筑设计中应采用特殊的防火措施，严格执行国家和地方现行的消防与条例，并提交国家消防主管部门论证，灭火剂以水为主，其他灭火剂为辅。高层建筑消防给水系统主要有自动喷水灭火系统、消火栓灭火系统，火灾自动报警系统，另外还包括应急照明，疏散指示，气体灭火，水喷雾。高层建筑消防系统方案设计中应注意以下几个方面的设置：
(1)正确设置消防水池及保证高层建筑两路供水
通常在高层建筑中，在市政供水不能满足消防用水量要求或市政为单路进水时，规范都要求设置消防水池。计算消防水池容积时，应将火灾延续时间内室内各消防用水量之和减去市政进水管的补水量。补水时间可按最长的火灾延续时间计。如果要考虑室外消防用水量或是设置生活、消防共用水池，则还需要补充相应的用水量。当设置生活、消防共用水池时，不能利用建筑物的本体结构做水池池壁以及池底，以防止生活水质污染。对此，《强制性条文》中已经明令禁止。同理，如果高层建筑屋顶设有生活、消防共用水箱，也应满足该要求。从消防水池接入水泵间的引入管应该保证不少于2根，如果在接入泵房前就将引入管汇合为一，对消防水池而言，仅为单路供水，存在供水的安全隐患。同时，从消防水泵接入各消防管网的供水管也应保证两路。
(2)消防管网布置成环状
高层建筑中一般要求消火栓系统布置成环状管网，在某些大面积的建筑内，由于各方向均布置了消火栓和消防立管，此时我们可将底层与顶层的消防干管均连成水平环路，立面又形成以立管相连的竖直环路，这种立体管网对消防供水最为安全。可是对于某些条形建筑，设计中我们只要将管网竖向成环即可，不必刻意追求这种立体管网，如果强行将消防干管绕成环路，将人为的使系统复杂化，且无太大意义。
(3)消防增压泵的设置
为保证《高层民用建筑设计防火规范》或《自动喷水灭火系统设计规范》要求的最高层消火栓或喷头的静压力值，在高位水箱的水位差不够的情况下，设计中我们一般在高位水箱处设置消防增压泵。首先，增压泵的流量要满足1股水柱或1个喷头的水量；其次，增压泵的扬程不宜过大。由于高位水箱消防水位与顶层消火栓或喷头已有一定的位差，规范要求的静压力值减去这个水位差就是增压泵的最小扬程，所以增压泵的扬程一般只需要几米足以满足要求。如果增压泵扬程选的过大，将导致下层管网承压过高，消火栓出口压力或是各层自喷配水干管入口处压力增大，均需采取减压措施，使消防系统复杂化。但是仅靠增压泵来满足消防静压要求也不合适，因为增压泵的运行由压力传感信号控制向消防系统不断打水以维持压力，水泵需要常年频繁启停，机件容易损坏。故在条件允许的情况下，与建筑协商适当抬高水箱位置，利用高位水箱稳压最为稳妥；建筑条件实在不允许时，设计选择带气压水罐的增压设施亦可。
4、热水系统方案设计
高层建筑热水供应系统，按照供应范围的大小可分为:局部热水供应系统、集中热水供应系统和区域热水供应系统三类。高层建筑几乎普遍设置了设备齐全的集中热水供应系统。供水压力的平衡是设计集中热水系统首要考虑的问题。根据建筑物的高度，热水系统必须要实行与给水系统相一致的竖向分区，并由相应的给水系统供水才能保证各用水点的冷热水压力均衡，取得良好的效果，各分区冷水和热水系统不能共用减压阀，须分别减压后供给。为保证住宅每个用户开龙头就有热水，设计采用全循环系统，将配水干管、立管和分支管上部都设有相应的回水管道。集中热水系统主要由下列部分组成:
(1)热媒系统(第一循环系统)。热媒系统由热源、热交换器和热媒管网组成。由热力站生产的热媒(蒸汽或热水)通过热媒管网送到热交换器加热冷水。热媒在封闭的管网内循环，完成热的传递。对于有市政热力网的高层建筑其热水供应系统可不必设置专用的热力站，而将热交换器的热媒管道和回水管道直接与热力网连接。
(2)热力供应系统(第二循环系统)。热水供水系统由热水配水管网和回水管网组成。被加热到设计温度的热水，从热交换器供出经配水管网送至各个热水配水点.而热交换器的冷水由高位水箱或给水管网补给。为保证各用水点随时都有设计水温的热水，在立管和水平干管甚至支汗蒸房管设置回水管，使一定量的热水经过循环水泵流回热交换器以补充管网所散失的热量。考虑管网内因温度变化引起水的膨胀，应采取措施消除热水体积膨胀和由于膨胀引起的超压问题。
在进行高层建筑热水系统具体设计时，要注意水垢问题，软化、控制热水温度。高层建筑的热水系统排气很重要，须在配水管最高处设置排气装置，并要保证不能形成凸凹形。
总之，高层建筑给水排水设计对广大群众的日常生活及安全意义重大，作为给排水设计人员应本着技术、安全、实用、美观、经济的原则，不断总结和完善设计技术，寻求最佳的给排水设计方案，适应社会发展的新要求，满足人民群众不断提高的物质文化和生活要求。
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