“二次供水”在大高差地形工程设计中的应用

　　1 前言

　　根据国家行业标准CJJ 140-2010《二次供水工程技术规程》中的术语定义，“二次供水”特指当“生活饮用水对水压、水量的要求超过供水管网能力时，通过储存、加压等设施供给用户或自用的供水方式「1」”。本文所指“二次供水”，不仅限于生活饮用水，将供水范畴扩展至生活、生产及消防用水。

　　2 “二次供水”技术简介

　　“二次供水”方式包括管网叠压供水、变频调速供水、气压供水、增压设备与高位水池(箱)供水，以及各种供水方式的联合应用。在选择二次供水方式时，应综合考虑工程条件、设计标准「2～4」等因素，经技术经济比较后确定。为了实现管网供水能力与用户用水需求相匹配的目的，满足安全使用和节能、节地、节水、节材的目标，并符合施工安装、操作运行、维护管理等要求，“二次供水”方式的选择与系统设计至关重要。

　　3 工程实例

　　3.1 工程概述

　　本工程位于西南山区丘陵地带，四季温润，常年日均最低气温高于摄氏0℃以上。工程依托某大型工业企业，依山建造，建设地点地形复杂，地势高差大。工程建筑总面积逾5000平米，日用水量70m3/d，消防水量108m3/h，虽然工程建设规模及用水量不大，但是工程所含子项目众多，用水点分散，对水质、水量的使用要求也不同，因此存在一定的设计难度。

　　本工程涉及到给水设计的项目主要包括办公区的办公实验楼、车库，生产区的混凝土搅拌站、消防水池，以及作为配套设施的加压泵房。上述加压泵房、办公区及生产区分别位于低、中、高三个不同高度的山坡平台上(相对高程分别为9m，78m，106m)，各子项位置及地形剖面示意详见附图1。

　　图1 工程剖面示意图

　　3.2 工程设计

　　依据本工程特点及相关规范要求，给水设计设有生活给水系统、生产给水系统及消防给水系统，供水系统原理图详见附图2。

　　图2 给水系统原理图

　　生活给水系统由管网叠压供水设备及高位水箱组成，由管网叠压供水设备直接从厂区供水管网抽水加压，与高位水箱联合供给办公区和生产区的生活用水。最大小时用水量8m3/h，设计秒流量6L/s。

　　生产给水系统由一套变频调速加压设备构成，从消防水池抽水，加压后供给生产区混凝土搅拌站所需生产用水，设计流量6m3/h。

　　消防给水系统设有一座高位消防水池，重力流供水，提供办公区办公实验楼和车库消防时的室内、外消火栓用水。室内、外消火栓用水量分别为10L/s和20L/s，合计最大消防用水量为108m3/h。

　　本工程给水系统设计所采用的“二次供水”方式包括管网叠压、高位水箱(池)、变频调速等技术，以及各种方式之间的联合应用。各种“二次供水”技术的设计参数及特点详见表1，具体内容如下：

　　表1 “二次供水”设计参数及特点

　　序号“二次供水”方式所属系统设计流量

　　(m3/h)设计压力

　　(m水柱)设备位置用水点位置主要设计特点1管网叠压生活给水14110*低平台中平台

　　高平台充分利用管网压力，节能2高位水箱生活给水14重力自流，高差32m高平台中平台

　　高平台稳压，节能，减少管网叠压系统的启停3高位消防水池消防给水108重力自流，高差28m高平台中平台减少相关设备投资;供水安全稳定4变频调速生产给水643高平台高平台节能，节水，节材　　注：*管网叠压设备加压泵自身扬程为110m，叠加可利用管网压力25m。

　　3.2.1 管网叠压供水

　　管网叠压供水设备设置于低平台的加压泵房内，叠加供水管网水压后，供给办公区(中平台)生活用水，同时供给生产区(高平台)高位水箱和消防水池补充水。水源接自工程所依托企业厂区供水管网，供水干管管径为DN200，叠压设备进水管管径DN80。供水系统设计流量为14 m3/h，由生活区最大小时流量8 m3/h与生产区设计小时流量6 m3/h相加确定。管网叠压供水系统的最不利配水点为高位水箱进水口，加压水泵设计扬程为110m，由下式计算而来：

　　——水泵的设计扬程，110m

　　——最不利配水点与外网供水干管中心的标高差，105m

　　——最不利配水点与外网供水干管中心的管道沿程、局部阻力损失值，29m

　　——最不利配水点满足工作要求的最低工作压力，1m

　　——外网供水干管允许的最低工作压力，0.25MPa

　　管网叠压设备为成套设备，包括稳流罐、加压泵、稳压罐、控制柜及配套仪表等。加压泵2用1备，每台额定流量8 m3/h，扬程110m，加压泵工频运行。当用水量大于设计小时流量，达设计秒流量时，由管网叠压设备和高位水箱同时向管网供水。

　　3.2.2 高位水箱

　　高位水箱设置于生产区(高平台)的高位水箱间内，与管网叠压设备联合使用，供给办公区和生产区生活用水。高位水箱起稳压及调节流量作用，水箱调节容积为4m3，按最大时用水量(8 m3/h)的50%计算。水箱设有高、低报警液位，溢流、排污措施，紫外线消毒装置等。

　　3.2.3 高位消防水池

　　消防水池设置于生产区(高平台)，为办公区(中平台)的办公实验楼和车库提供消防用水。消防水池利用地势高差，维持消防管网处于常高压状态，可以满足消防时最不利点充实水柱不低于7m(办公实验楼)和10m(车库)的要求「3」，重力自流方式提高了供水的安全稳定性。

　　消防水池由管网叠压设备供水，通过水位控制阀控制补水阀门的启闭;为了维持消防水池水质，将消防水池作为生产给水系统的原水，以使池水更新，防止池水变质。消防水池的有效容积为252m3，设计消防用水量为216m3，采取了最低液位保护措施，保障消防用水不被动用。

　　3.2.4 变频调速供水

　　变频调速供水设备设置于消防水池前室，直接从消防水池吸水，加压后供给生产区(高平台)的混凝土搅拌站生产用水。变频调速设备采用成套设备，包括2台供水泵(1用1备)、气压稳压罐、控制柜及配套仪表等。设备的设计供水能力为6m3/h，出口扬程43m，采用恒压变流量控制方式。

　　3.3 设计总结

　　地形高差大、建筑项目分散、供水系统繁杂是本工程的特征，综合考虑工程条件、设计标准、运行维护、技术经济等因素，采用多种“二次供水”技术的联合应用则是本工程的设计特点，总结如下：

　　(1)采用管网叠压供水技术，充分利用原有管网的供水压力，实现节能效果;

　　(2)设置高位水箱，与管网叠压设备联合使用，可以按小时流量进行设备选型，减少设备投资，当用水达设计秒流量时，由管网叠压设备与高位水池同时供水;高位水箱对供水系统起稳压作用，减少叠压设备的启停与管道压力波动，便于使用及运行管理;

　　(3)生产用水点地势高，压力要求大，由变频调速加压设备间接供给生产用水，而不是由管网叠压设备直接供给，降低了整个系统的设计压力，避免生活给水系统采取额外的减压措施，可以减少设备投资和管材费用，实现节能效果，达到安全运行、维护方便的目的。

　　(4)生产用水由消防水池提供，水质可以满足生产需要。池水的补充防止了水质恶化，避免了更换池水所造成的水资源浪费，达到节水目的。

　　(5)消防用水不是由管网叠压系统加压供给，或者采用在办公区(中平台)设置消防水池和消防泵的方式，而是在高平台设置高位消防水池，利用地势高差维持消防管网的常高压状态，靠重力流直接供给消防用水。此方式供水稳定性高，满足消防要求，并达到减少设备投资、便于维护管理的目的。

　　4 结束语

　　本文结合工程实例，介绍了多种“二次供水”技术在给水系统设计中的综合应用，由于所述工程有其特殊性，在方案选择、设计标准方面难免有不妥之处，但仍希望在类似工程的给水设计中，能够给同业人员带来一些借鉴意义。

　　参考文献

　　【1】二次供水工程技术规程 CJJ 140-2010 中华人民共和国行业标准

　　【2】建筑给水排水设计规范 GB 50015-2003(2009年版) 中华人民共和国国家标准

　　【3】建筑设计防火规范 GB 50016-2006 中华人民共和国国家标准

　　【4】管网叠压供水技术规程 CECS 221-20107 中国工程建设标准化协会标准

　　【5】全国民用建筑工程设计技术措施-给水排水(2009年版) 住房和城乡建设部工程质量安全监管司&中国建筑标准设计研究院编

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