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建筑给水排水设计秒流量计算方法研究 摘要 设计秒流量的计算是建筑给水排水设计中最重要的课题之一，是设计中最频繁的 工作，如何使设计秒流量的计算更符合实际情祝是一个值得探讨的问题。 本文对现阶段规范中我国建筑给水系统、排水系统和管道饮用净水系统的设计 秒流量计算方法以及欧美等发达国家设计秒流量概率计算方法的理论和法进行了分 析和比较。认为平方根法没有考虑卫生器具放水使用概率等诸多因素对设计秒流量的 影响。由实际情况可知，在卫生器具数量和种类一定的生活用水系统中，人们何时使 用以及使用何种卫生器具是一个随机事件，并且各种卫生器具的作用是独立的，使用 中不存在相互联系，因此，设计秒流量的计算应属于概率问题，以概率论为基础计算 秒流量在理论更加科学和先进，比经验法和平方根法更接近于客观实际。 对于给水设计秒流量，本文通过对规范公式的分析，在重新定义了给水卫生器 具使用概率的基础上，用正态分布近似二项分布并利用大数定律和随机变量的函数关 系，导出了概率法的具体计算方法。并以各类住宅为例，分别比较了各种给水设计秒 流量计算方法的规律。 对于排水设计秒流量，在与给水系统规律一致的原则下，通过重新定义了排水 卫生器具使用概率，导出了概率法的具体计算方法。以各类型住宅为例，比较了本文 排水方法、规范排水方法和本文给水方法的规律。 对于管道直饮水设计秒流量。在对规范公式分析的基础上，用正态分布近似二 项分布简化规范算法，并推导出了综合用水单位直饮水设计秒流量公式。同时以住宅 小区为例，用泊松分布近似二项分布的公式与其进行比较分析。 关键词：住宅给水系统住宅排水系统管道直饮净水系统卫生器具使用概 率正态分布泊松分布设计秒流量 t h e a n a l y s i s o fc o m p u t i n gm e t h o do fw a t e r d e s i g nf l o w f o rp l u m b i n gs y s t e mi nb u i l d i n g s a b s t r a c t t h ed e t e r m i n a t i o no f w a t e rd e s i g ns e c o n df l o wi so n eo f t h em o s ti m p o r t a n ts u b j e c ti n b u i l d i n gw a t e rs u p p l ya n dd r a i n a g es y s t e m , a n di ti st h em o s tf r e q u e n tq u e s t i o ni n d e s i g n i n gt h e m h o wt om a k et h ed e s i g nf l o wa c c o r dw i t ha c t u a ls i t u a t i o nn e e d si n q u i r i n g i n t o n l ed e s i g nw a t e rf l o wf o r m u l a sf o rd r a i n a g es y s t e m , w a 船s u p p l ys y s t e m a n dp i p e d d r i n k i n gw a t e rs y s t e mi nt h ec o d ef o rd e s i g no fb u i l d i n gw a t e rs u p p l ya n dd r a i n a g ew e r e s t u d i e di nt h ep a p e r i ts t u d i e dt h ed e s i g nw a t e rf l o wf o r m u l a si nd e v e l o p e dc o u n t r i e si n e u r o p ea n dt h eu s 八a n dc o m p a r e di t 晰t l lt h a to fc h i n e s e ，w h i c hs h o w st h a tt h e c h o l e s k yf o r m u l ac a nn o tp r o p e r l yi l l u s t r a t ea l lf a c t o r sa f f e c tt h ec a l c u l a t i o no ft h ef l u x , s u c ha su s ep r o b a b i l i t y i ti sk n o w nt oa l lt h a tw h e na n dh o wm a n yw h i c hw a t e ra p p l i a n c e s w e r ei nu s ei sar a n d o me v e n t , t h e yw o r ki n d e p e n d e n t l ya n dt h e m s1 1 0r e l a t i o n s h i p b e t w e e nt h e m s ot h ec a l c u l a t i o no fd e s i g ns e c o n df l o wb e l o n g st op r o b a b i l i t yt h e o r y , a n dt h ef o r m u l a so fd e s i g ns e c o n df l o ww i t hp r o b a b i l i t yt h e o r yw e r em o r es c i e n t i f i ca n d a d v a n c e d a n dt h e yw e r ea c c o r d 证t l la c t u a ls i t u a t i o n d e s i g nw a t e rf l o wf o r m u l af o rw a t e rs u p p l ys y s t e mi nt h ec o d ew a ss t u d i e da n du s e p r o b a b i l i t yo ft h ep l u m b i n gf i x t u r ew a sr e d e f i n e di nt h et h e s i s a tt h em e a nt i m e ，w i t h n o r m a ld i s t r i b u t i o na p p r o x i m a t e l yc o v e ro fb i n o m i a ld i s t r i b u t i o na n db yt h eu s eo fl a w o fl a r g en u m b e r sa n dar u n i o no fr a n d o mv a r i a b l e s ，d e s i g nf l o wf o r m u l a sw e r es e tu p 。 1 1 l et h e s i sc o m p a r e dt h el a wo f v a r i o u sd e s i g nf l o wf o r m u l a s , w i t ht h ee x a m p l eo f v a r i o u s k i n d so f h o u s i n gr e s i d e n c e s a c c o r d i n gt ot h ec h a n g en i l eo ft h ed e s i g nf l o wi nd r a i n a g es y s t e mm u s tc o n s i s t e n t w i t l lt h a to fw a t e rs u p p l ys y s t e m , t h eu 8 ep r o b a b i l i t yo ft h ep l u m b i n gf i x t u r ew a s r e d e f i n e d , a n dd e wd e s i g nf l o wf o r m u l a sw e r es e tu p n l et h e s i sc o m p a r e dt h el a wo f v a r i o u sd e s i g nf l o wf o r m u l a s ，v a r i o u sk i n do f h o u s i n gr e s i d e n c e sa se x a m p l e b a s e do nd e r i v a t i o na n di n t e r p r e t a t i o no ft h ed e s i g nw a t e rf l o wf o r m u l af o rp o t a b l e w a t e rs y s t e mi nt h ec o d e ，as i m p l i f i e dd e s i g nw a t e rf l o wf o r m u l aw a ss e tu pb yt h eu s eo f n o r m a ld i s t r i b u t i o na n dp o i s s o ud i s t r i b u t i o na p p r o x i m a t e l yc o v e ro f b i n o m i a ld i s t r i b u t i o n d e s i g nw a t e rf l o wf o r m u l af o rc o m p r e h e n s i v ep o r t a b l ew a t e r u n i t sw a sg i v e ni nt h et h e s i s a n de x a m p l e sw e r eg i v e nt os u p p o r tt h et h e o r y k e y w o r d s ：w a t e rs u p p l ys y s t e m ：d r a i n a g es y s t e m ：p i p e dd r i n k i n gw a t e rs y s t e m ；d e s i g n w a t e rf l o w ：u s ep r o b a b i l i t y ：n o r m a ld i s t r i b u t i o n ：p o i s s o nd i s t r i b u t i o n ：d e s i g nf l o w 插图清单 图3 - 1 给水系统计算草图3 8 图3 2a 、b 户型3 9 图3 3c 、d 户型3 9 图3 4 几种设计秒流量计算结果的比较( 普通住宅i ，给水) 4 2 图3 - 5 几种设计秒流量计算结果的比较( 普通住宅i i ，给水) 4 2 图3 - 6 几种设计秒流量计算结果的比较( 普通住宅i i i ，给水) 4 3 图3 7 几种设计秒流量计算结果的比较( 别墅，给水) 4 3 图4 1 排水设计秒流量计算结果的比较( 普通住宅i ) 5 2 图4 2 排水设计秒流量计算结果的比较( 普通住宅i i ) 5 2 图4 - 3 排水设计秒流量计算结果的比较( 普通住宅i i i ) 5 3 图4 - 4 排水设计秒流量计算结果的比较( 别墅) 5 3 图5 - 1 直饮水系统计算草图6 1 图5 - 2 两种直饮水设计秒流量计算方法对比分析图6 4 表格清单 表1 - 1 亨特法中卫生器具的使用概率6 表卜2 单个卫生器具的当量值7 表卜3 卫生器具组合的当量值8 表1 - 4 当系统中以冲洗水箱为主时设计秒流量值9 表1 - 5 当系统中以冲洗阀为主时设计秒流量值1 0 表3 - 1 修正项修正作用计算2 9 表3 2 不同的参数取值得到的设计秒流量值3 1 表3 - 3 根据规范q 0 、k h 取值范围计算u 口结果3 l 表3 4 图3 - 1 给水管段设计秒流量表4 0 表4 - 1 排水管段设计秒流量表5 0 表5 1 不同给水保证率条件下按二项分布计算的m 值5 7 表5 - 2 不同参数取值条件下按设计秒流量公式计算的p 值5 8 表5 3 直饮水系统管段设计秒流量表6 2 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所 知，除了文中特别加以标志和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果， 也不包含为获得金b 王些太堂 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作 的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论一擗神蝴期：翻年t 胡1 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解盒a b 王些盔堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向 国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅或借阅。本人授权盒目b 王些太 ! l 可以将学位论文的全部或部分论文内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文者签名：q 吻1 导师签名：f 知们吧 一期唧伪1 日 学位论文作者毕业后去向： 签字日期：- 钾忙 月f 日 电话： 邮编； 胛1 1 ” 致谢 本论文是在徐得潜老师的悉心指导下完成的。从论文的选题、研究过程到最后的 定稿，无不凝结着导师精心细致的指导。而在论文的研究阶段更是从导师那里学到了 专业知识技能和探索问题的思索方法。导师渊博深厚的专业知识、严谨务实的治学风 格、积极进取、不断创新的学术思想和宽厚正直的处世态度使学生受益非浅。正值此 论文完成之际，衷心感谢导师两年半来的培养与指导。 从开始进入课题到论文的顺利完成，得到了许多同学的宝贵建议，在此感谢魏巍 刘丽、李柱、谢文明以及所有关心我的朋友对我的支持和鼓励。 感谢我的父母提供我求学的机会。 最后，谨以此文献给我挚爱的双亲。 作者： 王 琛 2 0 0 7 年1 1 月2 2 日 第一章绪论 1 1 建筑给水排水工程概述 建筑给水排水工程是给水排水工程的重要组成部分。它与城市给水排水工 程、工业给水排水工程共同构成了完整的给水排水体系。 建筑给水排水工程是研究和解决以给人们提供卫生舒适、实用经济、安全 可靠的生活与工作环境为目的，以合理利用，节约水资源和注重环境保护为约 束条件的关于工业与民用建筑用水供应和污废水汇集、处置的工程学科。它具 有两重性，既与供热、通风、空调、供电和燃气等工程相同，均为建筑设备工 程的组成部分，是现代建筑中必不可少的一个组成子项，又与城市给水排水工 程相同，都是水的人工循环的组成部分，承担着研究、解决人类和社会发展所 需要的水量、水质问题【l 】。因此，在规划、设计和施工中必须强调其自身的特 点，同时又要注意它与建筑设备其它子项之间的有机联系和协调，使其在体现 建筑物整体功能中充分发挥应有的作用。 我国建筑给水排水工程领域中的研究与技术，自新中国成立以来，具有长 足的发展【2 】：第一个阶段是1 9 6 4 年以前，旧中国时期该领域基本上是一块空白。 建国后，逐濒组建了给水排水专业技术队伍，开始设置给水排水专业。对全国 性专业基础业务建设进行了开拓性的原理研究和统筹规范，如设计规范、设计 手册、标准图集和专业教材等，陆续地编制和公布实施；第二个阶段是1 9 6 5 年 至1 9 8 6 年，随着时间的推移，专业技术工作者发现照搬套用国外的某些理论和 经验不完全适合我国国情，通过一些失误和教调，总结出了适合我国国情的理 论和经验，推出了一些新的计算公式和设计思路。在此期间基本形成和确立了 我国独立的建筑给水排水技术体系；第三个阶段是1 9 8 7 年以后，建筑给排水专 业队伍迸一步发展壮大，专业技术工作者积累和吸取了几十年的正反方面的经 验与教训，使建筑给水排水工程在规划、设计、施工、管理、维护等力面都有 了新的提高。随着我国经济实力的增强，人民生活水平的提高，日前已形成了 较完整的建筑给水排水工程研究体系。 但是，在设计秒流量的计算方法、卫生器具和给水配件额定流量及流出水 头的数值确定、排水立管的流态研究、排水通气系统的探讨、噪声控制、节约 用水等技术方面，纵观国内外现状无论是理论还是相关技术、产品，都需要进 一步研究、开发和创新。因此，掌握现有成形的知识，吸收国外先进技术，结 合我国国情，创造更加完善的建筑给水排水体系，是今后的努力方向和重要任 务。 1 2 国内外建筑物给水排水设计流量方法的发展与现状 1 2 1 建筑物内部设计流量的计算特点 1 、给水系统的设计秒流量 建筑内部的给水系统，又称室内给水系统，是指将城镇给水管网或自备水 源给水管网的水引入室内，由配水管送至生活、生产和消防用水设备，并满足 各用水点对水量、水压和水质要求的冷水供应系统，由引入管、水表、配水干 支管与阀件、配水水龙头以及水泵、水池、水箱等组成。其按用途可分为三类： 生活给水系统、生产给水系统、消防给水系统。本论文重点讨论生活给水系统。 建筑给水系统的设计流量，是指建筑给水排水设计工作中所需用的流量值， 包括最高日用水量、最大时用水量和设计秒流量三项，它们在建筑给水设计中 各有其不同作用。最高日用水量是指建筑物各部分最高日用水量之总和，其计 算公式如下【3 ，4 】： 奶= 怒( 1 - 1 ) 式中：q d 最高日用水量，m 3 d ； m 用水单位数，人数、床位数、病床数、顾客数、干衣公斤数、儿 童学生数、观众数等； q d 最高日用水量定额，l 人d ，l 床d ，l 辆d ，l m 2 d ； 最大时用水量，又称最高时用水量，指建筑物给水使用时间内最大需水量 小时的用水量，主要用于水箱、贮水池容积的确定和水泵出水量的确定。生活 用水的最大时用水量的计算公式为【3 “】： 吼= 瓦鲁 ( 1 2 ) 式中：q h 最大小时流量，l i l ； q o 生活用水定额( 最高日) ： k h 小时变化系数； m 同( 1 - 1 ) 式。 给水管道的设计秒流量不仅是确定各管段管径，也是计算管道水头损失， 进而确定给水系统所需压力的主要依据。与市政管网相比，建筑内部管网供水 范围较小，用水量少，用水的不均匀性大。 建筑物内部给水设计流量应根据建筑物内部的用水规律来确定。建筑物内 部的用水量不仅在一天2 4 d , 时内不断变化，而且在一小时内也是不均匀的。因 此，在建筑物内部给水管道的设计中，需采用设计秒流量进行计算。为保证用 水，生活给水管道的设计流量应为建筑内卫生器具按配水最不利情况组合出流 时的最大瞬时流量。 生活给水管道设计秒流量的计算按用水特点分两种类型；一种为居住类建 筑，属分散型如住宅、集体宿舍、旅馆、医院、幼儿园、办公楼、学校等。用 水特点是用水时间长，用水设备分散，同时用水百分数随卫生器具数量增加而 减少。另一种非居住类建筑为密集型，如工业企业生活间、公共浴室、洗衣房、 公共食堂、试验室、影剧院、体育场等。用水特点是用水时间集中，用水设备 集中，同时给水百分数高，其数值相对稳定。生活用水设计秒流量反映了给水 系统瞬时高峰用水规律的设计流量，以l s 计。 2 、管道直饮水系统的设计秒流量 管道饮用净水系统是指在建筑物内部保持原有的自来水管道系统不变，供 应人们生活、清洁、洗涤用水，对每人每天3 i o l 3 1 的用于生活饮水集中进行 深度处理，采用高质量无污染的管道材料和管道配件，设置独立于自来水管道 系统的饮用净水管道系统至用户，用户打开水龙头即可直接饮用。配置了专用 的饮用净水机的管道直饮水系统还可以直接供应热饮水。 管道饮用净水系统的设计流量，包括系统日用水量、设计最大时饮用水量 和设计秒流量几项，它们在设计中各有其不同作用。系统日用水量计算公式如 下1 3 4 】： 纰= ? l r 吼 ( 卜3 ) 式中：q ：饮水定额，l 人- d ，l 床d ，l 辆d ，l m 2 d ； q y d 系统日用水量，l d ： m 同( i - 1 ) 式。 设计最大时饮用水量指建筑物饮用净水使用时间内最大需水量小时的用 水量，其计算公式如下1 3 4 】： 鲰= t 华 ( 1 4 ) 式中；q y h 设计最大时饮用水量，l h ： k ：小时变化系数； t 供应饮用水时间，h ； m 同( 1 - 1 ) 式。 饮用净水管网系统分供水管网和循环管网，通过计算各管段的设计秒流量 确定各管段的管径和水头损失，以及选择加压贮水设备等。 根据饮用净水的使用情况，系统的用水在一天中每时每刻都是变化的，而 且在- d , 时内也是不均匀的，为保证用水可靠，以最不利时刻的最大用水量为 各管段管道的设计流量。饮用净水供应系统中只有一种用水器具，即饮用水水 嘴。直饮水设计秒流量反映了直饮净水系统瞬时高峰用水规律的设计流量，以 l s 计，用于确定直饮水水管管径，计算管道的水头损失，以及选用水泵等。 3 、排水系统的设计秒流量 建筑内部排水管道的设计是确定各管段管径的依据，因此，排水设计流量 的确定应符合建筑内部排水规律。排水和给水不一样，是按重力非满流设计的， 污水中含固体杂物，都是水、气、固三种介质的复杂运动。其中固体较少，可 简化为水、气两相流。建筑内部排水流量与卫生器具的排水特点和同时排水的 卫生器具数有关，具有历史短、瞬时流量大、两次排水事件间隔长、排水不均 匀等特点。 由于用水量的守衡可知，建筑物内部排水管道的设计流量应根据建筑物内 部的用水规律来确定。因此，在建筑物内部排水管道的设计中，也需采用设计 秒流量进行计算。为保证最不利时刻的最大排水量能迅速、安全的排放，管段 的排水设计流量应为该管段瞬时最大排水流量，又称排水设计秒流量。 排水管道设计秒流量计算按用水特点分两种类型：一种为居住类建筑，属 分散型如住宅、集体宿舍、旅馆、医院、幼儿园、办公楼、学校等。用水特点 是用水设备使用不集中，用水时间长，同时排水百分数随卫生器具数量的增加 而减少；另一种非居住类建筑为密集型，如工业企业生活间、公共浴室、洗衣 房、公共食堂、试验室、影剧院、体育场等。用水特点是卫生设备使用集中， 排水时间集中，同时排水百分数高，其数值相对稳定【5 1 。生活排水设计秒流量 反映了排水系统瞬时高峰用水规律的设计流量，以l s 计，用于确定排水管管径， 和计算排水管道的坡度、充满度等。 1 2 2 国外设计秒流量的计算方法 1 2 2 1 国外给水设计秒流量计算方法 建筑内部给水管道的设计秒流量与建筑物的性质、人数、人们的生活方式 与习惯、卫生器具设置数、卫生器具给水流率、气候等因素有关。世界各国在 这方面进行了不少的研究，并制定出各自室内给水管道流量的计算方法。室内 给水管道流量的计算方法有平方根法、概率理论法和经验法。 1 、平方根法 平方根法主要有前苏联平方根法和德国平方根法【州。 ( 1 ) 前苏联平方根法【7 】 1 9 3 0 年前苏联工程师c a 库尔辛根据在其国内敖德萨城记录的多幢住宅生 活用水曲线分析，得出住宅建筑生活用水量的秒不均匀系数和平均日用水量关 系为： 1 n 足= j ；圣( 1 5 ) 4 q , 式中：k 。住宅生活用水量的秒不均匀系数； q 。平均日用水量，m 3 i d 。 应该说明：上述不均匀系数是公式提出者在分析用水变化曲线时将最大时 用水变化曲线以5 m i n 高峰用水平均值作为最大秒流量提出的。住宅给水管设 计秒流量应为： 圹墨鲁而1 0 0 02 老鲁丽1 0 0 0 = 0 3 4 7 厄 m e ， 式中：q r 住宅给水管设计秒流量，l s k 。，q p 同式1 5 。 式( 1 - 6 ) 用于计算住宅的引入管段设计秒流量是简便的，但用于建筑内给 水管网各管段时，由于各管段服务人数不确定而影响k ，的确定，其管段中设计 秒流量就很难得出。因此，前苏联n a 斯培什诺夫根据库尔辛公式提出以卫生 器具当量数来确定设计秒流量的公式。即在各种类卫生器具当中选洗涤盆( 池) ， 以其全开启配水龙头的流出水头2m h 2 0 的流量o 2l s 作为一个当量，其他种 类卫生器具根据其各自流出水头和全开启的流量，通过与1 个当量的比例换算， 得出该卫生器具相应的给水当量数。为了确定住宅给水管的设计流量，计算式 又设s o 为1 个卫生器具当量值平均日用水量，n 为给水管段卫生器具当量数， 则： 鳞= s o n 或s o = 等 ( 1 7 ) 将( 卜7 ) 式代入式( 卜6 ) 得： q g = o 3 4 7 , s o n ( 1 8 ) i 发b = 0 3 4 7 瓦则： q s = b d n ( 1 9 ) 公式( 1 - 9 ) 为前苏联平方根法计算建筑给水设计秒流量的基本公式。 ( 2 ) 德国平方根法 德国的平方根法考虑到每种卫生设备的需要平均率，但该方法不仅忽视了 每一种设备使用的频率( 次数) 和设备使用的间歇时间，还忽视了公用和私用的 差别。前苏联在1 9 7 6 年以前使用的规范公式借鉴平方根法。德国平方根方法的 计算过程如下： 某管段有某种卫生器具h i 个，每个卫生器具正常流量( 额定流量) 为q i ，其 负荷系数为f i 并认为n i 个卫生器具中，同时使用最多为砖个，则管段设计流量 为： q = 吼= 缈2 吩 ( 1 一l o ) 以3 8 英寸水龙头为标准，其正常流量q l = 4 加仑，分，其负荷系数f l = l ； 某种卫生器具与3 8 英寸在正常流量和负荷系数间有下列关系： 雾= 去彳吲z ( 1 - 1 1 ) 某管段有i 种卫生器具，其计算流量为： q = 压币i i = 丽 = 压丽鬲丽再= 而 例如，设两种卫生器具的正常出水量分别为q 1 和q 2 ，负荷系数分别为f l 和f 2 。某管段有n 1 个3 8 英寸水龙头和n 2 个3 4 英寸水龙头，设一个3 ，4 英寸 水龙头出水量每分钟1 2 加仑，即3 倍于3 8 英寸水龙头的出水量。3 4 英寸水 龙头负荷系数f 2 为3 2 = 9 。这两种水龙头的设计流量为：q = 4 、厩+ 平方根法忽略了同一卫生器具在不同类型建筑中给水流量值并不相同。忽 视了卫生器具的使用频率，没有考虑器具使用时的时间问隔，公式系数是根据 实测流量值确定并加以修正而得到的。所以，平方根法也不能作为通用公式来 应用，以下不做研究。 2 、概率法 目前，国外应用的方法皆以概率法为理论基础。概率计算是所有新的设计 方法的基础。国外不仅早已建立了以概率理论为基础的秒流量计算式，而且在 近几十年来，对用水工况进行了长期的大量的研究，至今己获得足够的可以更 完善地加工整理设计秒流量计算方法的资料，这对我国设计秒流量计算方法的 改进具有重要的参考价值。虽然许多国家均采用概率方法为基础，但由于对数 据的选取以及处理方式不同，所产生的方法不同，以美国的亨特概率方法和俄 罗斯的概率方法为代表。 ( 1 ) 美国亨特概率法 4 - 1 4 】 表1 1亨特法中卫生器具的使用概率值【4 】 设备名称给水时间t ( s )间隔时间t ( s )“t 自闭式冲洗阀 93 0 0o 0 3 冲洗水箱 6 03 0 0 o 2 浴室 6 0 9 0 00 0 6 7 浴盆 1 2 01 8 0 0 0 0 6 7 面盆 1 0 1 5 0 00 0 0 6 7 洗涤盆 2 51 5 0 0 0 0 1 6 7 表1 - 2单个卫生器具的当量值”1 3 1 使用频繁的卫生器具 建 非住宅建筑 筑 3 个或3 个以上单元的住宅 物独立住宅 种给水支管的最小容许管径 类 卫生器具名称 l 浴盆或浴盆加淋浴器 1 2 ” 4 03 5 2妇女卫生盆 1 2 ” 1 0o 5 3 家用洗衣机 l 2 ”4 02 54 0 4 家用洗碗机 l ，2 ”1 51 01 5 5 饮水器 3 8 0 5 o 5 6洒水栓 l 陀” 2 52 52 5 7 每加一个洒水栓 l 2 一1 o1 o1 o 8 家用厨房洗涤池 l 2 ”1 51 01 5 9 洗衣房洗涤池 1 ，2 ”2 o1 o2 o l o洗脸盆3 8 ”1 oo 51 0 1 0 1 1 污水池 l 彪”3 o 1 2 淋浴器 l 2 ”2 02 o2 0 1 3 淋浴器( 连续使用) l ，2 ”5 o 1 4 小便器( 每次3 7 8 升) 3 “。4 05 0 1 5小便器( 每次大于3 7 8 升) 3 4 - 5 o6 0 1 6大便器( 每次6 升) 重力冲洗水箱l 陀”2 52 52 54 0 1 7 大便器( 每次6 升) 冲洗水箱 t ，2 ”2 52 52 53 5 1 8 大便器( 每次6 升) 自动冲洗阀 l ” 5 0 5 05 o8 o 1 9 大便器( 每次1 3 升) 冲洗水箱 l 2 ” 3 o 3 o 5 57 0 2 0大便器( 每次1 3 升) 自动冲洗阀1 7 o7 o8 o1 0 o 2 1 涡流浴池或加浴盆和淋浴器 l 2 ”4 04 0 在应用概率理论到设计流量问题的发展中，亨特( h u n t e r ) 在国家标准局 于1 9 2 4 年第一次假定管道系统中主要用水设备的运用，认为是随机的事。每一 个设备使用与否与其它设备是相互独立的，用二项分布的数学模型来描述设计 秒流量这一随机变量。并在以后逐步完善，在美国得到承认和应用。 亨特首先选择住宅、旅馆中最影响高峰负荷的三种卫生器具：自闭式冲洗 阀大便器、冲洗水箱和浴盆。从很多公共厕所、旅馆、公寓的最高高峰使用时 记录得到的数据作为频率的依据，确定了各种卫生器具的使用状态。即确定了 器具的一次放水时间t 和这次使用( 放水) 到下次使用( 放水) 的时间间隔t ， 从而得出各种卫生器具的使用概率，见表1 1 。 在一个建筑给水系统中的全部n 个卫生器具中，同时使用m 个器具，作为满 足给水系统使用条件下的要求负荷，则大于m 个器具同时使用的次数应不超过 o 0 1 ，这个系统就假定为“满足使用要求”。其中上述，“o o l ”是亨特提出的应用 概率理论来确定室内管网设计流量的一个条件。亨特概率理论首先应用于单一 器具系统，得出在n 个卫生器具中m 个器具同时使用的情况，然后在此基础上， 应用于混合器具系统。亨特设想了“器具负荷”( f i x t u r e u n i t w e i g h t s ) ，它并不表 示器具本身的流率，而仅是给水系统中器具的负荷效应，其目的是使一个有几 种不同器具的系统有可能直接进行设计流量的计算。1 9 4 0 年亨特进一步制定了 实用图表，目前被广泛应用。 在文【1 0 】中，给出了一种较为简便的计算方法，即按照现行美国国家标 准建筑给水排水规范( n a t i o n a ls t a n d a r dp l u m b i n gc o d ) 列出的卫生器具当量 数表，表1 2 、表1 3 计算出卫生器具组合当量，再根据表1 4 和1 5 中流量与 给水当量的亨特曲线关系查得相应的流量值。 除了单个卫生器具的当量表以外，美国各建筑给水排水规范还列出了一些 卫生器具组合的给水当量值，见表1 3 。 根据表1 2 和表1 3 计算得出总的给水当量，通过表1 - 4 和表1 5 直接查得 设计秒流量的值。表1 4 及表1 5 已经经过改造，以方便分析比较。 值得说明的是，表中列出的当量值是卫生器具的总用水量。美国的规范规 定，在单独计算冷水或热水水量的时候，各自以总当量的3 4 来计算。 表1 - 3 卫生器具组合的当量值 建 3 个或3 个以上住宅单元( 大便器每次冲1 3 升) 筑单个住宅单元( 大便器每次冲1 3 升) 物 3 个或3 个以上单元的住宅( 大便器每次冲6 升) 种单个住宅单元( 大便器每次冲6 升) 类卫生器具名称 l 半个卫生间 3 52 5 4 03 o 21 个卫生间5 03 56 05 0 3 1 个半卫生间 6 06 08 0 4 2 个卫生间 7 07 0 1 0 0 5 2 个半卫生间 1 1 o 6 3 个卫生间 9 09 01 2 0 7每加半个卫生闻o 5o 5o 5 8 每加1 个卫生问 1 o1 o1 o 9 卫生间组合( 大便器是每次冲6 升的冲洗阀) 6 04 o 1 0 卫生间组合( 大便器是每次冲1 3 升的冲洗阀) 8 06 0 续表1 3 卫生器具组合的当量值 建 3 个或3 个以上住宅单元( 大便器每次冲1 3 升) 筑单个住宅单元( 大便器每次冲1 3 升) 物3 个或3 个以上单元的住宅( 大便器每次冲6 升) 种单个住宅单元( 大便器每次冲6 升) 类卫生器具名称 1 1 厨房组合( 洗涤池和洗碗机) 2 01 52 o1 5 1 2 洗衣房组合( 洗涤池和洗衣机) 5 o3 o 5 o3 o 表l 一4 当系统中以冲洗水箱为主时设计秒流量值 卫生器具的需水量卫生器具的需水量卫生器具的需水量 给水当量 ( l s ) 给水当量 ( l s ) 给水当量 ( l s ) 6 o 3 1 4 0 3 31 5 0 01 7 o 1 00 51 6 03 61 7 5 01 8 9 1 50 7 1 8 03 82 0 0 02 0 5 2 0o 92 0 04 12 5 0 02 4 0 2 51 12 2 54 73 0 0 02 7 4 3 01 32 5 04 74 0 0 03 3 1 4 01 6 3 0 05 45 0 0 03 7 9 5 01 84 0 06 66 0 0 0 4 1 0 6 02 15 0 0 7 97 0 0 04 4 2 8 02 57 5 01 0 78 0 0 04 6 1 l o o2 81 0 0 0 1 3 29 0 0 04 7 9 1 2 03 11 2 5 01 5 11 0 0 0 04 9 8 这种方法使用方便，有理论依据，但在某些问题的处理上，过于简化，且 卫生器具单位数的确定也有其局限性。具体表现在： 器具用水时间和两次用水间隔时间，系根据某些大型建筑中拥挤使用情 况下，对公用冲洗阀及冲洗水箱调查值，用于住宅管道设计不适宜。 只考虑卫生器具数目的影响，未反映人口密度及设备完善程度的影响。 对各种卫生器具单位当量的确定方法尚存在一定的问题，未通过实际观 测流量资料的验证。故不适合我国应用。 表l - 5当系统中以冲洗阀为主时设计秒流量值 卫生器具的需水量卫生器具的需水量卫生器具的需水量 给水当量 ( l s ) 给水当量 ( l ，s ) 给水当量( l ，s ) 1 01 7 1 6 0 5 21 7 5 01 8 9 1 52 o1 8 05 52 0 0 02 0 5 2 02 22 0 05 72 5 0 02 4 o 2 5 2 42 2 56 o3 0 0 02 7 4 3 02 62 5 06 34 0 0 03 3 1 4 0 3 03 0 06 95 0 0 03 7 9 5 03 2 4 0 0 7 96 0 0 04 1 o 6 03 55 0 08 87 0 0 04 4 2 8 03 9 7 5 01 1 0 8 0 0 04 6 1 1 0 04 31 0 0 01 3 29 0 0 04 7 9 1 2 0 4 71 2 5 01 5 11 0 0 0 0 4 9 8 1 4 04 91 5 0 0 1 7 0 ( 2 ) 俄罗斯现行概率法 俄罗斯方法计算设计秒流量的要点如下【7 , 1 0 , 1 5 , 1 6 ： 确定用水单位的类型及用水单位数量u ； 确定卫生器具总数n 及计算管段上的卫生器具数s j ； 确定卫生器具配水龙头( 器具) 的额定秒流量q o ，俄罗斯对各类用户和 各种卫生器具的用水量进行了大量实测，并在此基础上对实测数据进行了数学 加工得到q o 值；对于不同类型用水单位的各种器具有下式： f n , v , q o ， q o = l 一 ( 1 1 3 ) m b l 式中：n r 每组用水单位卫生器具数量； p i 每组用水单位卫生器具使用概率； q o i 每组用水单位配水龙头的秒流量，根据俄罗斯规范附录3 选 取。 确定用水高峰期卫生器具的使用概率p i 在一座建筑物或一组不考虑u n 值变化的建筑中， 类型时，其使用概率为： p = ! l n 3 6 0 0 ” 式中：q h 。一个用水单位每小时实测用水量，l h 所有用水单位为同一 ( 1 - 1 4 ) n o 单位卫生器具的用水人数； q o 设计管段各种卫生器具用水量的加权平均数。 i i 在一组不同功能的建筑中，有不同类型的用水单位时， 匹扛 z n , p , 确定管网计算管段上设计秒流量： 其使用概率为： ( 1 1 5 ) 缸= 5 q d x ( 卜1 6 ) 式中：q o 设计管段各种卫生器具用水量的加权平均数，l s ； a 与计算管段上所连接卫生器具总数n 以及卫生器具使用概率p 有 关的系数，根据俄罗斯规范附录4 选取。 保证率p 。的设定值是由俄罗斯的许多学者经过一系列深入研究分析，最后 确定取p 。= o 9 9 7 。 分析研究后得出如下结果： 俄罗斯现行概率法既不完全符合二项分布，又不完全符合泊松分布，当 卫生器具数量较少，器具使用概率较大( n 2 0 0 ，p 0 ，1 ) 时，用水情况用二 项分布描述；当卫生器具数量较多，器具使用概率较大( n 2 0 0 ，p 0 1 ) 或卫 生器具使用概率较小( p o 1 ) ，器具数量为任意值时，用水情况按泊松分布描 述。这一思想符合概率理论。 俄罗斯现行概率法的优点是具有通用性，即适用于不同类型的建筑物不 同卫生器具的多种组合：考虑众多用水影响因素，数据很完整，值得我们很好 研究参考。 俄罗斯现行概率法的缺点是在于需要大量原始资料，增加手算难度；多 种卫生器具共同工作及其随机过程一系列概率值的描述理论尚有不足。 3 、经验法 它是根据经验制定出几种卫生器具的大致出水量，将其相加得到的管道设 计秒流量。对有少数住户的住宅建筑中的各种卫生器具，设定同时系数确定管 中的出水量。经验法具有简洁方便的优点，但不够精确。现在正在使用的经验 法主要有澳大利亚新西兰现行方法。 1 2 2 2 国外排水设计秒流量的计算方法 目前我国对排水的研究较少，关于国外排水的资料也较少。这里简单介绍 一下美国现在所使用的排水设计秒流量计算方法。 在设计生活污水排水系统时，首先是按照规范列出的卫生器具排水当量 表，统计每一管段所承担的总当量数，然后按照规范规定的最大容许当量数来 确定管径。最大容许当量数随管道的坡度而异1 1 3 l 。 1 2 3 我国设计秒流量计算方法 1 2 3 ，1 建筑给排水的发展 自建国以来，我国涉及建筑给排水方面的规范一共有四部：1 9 6 4 年实行的 室内给水排水和热水设计规范( b j g 6 4 ) ，1 9 7 4 年实行的室内给水排水 和热水设计规范( j 7 1 5 - 7 4 ) ，1 9 8 8 年开始实行的建筑给水排水设计规范 ( g b j l 5 8 8 ) 以及目前正在使用的建筑给水排水设计规范( g b5 0 0 1 5 2 0 0 3 ) 。 相应于每一规范，给水设计秒流量计算公式均有变化，表现形式不同。我国规 范中给水设计秒流量公式的形式，实质上是平方根法范畴。我国现行的规范对 建筑给水排水设计规范( g b5 0 0 1 5 2 0 0 3 ) 对给水、排水设计秒流量公式作 了相应的修改，首次提出了管道直饮净水设计秒流量的计算公式。 1 2 3 2 以前使用的给水公式 我国以前使用的几部规范中给水设计秒流量公式的发展、修订，均借鉴于 前苏联给水设计秒流量公式的发展与修订。1 9 6 4 年实行的室内给水排水和热 水设计规范( b j g 6 4 ) ，1 9 7 4 年实行的室内给水排水和热水设计规范 ( j 7 1 5 7 4 ) 和1 9 8 8 年开始实行的建筑给水排水设计规范( g b j l 5 8 8 ) 中， 给水设计秒流量计算公式均为1 7 挪】： q = o 2 口万+ 删 ( 卜1 7 ) 其中为根据不同生活用水定额而定的系数，n 为卫生器具当量数，k 为按 n 值而定的系数。式( 卜1 7 ) 应用前苏联斯培西诺夫公式，在库尔辛公式基础 上，( 库尔辛公式，3 0 年代在敖德萨市对1 5 0 0 幢居住建筑用水实测分析整理) 得出的建筑给水管系的秒变化系数与平均日用水量函数关系式2 0 l ： 1 n 一 墨= ，q = o 3 4 7 4 q d ( 卜1 8 ) 、场 式中：k 。一一秒变化系数； q 广一平均日用水量；