建筑给水排水理论与技术.ppt

建筑给水排水理论与技术 市政与环境工程学院 主要内容 美国建筑给排水简介建筑给水建筑排水建筑雨水水泵加压及提升建筑给排水节能 简介 管辖权 相关规范 建筑给排水规范统一建筑给水排水规范国际建筑给水排水规范50个州 34个使用 美国国家标准局采用 美国标准建筑给水排水规范美国残疾人法职业安全及卫生法工厂 实验室 医院消防规范美国消防协会建筑规范 第一讲 建筑给水无负压给水技术与设备防止交叉连接污染水力计算给水方案技术经济比较管道消毒 无负压给水技术与设备 组成及工作原理 无负压给水设备组成1一稳流补偿器 2一真空抑制器 3一水泵 4一控制柜 5 压力传感器 6一负压表 7一过滤器 8一倒流防止器 可选 9一清洗排污阀 10一小流量保压管 11一止回阀 12一阀门 13一超压保护装置 14一旁通管A一接市政给水管网或有压管网 B一接用户管网 组成及工作原理 变频调速 真空抑制与稳流补偿 全密闭自平衡结构 设备运行时对进水压力与出水设定压力的差额进行补压 当进水压力大于等于出水设定压力时 设备自动停机 水流通过旁通管路由市政供水管道直接供水 在用水高峰期 当市政给水管网的供水管供水量瞬间小于用水量时 稳流补偿器 真空抑制器及其控制系统联合作用 稳流补偿器中的贮备水及时补充到用户中 同时抑制负压形成 且在系统运行的全过程中不与外界空气连通 全密闭运行 稳流补偿器是连接在市政给水管网的供水管与水泵进水口的特制密闭装置 不与外界空气连通 可配合真空抑制器实现无负压 全封闭和稳流调节作用 稳流补偿器内的调节水量在进水量瞬间小于出水量时能及时补充给用户 真空抑制器则是根据稳流补偿器内的水量 水压等实现稳流补偿器内的压力平衡 使之不产生负压 特点 与变频供水 气压供水相比较 相同点 采用变频技术对水泵实施调速运行 采用压力容器进行水量调节 变频供水不同点 水泵水池中吸水 静扬程保持不变 管网叠压供水水泵从供水管网吸水 静扬程随供水管网剩余压力而变化 变频调速供水只需对出水压力进行监测 管网叠压供水需要同时对进水和出水压力进行监测 特点 气压供水不同点 气压水罐安装在水泵出水管上 稳流罐安装在水泵吸水管上 气压水罐设置高度不受限制 稳流罐设置高度受到严格限制 气压水罐不可能产生负压 稳流罐可能出现负压 气压水罐在正常供水时起水量调节作用 稳流罐在供水不足时起水量调节作用 气压供水水泵机组工频运行 管网叠压供水水泵机组变频运行 气压供水利用空气的可压缩性将储水容器内的水压出并向用户供水 管网叠压供水设备利用空气来解决负压问题以避免水泵抽水供水管网形成负压 设计计算 一般规定 1 无负压给水系统应由具有相应资质的设计单位负责设计 2 无负压给水系统设计时 应充分考虑市政供水管网材质 使用年限等因素 同时应考虑市政供水管网的现有负荷和发展需要 无负压给水设备的设计规模 应根据当地市政供水管网的供水能力 结合建筑群规模 分期建设情况 建筑高度 建筑物的分布等因素 经技术 经济比较后予以确定 3 无负压给水设备及系统应根据市政供水管网形式 常年水压 供水现状以及用户对水质 供水保证率的要求 可采用以下形式 1 单路市政供水水源进水 2 双路市政供水水源进水 3 高位水箱辅助供水等 设计计算 一般规定 4 确定无负压给水设备的形式 型号和规格时 应考虑以下因素 1 给水系统形式 2 设计压力 市政给水管网的可资利用水压和压力变化 市政管理部门的接管条件 设备自身水头损失 3 设计流量是按最大秒流量或最大小时流量进行选泵计算 4 设备安装条件 5 工作水泵的数量 性能及运行方式 6 供电条件 7 用户对供水的特殊要求等 设计计算 设计流量 无负压给水设备应满足给水系统的设计流量要求 当给水系统中无调节水量设施时 无负压给水设备的设计流量应按给水系统的设计秒流量确定 当给水系统中有调节水量设施时 其设计流量则按最大小时流量确定 设计计算 设计扬程 无负压给水设备的设计扬程应满足最不利配水点所需水压 当系统较为复杂 最不利配水点不易区别时 要选择若干个较不利的配水点进行计算 经比较后确定最不利配水点 以保证所有配水点的水压要求 1 无负压给水设备的设计扬程应按下式计算 H一一设计扬程 mH2O HI一一引入管在设备连接点至最不利配水点处的标高差 m H2一一引入管在设备连接点至最不利配水点处的沿程水头损失 mH2O H3一一引人管在设备连接点至最不利配水点处的局部水头损失 mH20 H4一一最不利配水点所需的流出水头 mH2O H0一一最小进水压力 即引人管在设备连接点的市政供水管网可资利用水压 mH2O 设计计算 设计扬程 1 无负压给水设备的设计扬程应按下式计算 1 有条件时 应考虑一定的富裕水头 一般按2 0 3 0mH2O计 以适应不可预见因素 2 计算时 应注意单位的一致性 设计计算 设计扬程 2 市政给水管网可资利用水压可按下式计算 H 一一市政给水管网可资利用水压 mH2O H5一一市政给水管网开口处的最不利水压 即用水高峰时市政供水管网开口处的最小供水压力 mH2O 一般由现场实测或自来水公司提供 H6一一市政给水管网开口处至引人管在设备连接点的沿程水头损失 mH2O H7一一矶市政给水管网开口处至引人管在设备连接点的局部水头损失 mH2O H8一一设有总水表的阻力损失 mH2O H9一一市政给水管网开口处至引人管在设备连接点的标高差 m H10一一安全水头 mH2O H11 倒流防止器的阻力损失 设计计算 设计扬程 2 市政给水管网可资利用水压可按下式计算 1 H9是根据市政供水管网开口处与引人管的设备连接点的相对位置确定 该值有正 负之分 2 由于市政供水管网的水压是时刻波动的 因此在计算时 除应考虑利用市政给水管网的最不利水压H5或市政管理单位所给允许利用的水压外 还应以市政给水管网的最大供水压力来校核水泵的效率和超压情况 设计计算 稳流补偿器容积计算 1 稳流补偿器调节容积按下式计算 式中 Vt 稳流补偿器的调节容积 m3 Qq一一设计流量 m3 h Q一一市政给水管网供水管的供水量 m3 h T 用水高峰持续时间 h 其大小与用水设计规模 当地用水习惯 用户性质和季节等因素有关 一般取 T 3min 30min 稳流补偿器容积与市政给水管网的允许利用水压 引入管的管径 管长 管材 与沿程水头损失和局部水头损失有关 用水量 用水高峰持续时间以及稳流补偿器的安装位置等因素有关 设计计算 稳流补偿器容积计算 2 稳流补偿器总容积按下式计算 式中 一稳流补偿器可利用容积系数 一般宜采用0 75 0 85 当Qmax 市政供水最大流量 Qq时 稳流补偿器调节容积Vt 可取30s 300s的设计流量Qq 当Qmax Qq时 需按上式校核稳流补偿器调节容积Vt并将计算值作为稳流补偿器的选用依据 设计计算 稳流补偿器容积计算 3 市政给水管网供水管的 引人管 供水量按下式计算 式中 Q一一市政给水管网允许供水量 m3 h 一一管道局部阻力系数之和 A一 一引入管的管道比阻 S2 m6 L一一引人管计算长度 m Kb一一水表特性系数 m6 h2 当无总水表时 Kb应取无限大值 北京某居住小区 设计总用户256户 每户3 5人 每人用水定额取250L 人 d 用水时间24h 小时变化系数取2 50 每户设有1个洗涤盆 1个坐便器 1个洗脸盆 1个淋浴器 1个洗衣机水嘴 无负压给水设备泵房拟设于其中一栋楼的地下室 泵房地坪标高 4 50m 相对于室外地面标高 市政供水管网开口处至引入管在设备连接点间的距离约100m 并在引入管上设有4个90 钢制弯头 3个闸阀 1块总水表 1个过滤器和1个倒流防止器 用水高峰时市政供水管网开口处的供水压力约0 20 0 25MPa 小区内无地势高差 且泵房处的室外地面与市政供水管网开口处地面标高相同 市政供水管网开口处中心埋深1 50m 稳流补偿器中心高度0 90m 且与设备出水总管的中心线齐平 1 若引入管拟采用一根DN100的钢管 试核算稳流补偿器的容积 2 若引入管利用原来己有的一根DN80的钢管 试确定稳流补偿器的容积 解 1 计算设计秒流量每户卫生器具及当量统计 洗涤盆1个当量N 1 0 坐便器1个当量N 0 5 洗脸盆1个当量N 0 75 淋浴器1个当量N 0 75 洗衣机水嘴1个当量N 1 0 小计 每户给水当量Ng 4 3 引入管为DN100时 校核稳流补偿器容积 用水高峰时市政给水管网压力约为0 20 0 25MPa 考虑到市政给水管网压力的不稳定性和周边用户后期发展的可能 市政给水管网最低供水压力H5取0 15MPa 3 引入管为DN100时 校核稳流补偿器容积 DN100钢管比阻A 267 4 从引人管所产生的局部阻力系数如下 DN100的90 钢制弯头 0 634个渐缩变径头DN100 xDN80 15 0 181个 渐扩变径头DN80 xDN100 15 0 101个 DN100闸阀 全开 0 203个 DN100过滤器 3 001个 DN100倒流防止器 27 001个 合计 33 4 故不需加大稳流补偿器容积 其大小可按最小容积进行设计 故只需配用DN600 x1300型的稳流补偿器 4 若引入管利用已有的DN80钢管时 水表大小不变 情况又如何 DN80钢管比阻A 1168 从引人管所产生的局部阻力系数如下 DN80的90 钢制弯头 0 524个DN80闸阀 全开 0 403个 DN80过滤器 4 701个 DN80倒流防止器 32 51个 合计 40 44 需核算稳流补偿器的调节容积 4 若引入管利用已有的DN80钢管时 水表大小不变 情况又如何 式中Vt1为DN600X1300稳流补偿器总容积 m3 0 0353为DN600椭圆封头容积 0 175为封头的曲边高度 m 0 3为稳流补偿器半径 m 由于Vt1Vt 故选用一套DN800X1500型稳流补偿器合理 用水高峰持续时间 T一般取3 15min 取7min 而DN600X1300型稳流补偿器的调节容积Vt1为 稳流补偿器设置 稳流补偿器的设置应能满足工程设计的要求 且应尽量与水泵的布置相配套 做到结构合理 比例匀称 布局紧凑 并应符合下列要求 1 稳流补偿器容积应通过计算确定 当市政给水管网的进水管 引人管 供水量瞬时小于用水量时 可采取增大稳流补偿器容积或调整进水管的管径 2 在满足工程设计流量的前提下 尽量选用小容量的稳流补偿器 以节省投资和占地 3 稳流补偿器设计压力不应低于市政给水管网的最高水压 其压力等级通常可分为0 6MPa 1 0MPa和1 6MPa三级 特殊情况 应另行设计 4 稳流补偿器应优先选用不锈钢材质 且不锈钢的化学成分不得低于奥氏体不锈钢OCr18Ni9 SUS304 的要求 不锈钢材料壁厚不应小于3mm 当选用碳钢材质时 应采用符合生活饮用水卫生要求的食品级内衬防腐材料衬里 稳流补偿器设置 5 稳流补偿器应优先选用已定型的 能实现批量生产的产品 6 为配合工程建设需要 稳流补偿器可考虑近 远期结合选用 7 大 中型无负压给水设备 应优先选用两个小容量的稳流补偿器与水泵机组串接供水 以便运输和安装 8 稳流补偿器宜落地安装 采用膨胀螺栓固定 当需设置独立的混凝土基础时 混凝土基础应高于泵房地面0 1 0 3m 且平面尺寸应比稳流补偿器鞍座底板每侧大0 2m以上 真空抑制器选用 真空抑制器应与稳流补偿器配套选用 真空抑制器按接口法兰尺寸可分为DN150 DN200和DN300三种规格 选用时应符合下表的规定 防止交叉连接污染 原因 组合给水系统中 由于火灾 管道破裂和误操作 压力波动 水质污染 回流 受水器具 负压引起给水系统回流 出水端压力大于系统压力 预防措施 空气间隙出水管出口与卫生器具溢流沿之间的垂直距离不得小于2倍的出水管管径 且不得小于2 54cm注意溢流沿是指池子本省的边缘而不是指溢流管或溢流口真空破坏器常压式 无反压场合 绿化用的喷头 实验室龙头压力式 有反压 真空破坏器出水管侧的水压大于大气压 锅炉补给水进水管接软管用 预防措施 真空破坏器常压式 一个止回阀和若干个与大气相通的通气孔组成 止回阀瓣 安装位置必须高于出水口15cm 设计时当具有一定正压时就关闭 14kPa 通气孔 P 预防措施 真空破坏器压力式 一个止回阀和1个通气孔组成 安装位置必须高于出水口30cm 通气孔 进水口 测试口 预防措施 真空破坏器接软管 止回阀 水力计算比较 设计秒流量比较 中国 不同建筑有不同的公式 美国 亨特曲线为基础 750 1300 给水管网的水力计算 计算公式 伯努利方程 HL 水头损失 沿程和局部损失 沿程损失 给水管网的水力计算 管道摩擦损失的计算公式比较 美国 哈真 威廉姆斯公式 中国 不同管道使用不同的公式 流速不变时 管径越小 单位长度的摩擦阻力损失越大 且以指数增加 管径不变时 流速越大 单位长度的摩擦阻力损失越大 且以指数增加 水流试验与管网计算 给水方案技术经济比较 给水方式的基本形式 依靠外网压力的给水方式直接给水方式 设水箱给水方式依靠水泵升压给水方式设水泵的给水方式 设水泵 水箱联合供水 气压给水方式 分区给水方式 分质给水方式 经济技术比较方式静态技术 不考虑货币的时间价值偿还年限法 2个方案的比较计算费用法 在标准资产偿还期内的计算费用 或1年内的费用 W 计算费用 P 基建费 E 年经营费 T标 偿还期 K 投资效率比较系数 按0 15考虑 W越小 方案投资效果越好 动态技术 货币的时间价值 增值 常年费用法 crf 资金回收系数 i 复利率 n 工程经济寿命 现值法 将若干年后的资金换算成现值 uspwf 贴现率 A M小 方案优 例题某小区均为6层建筑 每户设有洗涤盆 大便器 浴盆 洗脸盆 无热水供应 方案采用的给水方式和各项费用见下表 进行方案的经济比较 方式 费用 项目 水泵增压基建费P1 15200 32600 89750 137550 元 年管理费E1 4191 5760 9951 元 水池 水泵P2 159250 元 E2 13644 元 气压罐P3 218050 元 E3 14940 元 单设水箱P4 243480 元 E4 0 元 计算费用法 常年费用法n 20a i 10 取T标准为7年 现值法 管道消毒 清理和清洗 消毒 液氯或次氯酸钠溶液 50mg L的清水 24h 多次开放 清水或饮用水冲洗 0 2mg L 第二讲 建筑污水排水排水系统组成间接排水水在排水管道中的流动规律通气管系统 排水系统组成 卫生器具存水弯 2 排水管道 3 清通设备 4 提升设备 5 通气系统 6 截留池 截留池 设置要求通气管高峰流量 分类沉砂池 污水中含有固体或半固体截油池 洗衣店 洗车店截脂池 厨房等食物加工 餐具清洗设备等 去除效率大于90 严禁定期注入高温水或化学药剂严禁经过热交换器 用饮用水冷却 存水弯 自带存水弯外加存水弯 水封 在存水弯中实现 一般要求 1 高度至少50mm2 几个池子可以共用一个存水弯 前提是 任何一个不得低于其他池子152mm以上 且排水口距离不得大于762mm 池子排水出口到存水弯溢流水面的距离不得大于610mm 水封 不允许使用的存水弯 A有移动部件的存水弯 B钟罩式存水弯等 水封 不允许使用的存水弯 C冠顶通气的存水弯 D内分隔型存水弯 水封 不允许使用的存水弯 E圆筒形存水弯 F管形的S存水弯 水封作用 水封高度 50 100mm 1 400 25mm水柱的反压 水分蒸发 安全系数采用50mm 100mm 传统理念认为 水封能力与排水能力是一对矛盾体 水封越浅排水条件越好 但同时水封能力越低 反之 加大水封深度提高水封能力 排水能力又必然下降 保证 正压动态有效水封 的高度 降低 原始水封深度 提高水封能力的同时提高排水能力 水封破坏原因正压喷溅 负压抽吸污水的流动状态 立管 水塞流时压力波动大设计时处于水膜流通气管降低排水能力压力排水 间接排水防止交叉污染 洗手池 污水池和厨房的水池空气间隙空气隔断 空气间隙 适用于给水和排水出水口到溢流水平面的距离 给水 排水口到溢流水平面 一般指地面 的距离 排水 空气隔断 只有在排水中应用排水口到排水管中的水面或到受水器底部的距离 应用 间接排水承受器 普通地漏 池式地漏 竖管 漏斗 开式承口等 应用 空气间隙应用 消防试验和放空排水 灭菌器排水 空气隔断应用 洗衣机 洗碗机等 水在排水管道中的流动规律 立管的排水能力 水流流动随充满度变化而变化 附壁螺旋流 水膜流 水塞流 1 3 1 4 气阻的作用 水在排水管道中的流动规律 立管水流的终点速度和终点长度 终点速度 由慢逐渐增大直至极限时的速度终点长度 达到终点速度时经历的距离 水在排水管道中的流动规律 水跃 VT6倍 V 水平支管 通气管系统的理论与公式 通气管系统 水气2相流 气阻 压力增大 水跃 水排入 公式 1静压 用高度衡量 与25mm水柱相当的空气柱高度 通气管系统 2空气流动时的摩擦阻力 3空气在立管中的流动 为什么立管通气管的管径与污水立管同径 为什么在污水立管下端处设通气管 通气管系统 3空气在立管中的流动 4通气管的最大允许长度 通气管系统 当雷诺数在3000 100000之间时 4通气管的最大允许长度 通气管系统 当水温20 时 v 15 1 10 6 g 9 81 5自然通风 通气管系统 当污水流量很小 甚至为0时 通气管与通气方法 系统组成 立管通气管 通气立管 通气管出口 延续通气管 卫生器具通气管 公用通气管 存水弯臂 环形通气管 循环通气管 减压通气管 1存水弯臂 卫生器具存水弯与通气管之间的距离 最小距离 距离存水弯堰口2倍管径以外的地方 2d 通气管系统 查阅建筑给水排水有关安全供水 同层排水的文献 并进行总结 给水排水 中国给水排水 第三讲雨水排水系统 降雨强度 降雨历时和重现期 降雨强度 单位时间单位面积上降落的雨水体积 mm h 概述 A b是常数 第三讲雨水排水系统 降雨强度 降雨历时和重现期 第三讲雨水排水系统 径流量的计算 K 常数0 278 10 3C 径流系数 不同地面C值不同 如果一个汇水面有多种地面 C值加权平均 室内雨水排水系统C 1 雨水排水系统的计算方法 同排水系统 满流计算 流速略高于污水排水系统 分类 室内雨排水系统的组成 合流制 分流制 主要系统 备用系统 组成 室内雨排水系统的组成 室内雨排水 雨水斗 溢流雨水斗 90mm 组成 室内雨排水系统的组成 室内雨排水 立管与水平管 第四讲水泵加压及提升 概述 室内给排水常用水泵 离心泵 特性曲线 系统损失曲线 水泵的工作点 流量 扬程 功率 转速和吸水高度 特性曲线 系统损失曲线 水泵的工作点 工作曲线损失曲线并联曲线工作点 特性曲线 系统损失曲线 水泵的工作点 功率曲线效率曲线 特性曲线 系统损失曲线 水泵的工作点 净正压吸水水头 实际净正压吸水水头 水泵气蚀 水泵相似定律 变速水泵 水泵相似定律 叶轮直径对水泵性能的影响 给水加压 70 以上的时间 不到高峰用水量的20 给水加压 70 以上的时间 不到高峰用水量的20 排水提升系统 室内标高低于室外 排水提升系统 室内标高低于室外 排水提升系统 室内标高低于室外 排水提升系统 室内标高低于室外 排水提升系统计算 吸水井容积的计算 抽去有效容积水的时间 充满有效容积水的时间 一般将有效容积按2 4min中的高峰流量设计 第五讲建筑给排水节能 建筑给排水耗能 建筑能耗约占整个社会能耗的1 3 位居榜首 建筑能耗的主体是建筑墙 门 窗的导热损失 其次是采暖 空调的能耗 建筑给排水专业在建筑能耗中所含的内容主要有 人民生活及从事工艺 生产 游乐 环境卫生 绿化 水景等活动的给水 排水 消防 热水 回用水等需要的能耗 建筑给排水耗能 第五讲建筑给排水节能 建筑给排水节能原理 节能概念与特点 给排水系统的能耗 主要是指维持给排水系统日常运行的能源消耗 包括 水加热需要的热能 如生活热水和开水的加热 水提升需要的动力能 如加压供水 排水和维持水循环 节能率E衡量 W1 未采取节能措施的能耗 W2 节能设计后的能耗 第五讲建筑给排水节能 建筑给排水节能原理 热能节省原理 wr 热水耗能量 Q 加热量或热水系统的耗水量 t 水加热前后的温度差 水加热设备的热效率 第五讲建筑给排水节能 建筑给排水节能原理 热能节省原理 wg 管道传热损失能耗 D L 分别为管道外径和长度 t 管道内热水温度与管外环境温度的差值 n 保温系数 T 热损失持续时间 K 无保温时的管道传热系数 热能节省原理 减小加热水量Q 减小水温差 提高设备加热效率 减小热水管道直径和热水管道长度 提高管道保温系数 控制管道内热水温度与管外环境温度的差值 动力能节省原理 减小水泵出水量 减小水泵的静扬程 减小管网局部阻力系数 提高水泵日常运行效率 控制最不利点水压 第五讲建筑给排水节能 建筑给排水节能 给水节能 选择合理的供水系统充分利用市政管网压力高层建筑系统分区居住小区的供水系统 选择合理的供水系统充分利用市政管网压力力争掌握准确的市政管网水压 水量等可靠资料 要满足使用要求 规范规定P 0 05MPa 高档住宅使用进口的水嘴时 一般宜P 0 1MPa节水与节材的关系 选择合理的供水系统高层建筑系统分区分区供水压力的选择 分区供水压力应按 规范 3 3 5条执行 即以配水点处静压P 0 45MPa为界进行分区 且P 0 35MPa时宜加支管减压 但工程设计中 设计人员往往是以控制用水点处P 0 35MPa就不再减压了 但从节能要求而言 宜将水表前支管压力控制为 0 15MPa 选择合理的供水系统高层建筑系统分区减压阀的设置应选用质量好的产品 从节能考虑 分区减压阀不宜串联设置 且减压比应符合 建筑给水减压阀应用设计规程 CECS110 2000 或产品的要求 按 建筑给水减压阀应用设计规程 选用减压阀 配套附件不设旁通阀 并应将其设置在便于维护管理的地方 选择合理的供水系统高层建筑系统分区推荐支管减压作为节能节水的重要措施如上述按照 规范 要求 以配水点处静压 0 45MPa进行给水分区 分区内不再采取其他减压措施 则该区内大部分配水点将处于耗能耗水的状态 选择合理的供水系统高层建筑系统分区推荐支管减压作为节能节水的重要措施 按水龙头的额定流量q 0 15L s为标准比较 节水龙头在半开 全开时其流量分别为额定流量的2倍和3倍 选择合理的供水系统高层建筑系统分区推荐支管减压作为节能节水的重要措施对67个水龙头实测 其中47个测点流量超标 超标率达61 根据实测得出的陶瓷阀芯和螺旋升降式水龙头流量与压力关系曲线 可知Q与P成正比 Q越大 P越大 能耗也就越大 因此 限制水龙头前的水压对节水 节能意义很大 在给水系统设计中 应广泛推广支管减压的措施 如采用质量好的可调式小减压阀等是非常必要的 选择合理的供水系统居住小区的供水系统供水泵站宜相对集中 适中布置 防止因供水干管管线过长 加大管道沿程阻力损失 导致水泵扬程偏高 增加能耗 且给用户带来超压 离泵站近处 噪声 水压不稳定等问题 应与小区集中热水系统协调布置 建筑给排水节能 供水设备 常用供水方式市政水源 水池 加压泵 高位水箱 用户市政水源 水