浅谈“超高层办公建筑生活给水系统方案分析与优化”
浅谈“超高层办公建筑生活给水系统方案分析与优化”
近些年来，我国建筑行业发展迅速，超高层办公建筑拔地而起，内部的生活给水系统设计也是各有千秋，生活给水系统设计方案对项目的品质、经济性、供水可靠性以及后期维护管理的便利性有着直接的影响。究竟是变频加压给水系统好？还是水箱重力供水系统好？在此，以某栋超高层办公楼为例，对其生活给水系统进行分析如下：
某办公楼，地下室共4层，主要为车库及设备房；地上共65层，其中1~3层为商业，11、22、33、44、55层为避难及机电设备层，其他楼层均为办公，办公部分层高4.5米，总建筑高度295.3米，办公楼层总建筑面积约114000㎡，最高日用水量约为570m3/d，最大时用水量为68.4m3/h。根据市政水压条件，-4层~3层采用市政管网直接供水，4~65层采用水泵加压供水，现对4~65层水泵加压部分的给水系统从以下4个方案加以分析：
一、方案系统分区形式
1）方案一：水箱重力供水系统（一）
地下一层设生活调节水池及转输水泵，22层、44层设转输水箱及转输水泵，屋顶层设高位水箱及增压稳压给水泵组。给水系统分为十二个区，具体分区见表一：
表一
序号 | 分区名称 | 该分区楼层范围 | 供水方式 |
1 | 一区 | -4层~3层 | 由市政管网直接供水 |
2 | 二区 | 4层~10层 | 由22层水箱减压供水 |
3 | 三区 | 11层~17层 | 由22层水箱直接供水 |
4 | 四区 | 18层~22层 | 由44层水箱减压供水 |
5 | 五区 | 23层~28层 | 由44层水箱减压供水 |
6 | 六区 | 29层~34层 | 由44层水箱减压供水 |
7 | 七区 | 35层~39层 | 由44层水箱直接供水 |
8 | 八区 | 40层~44层 | 由屋顶水箱减压供水 |
9 | 九区 | 45层~49层 | 由屋顶水箱减压供水 |
10 | 十区 | 50层~55层 | 由屋顶水箱减压供水 |
11 | 十一区 | 56层~61层 | 由屋顶水箱直接供水 |
12 | 十二区 | 62层~65层 | 由屋顶增压稳压泵组供水 |
2)方案二：变频泵组加压供水系统
地下一层设生活调节水池、转输水泵及二、三区变频给水泵组，22层设转输水箱、转输水泵及四、五区变频给水泵组，44层设转输水箱及六、七区变频给水泵组,给水系统分为七个区，具体分区见表二：
表二
序号 | 分区名称 | 该分区楼层范围 | 供水方式 |
1 | 一区 | -4层~3层 | 由市政管网直接供水 |
2 | 二区 | 4层~12层 | 由地下一层变频给水泵组一供水 |
3 | 三区 | 13层~21层 | 由地下一层变频给水泵组二供水 |
4 | 四区 | 22层~32层 | 由22层变频给水泵组一供水 |
5 | 五区 | 33层~43层 | 由22层变频给水泵组二供水 |
6 | 六区 | 44层~54层 | 由44层变频给水泵组一供水 |
7 | 七区 | 55层~65层 | 由44层变频给水泵组二供水 |
3）方案三：水箱和变频泵组加压供水系统
地下一层设生活调节水池、转输水泵及二区变频给水泵组，22层设转输水箱、转输水泵及四区变频给水泵组，44层设转输水箱及六区合用变频给水泵组，屋顶设高位水箱及八区增压稳压给水泵组，给水系统分为八个区，具体分区见表三：
表三
序号 | 分区名称 | 该分区楼层范围 | 供水方式 |
1 | 一区 | -4层~3层 | 由市政管网直接供水 |
2 | 二区 | 4层~11层 | 由地下一层变频给水泵组供水 |
3 | 三区 | 12层~17层 | 由22层水箱直接供水 |
4 | 四区 | 18层~33层 | 由22层变频给水泵组供水 |
5 | 五区 | 34层~39层 | 由44层水箱直接供水 |
6 | 六区 | 40层~55层 | 由44层变频给水泵组供水 |
7 | 七区 | 56层~61层 | 由屋顶水箱直接供水 |
8 | 八区 | 62层~65层 | 由屋顶增压稳压泵组供水 |
4）方案四：水箱重力供水系统（二）
地下一层设生活调节水池及转输水泵，33层设转输水箱及转输水泵，屋顶层设高位水箱及增压稳压给水泵组，给水系统分为十一个区，具体分区见表四：
表四
序号 | 分区名称 | 该分区楼层范围 | 供水方式 |
1 | 一区 | -4层~3层 | 由市政管网直接供水 |
2 | 二区 | 4层~11层 | 由33层水箱减压供水 |
3 | 三区 | 12层~17层 | 由33层水箱减压供水 |
4 | 四区 | 18层~23层 | 由33层水箱减压供水 |
5 | 五区 | 24层~28层 | 由33层水箱直接供水 |
6 | 六区 | 29层~37层 | 由屋顶层水箱减压供水 |
7 | 七区 | 38层~43层 | 由屋顶水箱减压供水 |
8 | 八区 | 44层~49层 | 由屋顶水箱减压供水 |
9 | 九区 | 50层~55层 | 由屋顶水箱减压供水 |
10 | 十区 | 56层~61层 | 由屋顶水箱直接供水 |
11 | 十一区 | 62层~65层 |
5）各方案系统示意图
方案一系统示意图
方案二系统示意图
方案三系统示意图
方案四系统示意图
二、各方案预估所占机房面积
方案 名称 | 机房位置 （㎡） | 机房内设备数量及参数 | 机房面积合计（㎡） |
方案一
| 地下一层生活水泵房 | 不锈钢生活水箱一个（有效容积145m³）；生活转输水泵两台 | 360 |
22层生活转输水泵房 | 不锈钢生活水箱一个（有效容积25m³）；生活转输水泵两台 | ||
44层生活转输水泵房 | 不锈钢生活水箱一个（有效容积25m³）；生活转输水泵两台 | ||
屋顶生活水泵房 | 不锈钢生活水箱一个（有效容积20m³）；增压稳压给水泵组一套 | ||
方案二 | 地下一层生活水泵房 | 不锈钢生活水箱一个（有效容积145m³）；生活转输水泵两台；变频加压给水泵组2套 | 435 |
22层生活水泵房 | 不锈钢生活水箱一个（有效容积25m³）；生活转输水泵两台；变频加压给水泵组2套 | ||
44层生活水泵房 | 不锈钢生活水箱一个（有效容积25m³）；变频加压给水泵组2套 | ||
方案三 | 地下一层生活水泵房 | 不锈钢生活水箱一个（有效容积145m³）；生活转输水泵两台；变频加压给水泵组1套 | 420 |
22层生活水泵房 | 不锈钢生活水箱一个（有效容积25m³）；生活转输水泵两台；变频加压给水泵组1套 | ||
44层生活水泵房 | 不锈钢生活水箱一个（有效容积25m³）；生活转输水泵两台；变频加压给水泵组1套 | ||
屋顶生活水泵房 | 不锈钢生活水箱一个（有效容积20m³）；增压稳压给水泵组一套 | ||
方案四 | 地下一层生活水泵房 | 不锈钢生活水箱一个（有效容积145m³）；生活转输水泵两台 | 305 |
33层生活转输水泵房 | 不锈钢生活水箱一个（有效容积30m³）；生活转输水泵两台 | ||
屋顶生活水泵房 | 不锈钢生活水箱一个（有效容积25m³）；增压稳压给水泵组一套 |
三、各方案设备造价
方案 名称 | 设备名称 | 设备参数 | 设备 数量 | 造价合计（万元） |
方案一
| 地下室一层转输水泵 | Q=70m³/h，H=120m，P=37Kw | 2 | 46.95 |
22层转输水泵 | Q=55m³/h，H=115m,P=30Kw | 2 | ||
44层转输水泵 | Q=29.5³/h，H=115m,P=18.5Kw | 2 | ||
屋顶增压稳压泵组 | Q=8m³/h，H=18m,P=2.2Kw | 1 | ||
地下一层不锈钢水箱 | 有效容积145m³ | 1 | ||
22层转输不锈钢水箱 | 有效容积25m³ | 1 | ||
44层转输不锈钢水箱 | 有效容积25m³ | 1 | ||
屋顶层不锈钢水箱 | 有效容积20m³ | 1 | ||
方案二 | 地下一层转输水泵 | Q=50m³/h，H=120m，N=30kW | 2 | 60.2 |
22层转输水泵 | Q=23m³/h，H=120m，N=15kW | 2 | ||
2区变频给水泵组 | Q=11m³/h，H=80m，N=7.50kW | 1 | ||
3区变频给水泵组 | Q=12m³/h，H=115m，N=11kW | 1 | ||
4区变频给水泵组 | Q=12.5m³/h，H=75m，N=7.50kW | 1 | ||
5区变频给水泵组 | Q=12.5m³/h，H=115m，N=11kW | 1 | ||
6区变频给水泵组 | Q=12.5m³/h，H=75m，N=7.50kW | 1 | ||
7区变频给水泵组 | Q=12.5m³/h，H=115m，N=11kW | 1 | ||
地下一层不锈钢水箱 | 有效容积145m³ | 1 | ||
22层不锈钢水箱 | 有效容积25m³ | 1 | ||
44层不锈钢水箱 | 有效容积25m³ | 1 | ||
方案三 | 地下一层转输水泵 | Q=60m³/h，H=120m，N=37kW | 2 | 57.75 |
22层转输水泵 | Q=35m³/h，H=115m，N=22kW | 2 | ||
44层转输水泵 | Q=12m³/h，H=115m，N=11kW | 2 | ||
2区变频给水机组 | Q=11m³/h，H=80m，N=7.5kW | 1 | ||
4区变频给水机组 | Q=13.5m³/h，H=80m，N=7.5kW | 1 | ||
6区变频给水机组 | Q=15m³/h，H=90m，N=11.0kW | 1 | ||
屋顶增压稳压泵组 | Q=8m³/h，H=18m，N=2.2kW | 1 | ||
地下一层调节水箱 | 有效容积145m³ | 1 | ||
22层转输水箱 | 有效容积25m³ | 1 | ||
44层转输水箱 | 有效容积25m³ | 1 | ||
屋顶层不锈钢水箱 | 有效容积20m³ | 1 | ||
方案四 | 地下一层转输水泵 | Q=70m³/h，H=170m，N=75kW | 2 | 48.05 |
33层转输水泵 | Q=40m³/h，H=165m，N=45kW | 2 | ||
屋顶增压稳压泵组 | Q=8m³/h，H=18m，N=2.2kW | 1 | ||
地下一层不锈钢水箱 | 有效容积145m³ | 1 | ||
33层不锈钢水箱 | 有效容积30m³ | 1 | ||
屋顶层不锈钢水箱 | 有效容积25m³ | 1 |
四、各方案运行费用
方案 序号 | 年运行费 （万元） | 备注 |
方案一 | 16.27 | 转输水泵负荷率按100%计算，工作时间根据所负责区域最高日用水量而定；变频给水泵组全天工作时间按12小时计（高峰时段3小时，电机负荷率100%，低峰时段9小时，负荷率85%），年运行时间为365天，年变化系数0.8，日变化系数0.80。 |
方案二 | 22.64 | |
方案三 | 20.82 | |
方案四 | 23.51 |
五、方案比较
方案 序号 | 机房面积 （㎡） | 加压泵组数量（组） | 设备造价 （万元） | 年运行费 （万元） | 水压稳定性 | 后期维 护管理 |
方案一 | 360 | 4 | 46.95 | 16.72 | 好 | 简单 |
方案二 | 435 | 8 | 60.2 | 22.64 | 一般 | 复杂 |
方案三 | 420 | 7 | 57.75 | 20.82 | 较好 | 较复杂 |
方案四 | 305 | 3 | 48.05 | 23.51 | 好 | 简单 |
六、分析结论
结合以上分析比较可得出：方案一所占用机房面积较少，给水泵组数量较少，设备造价及泵组运行费用均较低，系统水压稳定性好，维护管理简单；方案二、方案三机房所占面积、给水泵组数量、设备造价及泵组运行费用均高于方案一；方案四泵组数量、机房所占用面积最少，水压稳定性好，后期维护管理也简单，设备造价虽比方案二、方案三低但较方案一高，由于转输泵扬程大，运行费用也最高。
综上所述，若不受其他因素的影响，方案一为最优方案，其所占用机房面积较少，泵组数量较少，设备造价、运行费用较低，供水可靠性、稳定性好，设备少便于后期维护管理。如项目受其他特殊因素的制约，可根据实际情况选择更合理的方案。