建筑给排水设计中的一些要点和注意事项

建筑给排水设计中的一些要点和注意事项

白登明

摘　要：本文阐述了室内消火栓保护半径确定、冷却塔系统设计注意事项、屋面雨水排放系统设计和光伏相关厂房项目工艺冷却水系统（PCW）简介四个方面的观点内容，希望与业界同仁一起交流探讨、共同提高。

1．室内消火栓保护半径的确定

室内消火栓保护半径确定，是室内消火栓系统设计中最基本的技术工作。大家在布置室内消火栓时，保护半径R常采用28m，其实这一数值是可变的。

大家都知道，消火栓保护半径计算公式为：R=L_d+ L_s

L_d——水带长度（m），工程中配用25m长水带，L_d=25×0.8=20m

L_s——水枪充实水柱在平面上的投影长度（m）

L_s=cosθ.S_k=cosθ.（H₁-H₂）/sinθ=ctgθ.（H₁-H₂）

S_k——水枪充实水柱长度（m）

θ ——水枪上倾角

H₁——室内最高着火点离地面高度（m），一般按建筑物层高

H₂——水枪喷嘴离地面高度（m），一般取1m

因绝大多数情况下，室内消火栓流量需满足≥5L/s，对应19mm直流水枪的充实水柱为11.4m，水枪上倾角45°时其充实水柱垂直投影长度为8.06m，可满足层高≤9.0m建筑的灭火要求，这种情况下，最大L_s=[S²_k-（H₁-H₂）2]^1/2=[11.4²-（H₁-1）2]^1/2。当建筑层高大于9.0m时，出于尽量降低水枪处操作压力的考虑，一般水枪上倾角采用45°～60°，层高超过13.0m的建筑，水枪上倾角最好采用60°，这时L_s=ctgθ.（H1-H2）。

室内消火栓保护半径参考值

注：上表是基于19mm直流水枪的数据。层高小于9m的建筑，其水枪上倾角可以小于45°，这样可以加大消火栓保护半径。

19mm直流水枪充实水柱长度、压力、流量对应数据

从上表中可见，太大的充实水柱长度是不可取的，充实水柱长度17m时，水枪喷嘴压力高达33.5m，消防队员操作时已比较困难，所以层高超过12.0m的厂房，水枪上倾角宜采用60°，这样可降低要求的充实水柱长度，减小消防队员操作难度。

结合这两个表的数据可以看出，对于层高大于10m的高大厂房，水枪上倾角θ的选择很讲究技巧和取舍。如果已选择消防泵的流量和扬程对该建筑或该层有余量，选择较小的上倾角可以获得较大的保护半径从而设置较少的消火栓；如果该建筑或该层是系统消防泵选择的控制因素，则宜选择较大的上倾角。

2．冷却塔系统设计中应注意的一些问题

2.1　不设集水池的多台冷却塔并联使用时各塔集水盘应设连通管

虽然规范有此规定，但由于设计理念惯性与惰性的原因，未设连通管的设计项目仍时有出现。设置连通管的好处是，可以平衡由冷却塔出水管水头损失差异引起的各塔集水盘液位差，有利于各塔集水盘流出水量的平衡。

2.2　规格不同的冷却塔尽量避免并联使用

模块大小不同（同一规格模块的除外）的冷却塔尽量避免并联使用，不可避免要并联设置时，应注意各塔集水盘上口标高必须相同，否则高的集水盘会不停地补水，而低的集水盘会从集水盘上口不断溢流，造成水资源浪费，增加业主运行费用。大多数冷却塔厂商样本上不会提供集水盘高度数据，需要设计工程师向厂商咨询获取。

2.3　冷却塔循环水泵多台并联设置时泵的扬程计算应力求准确

循环水泵多台（3台以上）并联设置，如果可能两台甚至一台运行时，泵的扬程计算应力求准确，富余水头取0.5～1.0m即可，对于大流量泵（500m³/h以上），宜逐个计算局部水头损失后确定水泵扬程。多泵并联运行水泵的设计扬程偏高，至少有两个弊端，一是需要人为增加管路阻力（如调小阀门开度）来抵消多余的扬程，浪费能源；二是单泵或减泵运行时，单泵会严重偏离额定工况点运行。因为多泵并联系统单泵或减泵运行时，管路的水头损失减小，单泵的运行工况点在性能曲线图上会向右偏移（流量增大、扬程降低），水泵轴功率变大，严重时甚至会过载造成电机烧毁。系统设计时，首先要求管路压损计算准确，尽量使泵的实际运行工况点较设计工况点偏移量最小；其次，可以在每台水泵出口设置动态定流量阀，这样可以保证水泵的流量在各种工况下均保持在设计工况；第三，若考虑经济性不设置动态定流量阀，设计应说明减泵运行时，应调小水泵出口阀开度，对应指标是相应电气控制柜电流值不高于额定电流，水泵出口指示流量不大于设计工况点流量（水泵出口装流量计时）。

2.4　冷却塔系统设集水池时应注意两个问题

一是补水应补充至集水池而不是我们习惯的冷却塔集水盘；二是注意冷却塔出水管管径选择时，应满足出水管管路总水损加流出水头之和小于集水盘液位至管路末端的高差，一般情况出水管口径应比厂商样本中口径大一号，必要时设计中可要求厂商按设计要求口径提供产品。关于第二点，本人有切身经历，某个项目冷却水系统设集水池，冷却塔设在集水池上，出水管直接引入集水池，系统启动运行后冷却塔集水盘上口四周不停溢水而集水池中浮球阀在不停补水，经分析发现，原因就是冷却塔出水管口径偏小，造成集水盘出水量小于进水量而引起溢水，而集水池是出水量大于进水量造成不停补水，后将该冷却塔出水管改大后系统即正常运行。

3．屋面雨水系统设计

3.1　屋面雨水排放系统设计中重现期选择和溢流设施

建筑给水排水设计规范规定，建筑屋面雨水排水工程应设置溢流口等溢流设施，同时规定了屋面雨水排水系统与溢流设施总排水能力，一般建筑不小于10年重现期的雨水量，重要公共建筑、高层建筑不应小于50年重现期的雨水量。实际工程设计中，考虑到溢流口设置与建筑立面整体效果难以统一协调，在经济性允许的条件下，给排水专业可以直接将屋面雨水排水系统的能力提高至雨水重现期10年或以上，而不设置溢流设施，这样既达到了规范的要求，又免除了与建筑专业的协作（注意：因雨水排水系统造价一般在整个项目投资中所占份额很小，所以提高雨水排水系统的设计能力对整个工程造价的影响极小。华东分院屋面雨水设计重现期统一标准是，混凝土建筑屋面20年，钢屋面50年）。

3.2　钢结构厂房屋面雨水排放系统设计应注意的一些问题

钢结构厂房在我院设计的项目中出现的越来越多，钢结构厂房屋面的特点有：钢屋面与其天沟在连接处是搭接连接，如天沟中水位高度超过搭接缝时，不可避免地雨水就会从搭接缝处翻入室内造成漏雨，影响业主生产甚至会造成财产损失；钢结构厂房屋面天沟高度经常受屋面檩条高度的限制而不可能设计得很深，高度一般在200~250mm左右，而有效深度仅150~200mm左右；另外钢结构厂房屋面坡度较混凝土屋面大（常见为5%），屋面急流而下的雨水在天沟处产生冲击涌流，极易造成天沟翻水进入室内。基于以上的原因，钢结构厂房屋面雨水系统设计时应慎重考虑，准确计算。首先建议设计取较大的暴雨强度重现期，有溢流设施时重现期不小于10a，不设溢流设施时重现期至少取20a，要求高的外资项目重现期可取50a，最近有个项目业主的保险商甚至要求重现期采用100a。其次，设计中必须注明按国标图集中节点制作安装雨水斗。国标雨水斗具有整流作用，可以避免水流形成过大旋涡，可以稳定斗前水位，减少进水搀气并能拦截树叶等杂物。而实际工程中很多承包商直接在钢天沟板上开孔，焊接钢短管与雨水立管相连接，未做雨水斗或以钢丝球或地漏篦子之类的东西代替雨水斗。这种做法大大降低了雨水系统的排水能力，且树叶等杂物极易进入雨水管造成系统堵塞。因此设计文件中必须明确雨水斗的制作、安装、设置要求，选用国标时应注明选用的国标图集号和具体型号（钢天沟雨水斗与混凝土天沟雨水斗的制造安装均不同），并且在设计交底时提请承包商注意。

3.3　压力流（虹吸式）屋面雨水排放系统的应用

压力流（虹吸式）屋面雨水排放系统在国外已有几十年使用历史，其工作原理是利用雨水斗与排出管之间的几何高差，当降雨强度达到设计值时，管道内呈满流状态，雨水从水平管流入立管跌落时管道内形成负压产生虹吸作用，可以快速排出雨水。

压力流雨水排放系统的核心组件是压力流雨水斗，核心技术是压力流雨水斗的水力模型，但并不是采用了压力流雨水斗就可实现压力流排水，它是一套完整的系统，每一个组件都必须经专业设计计算软件计算确定，才能使系统在设计工况下形成单相满管流，迅速排除屋面雨水。当现场需局部修改管路系统时，还得用计算软件重新校核新管路，必要时需要修改一些管件的尺寸。压力流雨水排放系统应用于大型或造型复杂的屋面时比重力流系统有更多优越性，相同设计要求条件下，设计出的系统会更简单方便，能够更好地满足建筑造型要求。但压力流雨水排放系统的造价是传统重力流雨水系统的1.5~2.5倍，且缺少相关的设计规范和资料，设计计算需由专业供应商的专用软件完成，安装一般也由专业公司完成，设计工程中需要专业公司的紧密配合，设计工作对专业公司的依赖性较大。目前这种系统的应用呈上升趋势，相信随着经济的发展，建筑使用要求的不断提高，压力流屋面雨水排放系统的应用会越来越多。

3.4　雨水斗与雨水立管应密闭连接

工程实际中还经常发现，由于雨水斗多为钢制或铸铁材质，而雨水立管比较普遍采用UPVC雨水管，承包商就用室外用UPVC雨水方斗作为雨水斗与UPVC雨水立管的过渡连接件，但雨水斗与连接方斗无法密闭连接，大雨暴雨时此处极易泛水造成室内水渍损失，本人有几次现场处理漏雨事故均是由此原因引发的，因此提醒同行工程师注意。解决的办法，一是设计文件中明确雨水斗与雨水立管应密闭连接并注明选用的国标图集号，并且在项目设计交底时提请承包商注意，二是雨水立管可以选用镀锌钢管，以方便雨水立管与雨水斗以焊接或螺纹连接方式直接密闭连接。

4．光伏相关厂房工程项目工艺冷却水系统（PCW）简介

光伏相关厂房工程项目主要有三种类型的工艺冷却水系统：单晶炉（拉单晶厂房）或多晶炉（多晶铸锭厂房）工艺冷却水系统；单晶或多晶切片机和开方机（切片厂房）工艺冷却水系统；光伏电池厂房工艺冷却水

4.1　单晶炉或多晶炉工艺冷却水系统

一般要求进水温度为24～34℃，温差5℃左右，常采用开式系统，特别注意单晶炉或多晶炉工艺冷却水不能停止供应，否则轻则炉子报废重则炉体爆炸事故，所以设计中常采用几重应急措施（循环泵配应急电源和末端双回路供电，系统接上自来水管作为应急冷却水源，设置高位重力水箱）。设计取较高的进水温度的话，一般用冷却塔冷却水作为冷源通过板式换热器交换热量；设计进水温度取30℃以下的话，一般用中温冷冻水（12℃）作为冷源通过板式换热器交换热量。系统补水应为软化水或RO水。

4.2　切片机和开方机工艺冷却水系统

一般要求进水温度为12～19℃，温差3℃左右，由于切片机冷却水流量控制阀会随着切削砂浆温度高低自动调节开度，所以一般循环水泵采用变频驱动为好。该系统一般用中温冷冻水（12℃）作为冷源通过板式换热器交换热量。

4.3　光伏电池厂房工艺冷却水系统

一般进水温度为20℃，温差5~8℃，主要用于扩散炉、刻蚀泵、真空泵、PECVD、烧结工段的冷却，循环水泵采用变频驱动为好。系统补水应为软化水或RO水。（白登明，高级工程师，副总监，华东分院副院长，华东工业院院长）