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摘要：根据规范并结合工程实例，对现有超高层建筑采用工频补水泵+中间转输水箱+变频泵的供水方式进行总结，对补水泵为多台转输水箱同时补水的情况进行分析，提出合理的启泵水位与水位控制阀启闭方式。
关键词：超高层；多转输水箱；串联给水
一、前言
对于建筑高度超过100米的超高层建筑，根据《建筑给水排水设计规范》（GB50015-2003）（2009年版）中第3.3.6条的要求，生活给水应采用垂直串联给水方式，即建筑高区采用工频补水泵+高区转输水箱+高区变频供水装置。当转输水箱采用水泵加压补水时，应设置水箱水位自动控制水泵启停装置，当一组水泵供给多个水箱进水时，在进水管上宜装设电讯号控制阀，由水位监控设备实现自动控制。而电动阀对多个水箱的具体自动控制方式，《建筑给水排水设计规范》中并未作出详细要求，接下来以具体实际工程为例，对以上问题作出讨论。
二、项目概况
本工程由两栋建筑高度150米（共45层）的公寓楼（B、C栋），一栋建筑高度100米（共29层）公寓楼（A栋），及一栋100米（共23层）的办公楼（D栋）组成，总建筑面积为33万平方米。
该工程公寓部分采用集中供水，生活泵房位于地下二层，240吨生活水箱设于水泵房，按建筑高度给水分为三个分区，三至十六层为下区，十六至三十层为中区，均由各区变频供水装置供应生活用水，三十一层至四十五层为上区，采用串联接力供水，由生活泵房内工频补水泵将水提升至三十一层（避难层）转输水箱，再进行变频供水。由于B、C栋塔楼中伸缩缝的设置，各栋左、右单元均设置了独立的生活转输水箱。本文仅对接力供水部分展开分析，生活用水具体参数如下：
根据《建筑给水排水设计规范》（GB50015-2003）（2009年版）中第3.7.8的要求及条文说明的解释，转输水箱的作用有两个，一是调节初级补水泵与次级变频的流量差，一般初级泵的流量均大于次级泵，为防止初级泵每小时启动次数不大于6次，故中途转输水箱有效容积宜取次级泵的5至10分钟流量；二是防止次级泵停泵时，次级管网的水压回传，中间转输水箱可将回传水压消除，保护初级泵不收损坏。本工程31层转输水箱有效容积按上表由上至下依次为3.69m3～7.38m3，；3.3m3～6.6m3；3.6m3～7.2m3；3.6m3～7.2m3。
根据条文说明，若按秒流量来考虑初级泵，则流量达到84.5 m3/h，而两栋公寓楼高区每天最大供水持续时间并不长，故从经济因素考虑，初级补水泵仍按每天最大小时用水量考虑，选泵参数为Q=32.4 m3/h，H=130m，为保证供水安全，4座中间转输水箱的有效容积选定为10 m3，尺寸为1.5m×3.5m×2.5m。
三、水位分析
根据规范要求，结合实际需要，转输水箱应相应设置溢流水位、最高报警水位、有效水位（停泵水位）、启泵水位、最低报警水位等。且生活饮用水箱进水管最低点高出溢流边缘空气间隙应等于进水管管径，但不应小于25mm，最大可不大于150mm。针对本项目，以B栋公寓左单元上区为例，下图为三种不同启泵水位高度：
典型的用水情况为转输水箱初始状态为最高水位，随着用水开始，变频供水装置启动，水箱液位逐渐下降。待降至启泵水位时，液位控制阀开启，低区补水泵启动。当用水量小于最大小时用水量时，水箱内液位逐渐升高，直至到达最高水位，此时液位控制阀关闭，停泵电信号发送至控制柜。当用水量等于最大小时用水量时，水箱液位保持不变，达到供水-用水动态平衡状态。到达用水最大流量时，此时变频供水装置按秒流量输水，水箱液位即使到达启泵水位，液位仍持续下降，开始消耗保护容量。保护容量必须满足最大瞬时用水量期间的供水-用水差值，否则液位持续下降，将触碰最低报警水位，造成供水危机。
以上图三种不同启泵水位的设置为例，图（1）启泵水位设在0.45m，剩余水量为7.64吨；图（2）启泵水位设在0.95m，剩余水量为5吨；图（3）启泵水位设在1.45m，剩余水量为2.39吨。由于补水泵以最大小时流量工频供水，则到达启泵水位时，补水泵的启动仍足以满足一天中大部分时段的供水。假设用水到达一天中顶峰流量，则以上三种启泵水位对应的剩余缓冲用水时间为12.7min，8.3min，4min。
以上分析是针对单个转输水箱不同启泵水位的分析，而在本项目中，补水泵同时为四座转输水箱供水，考虑到两栋建筑均为户型类似的公寓楼，假设用水曲线均为一致（实际上并无可能），忽略四座水箱彼此间沿程水头损失差额，则各水箱最不利补水流量为32.4÷4=8.1 m3/h，设定两座公寓同时用水的最高瞬时供水交叉时间为10min，则对应的启泵水位应调整至700mm高，水位图如下：
多水箱控制流程
（2）Multi-Tanks Control Mode
当四水箱用水曲线一致时，可当做一座水箱考虑，此时图（2）的控制方式是合理的，但当四水箱用水曲线不一致时，如果仍沿用图（2）的控制方式，会出现以下工况：
假设A、B、C、D四水箱用水时段内均匀供水，A水箱供水速率最快，其余水箱依次递减，则A、B、C、D依次到达启泵水位。当D最后补水到达有效水位时，A已第二次接近启泵水位，则补水泵刚接受到串联停泵电信号，又再次开启，随后B、C、D再次陆续到达启泵水位，如此反复，直到某时刻四水箱停止供水（如夜间无用水工况时），各水箱均补水至最高水位，补水泵停泵。
以上分析基于笔者假设特定工况，实际使用中，4水箱的水位变化更为复杂，随着相应液位控制阀的动作，补水泵控制柜接受的电信号也较复杂，增加了设备故障率。
多水箱优化控制方案一
针对上述多转输水箱补水控制方式讨论的情况，笔者考虑了多种解决方案以改进，控制方式如下：
（3）Optimization Control Mode 1 for Multi-Tanks
忽略各水箱液位差，当某水箱到达启泵水位时，启动补水泵，并打开所有电动阀，四座水箱同时补水。与普通多水箱补水控制方式比较，此控制方式有以下优势：（1）即使其余三水箱未到达启泵水位，补水泵仍对其补水，并提前到达最高水位，水泵运行时间较前者缩短，节省电量。（2）根据前文分析，启泵水位的保护容积为10min最大供水流量。若最大供水流量持续时间超过10min后，即有可能产生供水危机，采用此优化控制方式，对4水箱同时补水，使各水箱长时间保持较高水位，可有效提高供水安全性。
多水箱优化控制方案二
（4）Optimization Control Mode 2 for Multi-Tanks
尽管采用同时开启各电控阀的控制方式具有以上优点，但电控阀的长期频繁启闭动作仍增加了其故障率，造成供水隐患。考虑以上因素，本工程采取了由水力控制阀代替电控阀等措施，当液位低于最高水位时，即使没有到达启泵水位，水力控制阀也在浮球作用下自动开启。待其中某水箱触发启泵，自动通过补水泵补水，水位到达最高水位后即自动关闭阀门。与电控阀相比，水力控制阀由浮球直接作用，减少了电信号的转换过程，降低系统故障率。
多水箱供水示意图
（5）Multi-Tanks Water supply
五、小结
通过南京市某超高层公寓楼多转输水箱供水控制的讨论，通过不同启泵水位的对比，提出了较为合理的启泵水位。就目前补水泵和电动阀控制方式存在的问题，提出了合理的优化控制方案，并在工程中得到成功运用。但多水箱供水时，随着用水曲线的变化，面临的问题也十分复杂，作为设计人员，还应不停思考，针对具体问题作出分析，提出合理的设计方案，服务社会。
参考文献
[1]《建筑给水排水设计规范》（GB50015-2003）（2009年版）
论文作者:梁磊,郭飞,段婷
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第3期
论文发表时间:2018/7/2
标签：水位论文; 水箱论文; 水泵论文; 用水论文; 补水论文; 方式论文; 液位论文; 《建筑学研究前沿》2018年第3期论文;