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【技术Day】二次供水改造前后水头损失计算分析

2016-05-03

 
    当前上海市正在全面推进二次供水设施改造,改造涉及小区均为80、90年代建造小区,原有供水设施建筑材料标准较低或年久老化,易造成对自来水质的二次污染,因此,本次改造将能大大改善二次供水设施的质量,提高居民的用水安全。
    本文以水箱供水的多层住宅小区为例,为4~6层水箱供水的立管及水表外移改造前后的管道水头损失进行计算分析,从而可以为二次供水设施改造实施提供理论及优化依据。
 
▲上海市二次供水改造背景
 
    居民住宅二次供水设施是指住宅小区内的供水水箱、水池、管道、阀门、水泵、计量器具及其附属设施。截至2005年底,中心城区自来水市南、市北公司和浦东威立雅公司服务范围内(设计9个中化新城区及浦东新区、闵行区、宝山区、嘉定区的部分地区)居民住宅建筑面积约2亿㎡。其中,商品房0.6亿㎡,非商品房1.4亿㎡。这些居民住宅供水设施的建筑材质标准较低或年久老化,易造成对自来水水质的二次污染,加上部分区域供水体制分割,导致管理责任不清晰、服务不及时等现象时有发生。自2007年起,上海市就已启动了对中心城区供水企业供水服务范围内的二次供水设施改造,目前已完成改造近6000万㎡,取得较好实效。当前根据市委、市政府要求继续大力推进二次供水设施改造,对上述区域内剩余1.4亿平方米建筑面积的二次供水设施进行改造。
    此次二次供水改造技术方案根据沪水务973号文件《上海市居民住宅二次供水设施改造工程技术标准(修订)》实施,同时减少抄表及后期管道的维护保养对居民家中设施的影响,本次改造将主要供水管道(立管)及水表外移至公共楼道内;
    由于原老旧小区原有供水立管及水表均位于用户厨房内,本次改造立管及水表外移后是否会对居民的用水水压产生影响,其影响范围多大?下面对某六层多层住宅两种改造方案为例对改造前后的水压进行理论计算分析。
 
1、项目概况
工程概况
    某一小区为6层多层住宅,房型为一梯两户供水方式为1~3层市政直供,4~6层屋顶水箱供水,供水立管位于户内或外墙,水表位于厨房内,管材为镀锌钢管(以下为了便于与塑料管管径匹配,其管径均按塑料管的表示方式按外径表示)。本次二次供水设施改造将不改变原有的供水方式,将用户户内的立管及水表均外移至公共楼梯道内。由于外移后主要是对水箱 供水用户存在影响,故下面对水箱供水的4~6层供水的三种工况进行计算,O1外移改造前,立管及水表均位于厨房内,立管从6层De63的管道依次变径到4层的De25的管道;O2外移改造后,4~6层立管及水表外移至公共楼道半平台,供水立管管径为De63不变;供水管材为PPR给水管。
    下图为4~6层右侧户的给水系统原理图,其中立管JL-1每层供水一户,立管JL-2五层半供水两户,4层半一户,该住宅属于普通住宅Ⅱ型,每户一厨一卫,每户的卫生器具及当量为:洗涤盆1只(N=1.0);坐便器1具(N=0.75);洗脸盆1只(N=0.75);淋浴器1具(N=0.75);洗衣机水嘴1个(N=1.0)。

 
流量参数
    计算:根据建筑给水排水设计规范(GB 50015-2003)表3.1.9得,Ⅱ类普通住宅最高生活用水定额取:230L/人·天;用水时间24小时;时变化系数3.5人。
    根据住宅配置的卫生器具给水当量、使用人数、用水定额、使用时数及变化系数,可按式(3.6.4-1)计算出最大用水时卫生器具给水当量平均出流概率(%);
    根据计算管段上的卫生器具给水当量总数,可按式(3.6.4-2)计算得出该管的卫生器具给水当量同时出流概率;
    根据计算管段上的卫生器具给水当量同时出流概率可按式(3.6.4-3)计算该管段的设计流量。


 
设计秒流量计算结果如下表:


 
2、水头损失计算分析
 
局部阻力部件折算补偿
1.生活给水管道的配水管的局部水头损失,宜按管道的连接方式,采用管配件当量长度法计算。由建筑给水排水设计规范(GB 20015-2003)附录D表D得:5层及6层管道阀门等配件及其摩阻损失的折算补偿长度如下表:

 
2.居民住宅入户管上的水表,水头损失宜取0.01MPa,即1mH2O;现市场上使用较为广泛的燃气热水器如:万家乐、林内的最低启动水压为0.02MPa,其余的如:美的、海尔最低启动水压为0.03MPa;因此只有当用户的进水水压大于燃气热水器的最低启动气压时,燃气热水器才能正常使用,当用户进水水压无法满足要求时,需增设增压泵来提高水压。
    通过折算老旧小区住宅用户二次供水设施改造前后两种不同工况的局部阻力部件的当量长度,并接户用户给水系统的管道长度,计算出两种工况下的总水头损失,可对比分析二次供水改造立管及水表外前后供水压力的变化和影响。
总沿程阻力损失计算
     建筑冷水给水塑料管道的沿程水头损失可利用《建筑给水排水塑料管道工程技术规范》(CJJ/T 98-2014)公式(4.7.1)

 
给水管道设计流速不宜大于1.80m/s。
管道系统的局部水头损失,宜根据关键的链接状况,按管网的沿程水头损失的百分比取值,并应符合下列规定:
1.当管配件内径与管道内径相一致、管材与管件承采用插式连接,采用三通分水时,宜取沿程水头损失的15%~20%。
2.当采用内径略小于管道内径的内插式管配件,采用三通分水时,宜取沿程水头损失的70%~80%,采用分水器分水时,宜取沿程水头损失的35%~40%。
水头损失计算分析
    从上可以看出改造前后相较改造前6层水头损失增加了0.1m,五层用户反而减少了0.06m左右。如果仅开淋浴器的情况下改造前后相较改造前6层水头损失增加了0.01m,5层用户减少了0.16m。从而可知改造后对6层影响很小,对5层以下比较有利。

 
▲ 结论       
 
    二次供水设施改造工程,水表及立管外移后,增加了管线长度及管配件的数量,造成沿程水头损失增大,对5、6层有一定影响,且5层以下水力情况会更好。
二次供水设施改造水表及立管外移时应尽量减少给水管路的长度及管配件的数量,这样可以有效减少沿程水头损失,避免用户水压偏低
    该类型小区改造前后,都无法满足燃气热水器的启动要求,故改造前后需设增压水泵。
     二次供水改造到位后,部分用户的水压会有微弱影响,水质会得到明显改善,杜绝了二次污染,确保了水质达标;二是社区居民还可以享受更多的便利,如家中无人用水器具漏水,专业人士无需入户即可关闭水源。
     水表和立管外移后,一方面可以大大提高供水企业抄表员的水表抄见率;另一方面,方便今后的维修养护。并且方便立管的维修更换,减少对居民的影响。三是日常抄表、收费、服务及维修保养由小区转移到供水单位统一负责,实现居民水价收费一致。四是减少自来水输送中的损耗。五是供水管理将会得到明显规范,供水公司将理顺二次供水管理体制,提高供水服务和管理水平。
 
 

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