郭幸麗++孫超

摘 要：高層建筑已越來越成為現(xiàn)代建筑的主流，但其給水系統(tǒng)若采用同一管線，則垂直方向由于管線過長導致下層管道靜水壓力過大，造成不必要的水資源浪費和嚴重的管件損失。該文通過分析造成高層建筑水資源浪費的原因和危害，利用消防用水的孔板減壓理論，結(jié)合實例，得出高層建筑孔板減壓的可行性。

關(guān)鍵詞：高層建筑 節(jié)水 孔板減壓

中圖分類號：TU99 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）10（b）-0038-01

隨著人們生活水平的提高，生活用水量也逐年增加，同時，在城市建設(shè)中，為節(jié)約土地資源，高層建筑越來越成為現(xiàn)代建筑的主流，而高層建筑若采用同一給水系統(tǒng)供水，就會存在垂直方向管線長，底層管道靜水壓力大的問題，必然會使得啟閉龍頭、閥門產(chǎn)生水錘，引發(fā)噪聲，同時高壓下還會損壞管道和附件，導致漏水；且由于入戶出水設(shè)備前水壓過大，流速過快，使得同時間段出水流量增大，不僅造成水資源的“隱形”浪費，還會影響高層供水的安全性。

1 高層建筑給水形式及優(yōu)缺點

為改善高層建筑同一給水系統(tǒng)供水，下層管道靜水壓力過大的弊病，高層建筑給水系統(tǒng)應(yīng)采取豎向分區(qū)供水，其基本形式及優(yōu)缺點如表1[1]。

由表1可知，高層建筑給水系統(tǒng)采用豎向分區(qū)雖然從一定程度上解決了底層靜水壓力過大的弊病，但仍然存在供水不夠安全，水箱容積大等問題。消防系統(tǒng)自動噴水滅火系統(tǒng)分支多，每個噴頭位置不同，噴頭出口壓力也不同，為了使各分支管段水壓均衡，采用了減壓孔板等方法消除多余水壓[2]，因此根據(jù)孔板減壓的原理，將其應(yīng)用在高層建筑給水系統(tǒng)中來解決底層管道靜水壓力過大的問題。

2 孔板的減壓原理

由水力學知識可知，流動液體產(chǎn)生水頭損失必須具備兩個條件：（1）液體具有粘滯性；（2）由于固體邊界的影響，液流內(nèi)部質(zhì)點間產(chǎn)生相對運動。水是具有粘滯性的，圖1為水流通過孔板時的流線分布。

A—A斷面處，流體未受到孔板的影響，流束與管道中心平行，遇到孔板后流束開始收縮，收縮到B—B處達到最小斷面為止，由于受邊界條件的制約，邊緣流體向中心加速，導致流束斷面減小，流體速度隨之增加，壓強也相應(yīng)降低，到B—B斷面處，斷面最小，流速最大，壓強最低，此后，流束斷面又逐漸擴張至與管道中心平行，平行后壓強也升至最大值；在此整個過程中流體在孔板前后形成漩渦，產(chǎn)生水頭損失，而由于水流的粘滯作用，漩渦經(jīng)過孔板后一段距離便逐漸消失。綜上所述，水流通過孔板前后形成漩渦，它們的形成、運動和分裂過程中摩擦力做功，產(chǎn)生較大的能量損失，這便是孔板減壓原理[3]。

π定理：假設(shè)有一物理過程函數(shù)式中包括有N個物理量，其中K個量具有基本量綱，則此函數(shù)式可以用N—K個無量綱所組成的函數(shù)式來表示[4]。

利用π定理量綱分析理論推導出孔板水頭損失計算公式為

其中V為水管中流速，D為水管管徑，v為水流通過孔板時流速，d為孔板孔徑，為液體密度，為動力粘滯系數(shù)，為孔板切角，為雷諾數(shù)。

通過上式我們可以看出，對水介質(zhì)而言，在一定溫度下，孔板阻力系數(shù)是個關(guān)于D，d，Re的復(fù)雜函數(shù)。當流量、孔徑D和孔板孔徑d一定時，便可測定水流通過孔板的水頭損失[4]。

3 減壓孔板的應(yīng)用

上海交通大學用自制5 mm微孔減壓鋼板，用于浴室出水管線減壓，使同量的水用于洗澡的時間由4 h增加為7 h，節(jié)水率可達43%，節(jié)水效果明顯[5]。天津大學用自制不同孔徑的減壓孔板，用于天津大學土建館和教師新元村宿舍的水管減壓。采取減壓措施后，出流量大幅降低，節(jié)水效率可達21%～55%，同時篩選出適合安裝孔板的用水點，條件為（1）孔板前壓力對應(yīng)的流量超過0.240 L/s；（2）孔板后壓力對應(yīng)的流量不低于0.182 L/s；（3）孔板后工作壓力高于 0.0587 Mpa[6]。

4 結(jié)語

在高層建筑當中底層管道壓力過大造成“隱形”水資源浪費不容忽視，在給水系統(tǒng)設(shè)計中應(yīng)合理設(shè)置給水壓力，根據(jù)水質(zhì)和管徑大小選擇合適的給水方式及減壓裝置，孔板減壓以其系統(tǒng)簡單，投資較少，管理方便的優(yōu)勢應(yīng)廣泛試用到高層建筑給水系統(tǒng)中，從而有效解決超壓出流現(xiàn)象，節(jié)約水資源。

參考文獻

[1] 王增長.建筑給水排水工程[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2005.

[2] 李大美，楊小亭.水力學[M].武漢：武漢大學出版社，2004.

[3] 余海靜，李天鳴.超高層建筑給水系統(tǒng)的供水方式及設(shè)計參數(shù)選擇探討[J].中國給水排水，2013（8）：66-70.

[4] 吳常軍.孔板的減壓原理及孔徑計算的探討[J].安徽建筑，2001（2）：103-104.

[5] 付婉霞，劉劍瓊，王玉明.建筑給水系統(tǒng)超壓出流現(xiàn)狀及防治對策[J].建筑給排水，2002，28（10）：48-51.

[6] 關(guān)躍華.高層建筑供水系統(tǒng)節(jié)水節(jié)能技術(shù)研究[D].天津，天津大學，2007.endprint