侯金霞

(上海三高計(jì)算機(jī)中心股份有限公司，上海200082)

目前，國內(nèi)大部分船廠還未形成有效的用水節(jié)水體系，若能在一定范圍內(nèi)總結(jié)出船廠用水的特點(diǎn)和規(guī)律，不但對建筑的節(jié)水潛力和節(jié)水技術(shù)的研究提出更加明確的思路，也對同種類供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有重要的參考價值；另一方面，用水量變化規(guī)律能夠幫助設(shè)計(jì)人員更加合理地選擇供水方案和水泵，也為用水定額的修訂提供一定的參考[1-4]。因此，對有條件的建筑尤其是較大用水量單位狀況進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測，并在此基礎(chǔ)上研究用水特點(diǎn)和規(guī)律就非常必要。

1 案例背景介紹

南方某船廠用水設(shè)計(jì)采用民用建筑標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范《建筑給水排水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50015—2019)。通過多次調(diào)研和考察，設(shè)計(jì)時為多路供水，實(shí)際使用時用水壓力足夠且為了能比較好地計(jì)量用水，各單體建筑關(guān)閉其他進(jìn)水管路，采用一路進(jìn)水，為全面考察船廠內(nèi)用水情況，對各車間以及輔樓選取較大用水量單位作為考察對象，將原機(jī)械表改裝為具有本地存儲功能的電磁水表。同時，為分析供水壓力變化情況，增設(shè)了測壓表，包括3路進(jìn)水總表位置，重要車間、輔樓、以及管網(wǎng)末梢位置，布置見圖1。共計(jì)安裝遠(yuǎn)傳水表14只、壓力測試點(diǎn)17處，每1 min記錄一次數(shù)據(jù)，具體情況見表1。

圖1 測點(diǎn)布置

2 用水分析

船廠員工8:00上班，17:00下班，用晚餐、洗浴后離廠。船廠內(nèi)有2處食堂，8:00前用水；整體用水量較大時間段為早上6:00至晚上20:00，夜間20:00至次日6:00主要為值班和門衛(wèi)零星用水。2021年4月清明節(jié)假日期間有全廠停工而用水量最小、船出塢測試時大宗用水和日常工況用水等典型用水工況，故選擇該月份數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。分析時間區(qū)間為4月1號至4月30號，含船塢加水過程(4月24號至4月29號)和清明節(jié)(4月3號至4月5號)放假時間段。4月24號至4月29號監(jiān)測期間，船塢加水，單獨(dú)對此區(qū)間做分析，具體數(shù)據(jù)見表1和圖2。

表1 各單位用水情況分析

圖2 總表日用水量

2.1 數(shù)據(jù)分析研究思路

根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)，找出一天當(dāng)中用水量變化的特點(diǎn)，直觀了解船廠的用水變化規(guī)律。

對用水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行對比、分析，分別找出供水系統(tǒng)日用水規(guī)律、小時用水規(guī)律、瞬時流量，并根據(jù)發(fā)生的時段，對最大小時用水規(guī)律、最大瞬時流量、用水高峰、用水低谷的特點(diǎn)有更加準(zhǔn)確的掌握，以便為供水方案的選擇提供更好的數(shù)據(jù)支持。分析每周的用水量變化規(guī)律，探索周末因素對用水量的影響，并分析節(jié)假日對用水量的影響。

對同一區(qū)域內(nèi)不同規(guī)模的用水規(guī)律進(jìn)行對比，探求用水規(guī)模對用水規(guī)律的影響，特別是對最大小時用水規(guī)律、最大瞬時流量及小時變化系數(shù)的影響。

具體分析展示以總表、漏損水量和廁所用水為例，其中總表分析代表整體用水變化趨勢，漏損水量包含漏失水量和其他損失水量情況，廁所為長流水，趨勢和壓力相關(guān)性最大，有節(jié)水潛力。

2.2 總表數(shù)據(jù)分析

調(diào)研不同建筑的用水類型并分析其用水量發(fā)現(xiàn)，用水量中生活用水占比較高，用水規(guī)律與工廠作息制度關(guān)聯(lián)性較強(qiáng)，日間(上下班時段)耗量較高，夜間多為零星用水；企業(yè)日常生產(chǎn)用水以沖洗及設(shè)備冷卻系統(tǒng)補(bǔ)水為主，周期性(數(shù)周)出現(xiàn)船只壓載等大宗用水，水量波動性較大，峰值用量可達(dá)平時的數(shù)倍，此時用水主要受船塢用水影響，為此單獨(dú)進(jìn)行分析。從圖2可見船塢用水的規(guī)律不明顯，日常工況用水量比較均勻，船塢加載時影響用水量的主要因素為船塢加水。

實(shí)時流量曲線見圖3、圖4，可以看出船塢未進(jìn)水時，船廠用水時間集中在早上6點(diǎn)至晚上20點(diǎn)，此時壓力也較高，用水最大時為員工下班后的18：00—19：00，最大用水量為476 m3/h；最小用水量發(fā)生在4月1日22：30、4月13日2：13和4月20日22：29，為50 m3/h，為工作日的下班后夜間，印證了園區(qū)用水主要為生活用水，故平時總表用水量受工作作息影響較大。船塢進(jìn)水時每日的用水規(guī)律不明顯，主要受船塢進(jìn)水影響，最大小時用水量發(fā)生在船塢船只壓載而大量加水期間，流量為598 m3/h。

圖3 船塢不進(jìn)水時總表流量曲線

2.2.1日常工況分析

總表壓力和流量變動曲線見圖4、圖5，船塢平時供水壓力與作息較為一致，在上班前，提前增壓至220 kPa，20:00—22:00后壓力降至10 kPa或更低，以維持夜間安防零星用水?？偙硭亢透鹘ㄖ盟恳搽S作息和壓力波動。用水量從晚上20:00開始降低，而高壓供水(220 kPa)有時持續(xù)到晚上22:00。建議對壓力進(jìn)行精準(zhǔn)時間調(diào)控，在20:00后降低壓力，進(jìn)而節(jié)約能量并降低漏損。

圖4 總表壓力曲線

圖5 總表流量曲線

2.2.2船只加載期間分析

4月23—29號監(jiān)測期間，船塢船只加載需大宗用水，此時整體用水量達(dá)到最大，壓力最高。在船塢進(jìn)水時段，用水趨勢主要受船塢用水影響，總表流量和總表壓力之間沒有明顯的相關(guān)性。

2.3 各建筑用水規(guī)律

不同類型建筑用水規(guī)律具有一定的相似性，其基本特征為一天中出現(xiàn)早、晚兩個用水高峰，用水高峰出現(xiàn)時間與各類型建筑的不同功能和其中人員的作息有很大的關(guān)系。根據(jù)獲得的實(shí)時監(jiān)測數(shù)據(jù)，對每個用水單元繪制了標(biāo)準(zhǔn)用水曲線，以便為船廠設(shè)計(jì)提供依據(jù)。以典型用水方式進(jìn)行劃分，分為一般建筑用水規(guī)律、有水箱建筑用水規(guī)律、工藝用水規(guī)律、恒定出流廁所用水規(guī)律及盥洗龍頭用水測試分析。

2.3.1一般建筑用水規(guī)律

無水箱建筑的用水規(guī)律根據(jù)作息和工藝有明顯波動，分為早高峰、晚高峰和夜間低峰。

2.3.2有水箱的建筑用水

有水箱的建筑，則根據(jù)水箱容量和用水的情況進(jìn)行進(jìn)水，水箱進(jìn)滿水后停止，隨時進(jìn)水，用水規(guī)律基本和作息有關(guān)，白天進(jìn)水頻繁，夜間進(jìn)水較少，見圖6。

圖6 有水箱的建筑用水規(guī)律

2.3.3某工藝車間用水規(guī)律

以一車間為例，該用水車間無水箱，水量在2～4 m3/h，涂裝車間東南用水高峰期為6:00—22:00，與工作作息一致。但是從圖7可以看出，其用水曲線與壓力曲線高度相似，無夜間用水需求，根據(jù)壓力和流量曲線判斷建筑內(nèi)存在漏點(diǎn)。該廠區(qū)存在3個類似區(qū)域和9處恒定流用水單位，可以進(jìn)行針對性查漏和用水器具改造，以達(dá)到節(jié)約用水的效果。

圖7 流量和壓力曲線

2.3.4廁所用水規(guī)律

區(qū)域內(nèi)共9處廁所，位于地面一層，供水方式為管道出水至水箱，水箱無浮球閥，邊進(jìn)水邊出水，即廁所用水為長流水，該類出水和壓力相關(guān)性最大，類似漏失曲線。從圖8可以看出，單個廁所用水量約35 m3/d，夜間低壓期間出水量為10 m3，白天高壓期間出水量為25 m3，9處廁所合計(jì)達(dá)315 m3/d。建議更換節(jié)水型廁所用具，可節(jié)約夜間100%的水量，白天按70%的水量計(jì)，每處廁所可節(jié)約27.5 m3/d左右，合計(jì)節(jié)約247.5 m3/d水量。

圖8 廁所的流量-壓力曲線

2.3.5盥洗龍頭用水測試

現(xiàn)場使用盥洗龍頭時，發(fā)現(xiàn)水龍頭出水噴濺嚴(yán)重，將盥洗處水龍頭打開進(jìn)行用水測試，發(fā)現(xiàn)單只水龍頭出水流量可達(dá)6.6 m3/h。根據(jù)《建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50015—2019)，住宅廚房洗滌盆龍頭設(shè)計(jì)秒流為0.2 L/s[6]，即設(shè)計(jì)流量為0.72 m3/h。每個龍頭按照使用時間1.5 h計(jì)，若更換為節(jié)水龍頭則可節(jié)約8.8 m3/d。出水噴濺嚴(yán)重說明區(qū)域內(nèi)供水服務(wù)水壓富余，可以從源頭適當(dāng)降低供水壓力，更好地節(jié)水降低漏損且節(jié)約供水能耗。

2.4 用水規(guī)律分析成果

通過分析對比廠區(qū)的辦公樓建筑、船塢和配套建筑的日用水量、平均日用水量、最大小時流量和夜間小時流量，發(fā)現(xiàn)三者的用水規(guī)律存在明顯的差異。根據(jù)工段和用水量將用水分為主體用水、配套用水和小水量用水。其中船塢、碼頭、空壓站、東西搭載樓、涂裝工廠、涂裝車間行政樓為主體用水，列為A類。配套用水建筑為消防樓、醫(yī)務(wù)室、船東樓、平面工廠，列為B類；另有部分小用水量，如9處廁所。高峰用水為6:00至20:00，非高峰用水為22:00至次日6:00。船塢大量進(jìn)水期間，其余建筑用水變化不大，故單獨(dú)列出船塢用水，考慮篇幅其余用水情況不再單獨(dú)列出。

通過對不同類型建筑用水進(jìn)行連續(xù)在線監(jiān)測和分析，詳細(xì)了解各類型建筑的用水實(shí)際情況。在分析過程中也發(fā)現(xiàn)，由于需要照顧到全國的情況，《建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50015—2019)中關(guān)于不同類型建筑用水定額等參數(shù)的設(shè)計(jì)都比較保守，而本廠區(qū)管道口徑根據(jù)實(shí)際用水也可進(jìn)行相應(yīng)縮減，若需進(jìn)行改造時，可參照建議口徑。在滿足用水需求的前提下，努力做到與實(shí)際用水情況相符合，減少不必要的保守余量，在一定程度上達(dá)到節(jié)水和節(jié)能的目的。

3 結(jié)論

① 針對用水規(guī)律所進(jìn)行的研究填補(bǔ)了國內(nèi)船廠用水量變化規(guī)律數(shù)據(jù)的欠缺，為船廠給水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與設(shè)備運(yùn)行提供了科學(xué)依據(jù)。通過分析與對比廠區(qū)的一般建筑、含水箱的建筑、船塢及工藝車間的日用水量、平均日用水量、最大小時流量和夜間小流量，發(fā)現(xiàn)其用水規(guī)律存在明顯的差異。一般建筑為生活用水，用水和作息一致，高峰用水為6:00至20:00，非高峰用水為22:00至次日6:00；含水箱的建筑用水基本和作息一致，但因?yàn)榇嬖谒涞恼{(diào)節(jié)作用，稍有滯后；船塢大量進(jìn)水期間，其為主要用水單位，基本為敞開供應(yīng)；工藝車間和工作作息一致。

② 與以往研究城市居民宏觀的平均用水變化規(guī)律不同，此次研究不但結(jié)合船廠的綜合用水趨勢，還對實(shí)際的建筑群體進(jìn)行監(jiān)測，縮小了研究對象的范圍，研究結(jié)果具有更強(qiáng)的針對性、前瞻性、應(yīng)用性和代表性。同時，對其它類型的建筑用水量變化規(guī)律的研究和供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)優(yōu)化，提供了技術(shù)參考和經(jīng)驗(yàn)借鑒。