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毕业论文任务书-给水排水系统设计
2020-06-17 14:40:48 ℃
西北工业大学网络教育学院
毕业论文
毕 业 论 文
西北工业大学网络教育学院
毕业论文任务书
一、 题目:
给水排水系统设计
二、 指导思想和目的要求:
本设计的主要任务是榆林市高科大厦写字楼建筑给水排水工程设计,设计的主要内容包括:建筑给水系统、建筑排水系统、建筑雨水系统、消火栓给水系
统和自动喷淋系统的设计。
三、 主要技术指标:
建筑给水系统,排水系统,消火栓系统,自动喷淋系统。
四、 进度与要求:
1月1日
参加动员会,与指导教师见面
1月1日-1月30日 论文调研,确定题目,填写任务书
2月1日-3月10日
论文写作修改
3月20日 论文答辩
五、 主要参考书及参考资料:
[1]中国市政工程西北设计研究院.给水排水设计手册(第11册)—常用设备.北京:中国建筑工业出版社,2002
[2]于尔捷.给水排水工程快速设计手册(第2册)—排水工程.北京:中国建筑工业出版社,1996年
[3]北京市市政设计研究总院.给水排水设计手册(第5册)—城镇排水,北京:中国建筑工业出版社,2003年
[4]中华人民共和国水利部.泵站设计规范(GB/T50265-97).北京:中华人民共和国建设部,1997年
[5]上海市政工程设计研究院.给水排水设计手册(第3册)一城镇给水,北京:中国建筑工业出版社,2003年
学习中心:
班 级: 005309404
专 业: 土木工程
学
生: xxx
指导教师: xxx
摘
要
本设计的主要任务是榆林市高科大厦写字楼建筑给水排水工程设计,设计的主要内容包括:建筑给水系统、建筑排水系统、建筑雨水系统、消火栓给水系统和自动喷淋系统的设计。
本建筑地下2层,地上19层,建筑物总高度为71.8m。其中一、二层为营业厅;三至十九层为大空间办公。
市政给水管网常年提供的资用水头为0.40MPa ,经技术经济比较,室内给水系统拟采用分区给水方式。初步拟定该建筑给水系统分二区:一至八层为低区,由市政管网直接供水;九层至设备层为高区,由直联无负压给水设备供水。
建筑排水系统采用合流制,所有的污废水经化粪池处理后排入下水道。
建筑雨水系统采用内排水的排水方式。
消火栓给水系统分为室内消火栓给水系统和室外消火栓给水系统,消火栓的布置范围包括各楼层、消防电梯前室和屋顶检验用。消火栓保护半径为23m。
建筑内喷头数量约1865个,设3组湿式报警阀,报警阀后管网为枝状网,每层设水流指示器。
关键词:建筑给水系统,排水系统,消火栓系统,自动喷淋系统
目
录
摘要…………………………………………………………………………………I
目录…………………………………………………………………………………II
第一章
绪论…………………………………………………………………………1
一、设计题目…………………………………………………………………………1
二、设计的目的及意义………………………………………………………………1
三、原始资料…………………………………………………………………………1
(一)建筑概况………………………………………………………………………1
(二)室外给、排水管道……………………………………………………………1
(三)建筑条件图……………………………………………………………………2
(四)设计内容………………………………………………………………………2
第二章
设计计算说明书……………………………………………………………3
一、建筑生活给水系统………………………………………………………………3
(一)给水方式………………………………………………………………………3
(二)给水分区………………………………………………………………………3
(三)给水系统的组成………………………………………………………………4
(四)给水管道布置与安装…………………………………………………………4
(五)给水系统的设计计算…………………………………………………………4
二、建筑消防给水系统………………………………………………………………13
(一)、室外消火栓给水系统………………………………………………………14
(二)、室内消火栓给水系统………………………………………………………14
(三)自动喷水灭火给水系统………………………………………………………22
三、建筑排水系统……………………………………………………………………27
(一)、生活排水系统…………………………………………………………………27
(二)、屋面雨水排水系统……………………………………………………………34
参考文献……………………………………………………………………………51
致谢…………………………………………………………………………………52
西北工业大学网络教育学院毕业论文
第一章 绪论
一、设计题目
苏州市吴越写字楼建筑给水排水工程
二、设计的目的及意义
毕业设计的目的是培养学生综合运用所学的基本理论、基本知识和基本技能,分析解决实际工程问题,培养学生对给排水工程专业及相关知识的综合运用能力和工程实践能力,增强学生的工程意识。通过毕业设计,使学生熟悉掌握给排水工程设计程序、方法和技术规范,提高对给排水工程设计的计算、图表绘制、计算说明书的编写;树立正确的设计思想,培养学生严肃认真的科学态度和严谨求实的科学作风,独立思考问题的能力及与他人合作的团队精神;树立正确的工程观、生产观、经济观和全局观。
三、原始资料
(一)建筑概况
苏州市一19层写字楼,建筑面积约20000m2,建筑高度为71.8m,地下2层(地下室)、地上19层。负二层内为车库、电梯井、设备房(包括水泵房)和贮水池,负一层内为物业管理办公室和设备房,地上一层为门厅、营业厅,二层为营业厅,三层~十九层为为大空间办公室,屋顶设有电梯机房、水箱间。负二层层高3.90m,负一层层高5.40m,地上一层层高5.40m,二层层高6.00m,三层~十九层层高均为3.20m、电梯机房、水箱间的层高均为6.00m。室内、外地坪高差0.90m。
建筑物每层均设有卫生间,卫生间内有蹲便器、小便器、洗手盆,等。
(二)室外给、排水管道
建筑物西、南侧各有1根DN400的市政给水干管,管顶埋深为1.0m,常年提供的资用水头为0.40MPa。市政给水干管不允许直接抽水。市政排水管位于建
筑物的南侧,污水排水管1根,管径为DN500,管顶埋深为1.6m;雨水排水管1根,管径为DN800,管顶埋深为2.1m。
(三)建筑条件图
楼层平面图、剖面图、立面图。
(四)设计内容
建筑生活给水系统设计;
建筑消防给水系统设计(包括消火栓系统、自动喷水灭火系统);
建筑排水系统设计;
建筑雨水系统设计。
第二章
设计计算说明书
一、建筑生活给水系统
(一)给水方式
市政给水管网常年可提供的资用水头为0.4MPa,建筑高度为71.8m,市政水压不能满足建筑内部用水要求,应考虑二次加压。经经济技术比较,室内给水拟采用分区给水方式。
(二)给水分区
图2.1.1
给水分区图
该建筑共十九层,初步拟定该建筑供水分为两个区:低区为1~8层,由市政管网直接供水;高区为9~19层,由供水,直联无负压给水设备设于负二层水泵房内。
(三)给水系统的组成
本建筑的给水系统由引入管、水表节点、给水管道、给水附件、直联无负压给水设备等组成。
(四)给水管道布置与安装
1、各层给水管道采用暗装敷设,管材均采用UPVC管,采用承插式接口,用弹性密封圈连接。
2、管道外壁距墙面不小于150mm,离梁、柱及设备之间的距离为50mm,立管外壁距墙、梁、柱净距为20—25mm。
3、给水管与排水管道平行、交叉时,其距离分别大于0.5m和0.15m,交叉给水管在排水管的上面。
4、立管通过楼板时应预埋套管,且高出地面15—20mm。
5、在立管横支管上设阀门,管径DN>50mm时设闸阀,DN<50mm设截止阀。
6、引入管穿地下室外墙设套管。
7、在进户管上安装水表,统一计量水量。
8、给水横管设0.003的坡度,坡向泄水装置。
9、贮水池采用钢筋混凝土,贮水池上部设人孔,基础底部设水泵吸水坑。为保证水质不被污染,水池底板做防水处理。
10、所有水泵出水管均设缓闭止回阀,除消防泵外其他水泵均设减震基础,并在吸水管和出水管上设橡胶接头。
(五)给水系统的设计计算
1、最高日用水量与最高时用水量
式中——最高日用水量,L/d;
——最高日生活用水定额;
N
——用水单位数。
=
式中——最高时用水量,L/h;
T ——用水时间,h;
——时变化系数。
最高日用水量与最高时用水量的计算结果,见表2.1.1。
用水量计算表
表2.1.1
序
号
用水
类别
用水
定额
用水
单位
N
用水
时间
T
时变化
系数
最高日
用水量
(m3/d)
最高时
用水量
(m3/h)
1
停车库
(-2F)
3L/
(m3·次)
1700 m2
8h
1.0
5.10
0.64
2
营业厅
(1-2F)
20L/
(m3·d)
2600 m2
12h
2
52.00
8.67
3
屋顶花园
(3F)
2L/
(m3·次)
850 m2
4h
1.0
1.70
0.43
4
办公楼
(3-8F)
50L/
(人·d)
325人
10h
1.3
16.25
2.10
5
小
计
75.05
11.84
6
办公楼
(9-19F)
50L/
(人·d)
535人
10h
1.3
26.75
3.5
7
屋顶花园
(设备层)
2L/
(m3·次)
280 m2
4h
1.0
0.56
0.14
8
合
计
102.36
15.48
9
未预见
按合计的20%计
24h
1
20.47
0.85
10
总
计
122.83
16.33
2、水力计算
(1)管段设计秒流量的计算
按下式计算:(该建筑的系数均为1.5)
所以:
(2)低区给水管道水力计算
低区共十层,低区最不利管路可能为供1-8层厕所的给水管道GL1或GL2,比较如下,其水力计算草图见图2.1.2。
图2.1.2
低区最不利管路水力计算草图
水力计算结果见表2.1.2、表2.1.3,表2.1.4。
低区管路水力计算表(JL1-1)
表2.1.2
管段编号
卫生器具名称、当量、数量
设计
秒流量
qg
L/s
管
径
DN
mm
流
速
V
m/s
单
阻
I
kPa/m
管段
长度
L
m
沿程
水头
损失
i·L
kPa
自
至
洗
手
盆
0.5
拖
布
盆
1.0
大
便
器
0.6
当量
总数
Ng
1
2
1
0.5
0.1
20
0.5
0.249
0.82
0.204
2
3
2
1.0
0.2
20
0.99
0.899
0.85
0.764
3
4
3
1.5
0.3
25
0.79
0.404
5.05
2.038
4
8
3
1
2.5
0.47
32
0.72
0.245
2.95
0.723
8
9
3
1
3
4.3
0.62
32
0.94
0.405
3.45
1.397
9
10
6
2
6
8.6
0.88
40
0.86
0.269
3.20
0.859
10
11
9
3
9
12.9
1.08
40
1.06
0.39
3.20
1.249
11
12
12
4
12
17.2
1.24
50
0.75
0.154
3.20
0.494
12
13
15
5
15
21.5
1.39
50
0.84
0.19
3.20
0.607
13
14
18
6
18
25.8
1.52
50
0.92
0.225
6.00
1.349
14
15
21
7
21
30.1
1.65
50
0.99
0.259
5.40
1.400
15
16
24
8
24
34.4
1.76
50
1.06
0.293
1.80
0.528
16
17
30
10
30
43
1.97
50
1.18
0.360
25
9.009
沿程水头损失总和Σhy
20.621
低区管路水力计算表(JL1-2)
表2.1.3
管段编号
卫生器具名称、当量、数量
设计
秒流量
qg
L/s
管
径
DN
mm
流
速
V
m/s
单
阻
I
kPa/m
管段
长度
L
m
沿程
水头
损失
i·L
kPa
自
至
洗
手
盆
0.5
拖
布
盆
1.0
大
便
器
0.6
当量
总数
Ng
5
6
1
0.6
0.12
20
0.6
0.349
1.15
0.402
6
7
2
1.2
0.24
25
0.63
0.267
1.15
0.307
7
8
3
1.8
0.36
25
0.95
0.565
1.55
0.876
8
9
3
1
3
4.3
0.62
32
0.94
0.405
3.45
1.397
9
10
6
2
6
8.6
0.88
40
0.86
0.269
3.20
0.859
10
11
9
3
9
12.9
1.08
40
1.06
0.390
3.20
1.249
11
12
12
4
12
17.2
1.24
50
0.75
0.154
3.20
0.494
12
13
15
5
15
21.5
1.39
50
0.84
0.190
3.20
0.607
13
14
18
6
18
25.8
1.52
50
0.92
0.225
6.00
1.349
14
15
21
7
21
30.1
1.65
50
0.99
0.259
5.40
1.400
15
16
24
8
24
34.4
1.76
50
1.06
0.293
1.80
0.528
16
17
30
10
30
43
1.97
50
1.18
0.360
25.0
9.009
沿程水头损失总和Σhy
18.477
低区管路水力计算表(JL2)
表2.1.4
管段编号
卫生器具名称、当量、数量
设计
秒流量
qg
L/s
管
径
DN
mm
流
速
V
m/s
单
阻
I
kPa/m
管段
长度
L
m
沿程
水头损失
i·L
kPa
自
至
洗
手
盆
0.5
大
便
器
0.6
小
便
器
0.5
当量
总数
Ng
1
2
1
0.6
0.12
20
0.6
0.349
1.12
0.391
2
3
2
1.2
0.24
25
0.63
0.267
2.85
0.761
3
4
1
2
1.7
0.34
25
0.89
0.509
0.95
0.483
4
5
2
2
2.2
0.44
32
0.67
0.213
1.05
0.224
5
6
2
2
2
3.2
0.54
32
0.81
0.309
3.35
1.034
6
7
4
4
4
6.4
0.76
32
1.15
0.585
3.20
1.873
7
8
6
6
6
9.6
0.93
40
0.91
0.297
3.20
0.952
8
9
8
8
8
12.8
1.07
40
1.05
0.387
3.20
1.240
9
10
10
10
10
16.0
1.2
40
1.18
0.477
3.20
1.525
10
11
12
12
12
19.2
1.31
50
0.79
0.171
6.00
0.548
11
12
14
14
14
22.7
1.43
50
0.85
0.197
5.40
1.183
12
13
16
16
16
25.6
1.52
50
0.91
0.223
1.80
1.205
13
14
20
20
20
32
1.70
50
1.02
0.274
33
9.050
沿程水头损失总和Σhy
20.469
(3)高区给水管道水力计算
高区为9-19层,共十一层,采用直联无负压供水设备供水,高区最不利给水管路水力计算草图见图2.1.3。
图2.1.3
高区给水管路水力计算草图
水力计算结果见表2.1.5。
高区最不利管路水力计算表(JL5)
表2.1.5
管段编号
卫生器具名称、当量、数量
设计
秒流量
qg
L/s
管
径
DN
mm
流
速
V
m/s
单
阻
I
kPa/m
管段
长度
L
m
沿程
水头
损失
i·L
kPa
自
至
洗
手
盆
0.5
拖
布
盆
1.0
大
便
器
0.6
当量
总数
Ng
1
2
1
0.5
0.1
20
0.5
0.249
0.82
0.204
2
3
2
1.0
0.2
20
0.99
0.899
0.85
0.764
3
4
3
1.5
0.3
25
0.79
0.404
5.05
2.038
4
5
3
1
2.5
0.47
32
0.72
0.245
2.95
0.723
5
6
3
1
3
4.3
0.62
32
0.94
0.405
3.45
1.397
6
7
6
2
6
8.6
0.88
40
0.86
0.269
3.20
0.859
7
8
9
3
9
12.9
1.08
40
1.06
0.390
3.20
1.249
8
9
12
4
12
17.2
1.24
50
0.75
0.154
3.20
0.494
9
10
15
5
15
21.5
1.39
50
0.84
0.190
3.20
0.607
10
11
18
6
18
25.8
1.52
50
0.92
0.225
3.20
0.719
11
12
21
7
21
30.1
1.65
50
0.99
0.259
3.20
0.829
12
13
24
8
24
34.4
1.76
50
1.06
0.293
3.20
0.939
13
14
27
9
27
38.7
1.87
50
1.12
0.327
3.20
1.046
14
15
30
10
30
43
1.97
50
1.18
0.360
3.20
1.153
15
16
33
11
33
47.3
2.06
70
0.78
0.127
3.20
0.407
16
17
36
12
36
51.6
2.16
70
0.82
0.138
57.4
7.920
沿程水头损失总和Σhy
21.348
3、楼层引入管的计算与选择
(1)-2~8层营业厅及办公室
-2~8层营业厅及办公室的引入管设计秒流量=1.97L/s=7.09m/h。
引入管管径为DN50,流速v=1.18m/s,i=0.36kPa/m。
(2)9~19层办公室
9~19层办公室的引入管接至直联无负压给水设备。
9~19层办公室的引入管设计秒流量=2.16L/s=7.42m/h。
引入管管径为DN70,流速0.78 m/s,i=0.127kPa/m。
4、室外给水管网、进户水表的计算与选择
室外给水管网布置成环状布置,在建筑物南侧布置进户管与市政给水管连接,
进户管上安装水表。
图2.1.4为室外给水管道水力计算草图。
(1)室外给水管道
室外给水管道设计流量由供给建筑物的生活水量、消防水量二部分组成。
1)生活水量
,∑=113.0,α=1.5
=11.48/h
图2.1.4
室外给水管道的水力计算草图
2)消防水量
市政给水管上的2个室外消火栓能满足本建筑的的室外消防给水水量要求30L/s,则建筑室外给水管主要考虑室内消防用水量要求,按消防贮水池进水量计算。
=48.6/h
3)=+=11.48/h +48.6/h=60.08/h
室外给水管呈环状布置,双向供水,进户管2根,则管道计算流量按事故用水考虑1根进户管停水或双向供水因局部故障变为单向供水),取70%,即42.06/h。
室外给水管管径为DN125,流速v=1.35m/s,i=0.0326kPa/m
(2)进户管上水表
进户管上水表选用LXL-80N水平螺翼式水表,过载流量为80/h,常用流量为40/h
水表特性系数
平时供水时水表水头损失11.48/640=0.21 kPa<12.8 kPa
消防供水时水表水头损失63.58/640=6.32 kPa<29.4 kPa
5、低区水压校核
图2.1.2中的1点为最不利点,其所需的水压为:
1)静水压=27.4+0.8+1.0=29.2m=292 kPa
2)室内计算管路水头损失=(1+30%)∑=1.3×20.621=26.807kPa(局部水头损失取沿程水头损失的30%)
3)室外计算管路水头损失=(1+10%)∑=1.1×0.0326×100=3.586 kPa(局部水头损失取沿程水头损失的10%)
4)进户管上水表水头损失=0.21 kPa
5)1点所需的最低工作压力=50 kPa
6)=372.6 kPa
市政给水管的资用水头=0.40MPa=400kPa>H,满足低区水压要求。
6、高区水压校核
图2.1.3中的最不利点为1点,其所需的水压为:
1)静水压=67.0+0.8+1.0=68.8m=688 kPa
2)室内计算管路水头损失=(1+30%)∑=1.3×21.348=27.752kPa(局部水头损失取沿程水头损失的30%)
3)室外计算管路水头损失=(1+10%)∑=1.1×0.0326×100=3.586 kPa
4)进户管上水表水头损失=0.21 kPa
5)1点所需的最低工作压力=50 kPa
6)=769.55 kPa
选用的直联无负压给水设备的扬程=77m=770kPa>H,满足高区水压要求。
7、直联无负压给水设备的选择
直联无负压设备用于高区供水。
(1)设计流量取高区最高时用水量15.48
(2)选用设备
设 备
型 号:KDGW(1)24-77(流量24,扬程77m)
水
泵:CR15-6
台
数:2台,一用一备
功
率:5.5KW
无负压缓冲罐:SQW800×1950
总容积:770L
稳 压补偿 器:BCQ380×450
总容积:50L
智能控制系统:KDC-WPJ-2-5.5
二、建筑消防给水系统
本建筑应设有室内、外消防给水系统,即室外消火栓给水系统、室内消火栓给水系统和自动喷水灭火给水系统。
(一)、室外消火栓给水系统
室外消火栓给水系统的设计流量为30L/S。每个消火栓用水量按10~15L/S计算,采用两个地上式室外消火栓, 室外消火栓应沿建筑物均匀布置,距建筑物外墙的距离不宜小于5m,不宜大于40m;距路边的距离不宜大于2m。
(二)、室内消火栓给水系统
室内消火栓给水系统的设计流量为40L/S,每根消防竖管最小设计流量为15L/S,每支水枪最小设计流量为5L/S。火灾延续时间为3h。
1、系统组成
室内消火栓给水系统不分区,采用消防贮水池、消火栓泵和消防水箱联合供水的临时高压给水系统,由消防贮水池、消火栓泵、消火栓给水管、减压孔板、室内消火栓、水枪、水龙带、消防水箱、消防水箱进水泵、增压设施、水泵结合器等组成。消火栓泵直接从消防贮水池吸水,消防水箱和增压设备保证初期灭火的消防水量、水压要求,消防水箱进水泵由消防贮水池吸水后供消防水箱。
消防贮水池贮存室内消火栓给水系统和自动喷水灭火给水系统的消防用水,并提供消防水箱的消防贮水量,贮水容积为455。
消火栓泵2台,一用一备,设计流量46.08L/s,扬程1.08Mpa。
室内消火栓口径为65mm,单出口,每个消火栓处设直接启动消火栓泵的按钮。屋顶设一个实验消火栓,置于设备房内。水枪喷嘴口径19mm,充实水柱为12m。水龙带为内衬胶,直径65mm,长度25mm.
消火栓给水管网采用焊接钢管,焊接连接。
消防水箱设于屋顶水箱间内,贮水容积按21计。消防水箱进水泵2台,一用一备,设计流量2.5L/s。消防水箱内安装液位信号仪,自控控制进水泵的启闭(低液位启动,高液位关闭)。
增压设施设于屋顶设备房内,主要由增压泵和气压罐组成。增压泵2台,一用一备,设计流量为5L/S。气压罐为隔膜式,调节水容量为300L。
SQ150地上式水泵结合器5个,每个结合器的供水流量:10~15L/S。
2、消火栓布置
消火栓保护半径
R=C*Ld+Ls=0.8*25+3=23m
同一层布置的消火栓的最多个数为9个。
3、设计计算
(1)消火栓栓口径为65cm,水枪口径为19cm,衬胶水龙带长度为25cm,水枪充实水柱长度为12.0m。
水枪出口所需水压:
=
=1.2112/(1-0.0971.2112)=16.90m=169.0kPa
水枪喷嘴出流量
=()=(1.57716.9)=5.16L/s>5.0L/s
水龙带水头损失
==0.0172255.16=1.14m=11.4kPa
消火栓栓口所需压力:
=++=169.0+11.4+20.0=200.4 kP=20.04m
(2)消火栓给水系统最不利管路水力计算
图2.2.1为消火栓给水系统最不利管路水力计算草图。图中,最不利消防竖管为0-3管段,出水枪数为3,相邻消防竖管为0’-4和,出水枪数分别为3和2,最不利点为0点。
图2.2.1
消火栓给水系统最不利管路水力计算草图
表2.2.1为消火栓给水系统最不利管路水力计算表。
0点的水枪射流量:=5.16L/s
0点的消火栓栓口压力:
0点与1点的消火栓间距:
0~1管段的水头损失:
1点的水枪射流量:
1点的消火栓栓口压力:=26.09m
5.96L/s
1点与2点的消火栓间距:
1~2管段的水头损失:
2点的水枪射流量:
2点的消火栓栓口压力:=29.40m
6.36 L/s
消火栓给水系统最不利管路水力计算表
表2.2.1
管段
编号
设计
流量
Q
(L/s)
管径
DN
(mm)
流速V
(m/s)
单阻i
kPa/m
管段
长度
L
(m)
=i
kPa
备注
自
至
0
1
5.16
100
0.58
0.066
6.0
0.40
1、水力计算时,以树状管网进行,0-1管段的水平段视为实现环状供水的保证措施以及增压设备向最不利消火栓供水的水平管线。
2、8-7管段为消防水箱进水泵向消防水箱供水的管线,
管材为UPVC给水管,设计流量去生活水箱进水泵的设计流量。
3、10-11管段为消防水池进水管,管材选用UPVC给水管。
1
2
5.16+5.96
=11.12
100
1.28
0.297
3.2
0.95
2
3
11.12+6.36
=17.48
100
2.02
0.687
70.8
48.64
3
4
17.48
150
0.93
0.103
15.0
1.55
4
5
2×17.48
=34.96
150
1.85
0.371
5.5
2.04
5
6
34.96+11.12
150
2.44
0.619
24.9
15.41
=46.08
最不利管路沿程水头损失总和∑
68.99
0
9
5.0
100
0.95
0.177
40.0
7.08
8
7
2.5
50
1.18
0.696
84.5
58.81
10
11
0.95
0.177
25.0
4.43
各层消火栓栓口出水压力计算结果
表2.2.2
楼
层
号
上下层间
消防竖管
设计流量Q
(L/s)
上下层间
消防竖管
单阻i
(kPa/m)
上下层间
消防竖管
长度L
(m)
上下层间消防
竖管沿程水损
(kPa)
楼层消火栓
栓口压力
(kPa)
设备层
200.4
19
5.16
0.0804
6.0
0.48
200.4+3.20×10+0.48
=232.88<500
18
11.12
0.3312
3.2
1.06
232.88+3.20×10+1.06
=265.94<500
17
17.48
0.821
3.2
2.63
265.94+3.2×10+2.63
=300.57<500
16
17.48
0.821
3.2
2.63
300.57+3.2×10+2.63
=335.20<500
15
17.48
0.821
3.2
2.63
335.20+3.2×10+2.63
=369.83<500
14
17.48
0.821
3.2
2.63
369.83+3.2×10+2.63
=404.46<500
13
17.48
0.821
3.2
2.63
304.46+3.2×10+2.63
=439.09<500
12
17.48
0.821
3.2
2.63
439.09+3.2×10+2.63
=473.72<500
11
17.48
0.821
3.2
2.63
473.72+3.2×10+2.63
=508.35>500
10
17.48
0.821
3.2
2.63
508.35+3.2×10+2.63
=542.98>500
9
17.48
0.821
3.2
2.63
542.98+3.2×10+2.63
=577.61>500
8
17.48
0.821
3.2
2.63
577.61+3.2×10+2.63
=612.24>500
7
17.48
0.821
3.2
2.63
612.24+3.2×10+2.63
=646.87>500
6
17.48
0.821
3.2
2.63
646.87+3.2×10+2.63
=681.50>500
5
17.48
0.821
3.2
2.63
681.50+3.2×10+2.63
=716.13>500
4
17.48
0.821
3.2
2.63
716.13+3.2×10+2.63
=750.76>500
3
17.48
0.821
3.2
2.63
750.76+3.2×10+2.63
=785.39>500
2
17.48
0.821
6.0
4.93
785.39+6.0×10+4.93
=823.32>500
1
17.48
0.821
5.4
4.43
823.32+5.4×10+4.43
=881.75>500
-1
17.48
0.821
5.4
4.43
881.75+5.4×10+4.43
=940.18>500
-2
17.48
0.821
3.9
3.20
940.18+3.9×10+3.20
=982.38>500
(3)消火栓泵的选择
1)设计流量
=46.08L/s=165.89/h
2)设计扬程
最不利管路水头损失
静水压=80.0m=800 kPa
最不利点的消火栓栓口压力200.4kPa
=1081.97 kPa=108.2m
选用2台XBD11/45-150DL×5多级立式消防泵,一用一备,水泵性能参数:Q=126~200,H=108~135m,n=1450r/min,N=90KW。
(4)减压孔板的选择
表2.2.2为各层消火栓栓口压力的计算结果
楼层消火栓栓口压力大于0.50MPa时,应设减压装置。减压设施选用减压孔板(不锈钢材质),在消火栓的连接管上设置减压孔板,将表
中消火栓栓口压力大于0.50MPa的减至0.40MPa。消火栓连接管管径为DN65,设置减压孔板的楼层及其减压孔板的规格,见表2.2.3
减压孔板规格
表2.2.3
楼层号
11
10
9
8
7
6
5
孔板减压值
8.35
42.98
77.61
112.24
146.87
181.50
216.13
孔口直径
30
24
26
24
24
22
20
孔板数量
1
1
2
1
3
3
3
楼层号
4
3
2
1
-1
-2
孔板减压值
250.76
285.39
323.32
381.75
440.18
482.38
孔口直径
22
22
20
20
22
20
孔板数量
4
5
5
6
7
7
(5)消防水箱、消防水箱进水泵、增压设施的选择
1)消防水箱
以贮存10min的室内消防水量计算时,消防水箱贮水容积10×(46.08+
20.23)×60×=39.79,容积偏大,故以“一类公共建筑不应小于18”的规范规定取值。由于液位信号仪的液位信号转换为水泵的启、闭有一定的时间差,平时因管路渗漏、消防给水系统测试等因素而导致水箱内液位降低时,为确保平时消防水箱内18的贮水容积不被动用,将消防水箱的贮水容积定为21,即:消防水箱进水泵的低液位启动、高液位关闭的自动运行控制,以最小贮水量为18所对应的液位为低液位,以最大贮水量21所对应的液位为高液位。
消防水箱规格:(有效水深为1.75m)
消防水箱置于屋顶水箱间内,水箱箱内底标高为72.5m,箱内顶标高为74.6m。
水箱间室内地坪标高71.8m,水箱架空高度为0.7m,箱顶上的净空高度大于0.6m。
2)消防水箱进水泵
消防水箱进水泵的设计流量和扬程为:
15.48
≥768.221 kPa=77m
选用两台50DL×6多级立式泵,一用一备,水泵性能参数:Q=9.0~16.2,H=63.6~79.8m,n=1450r/min,N=5.5KW。
3)增压设施
消防水箱内标高为72.5m~74.25m,最不利点消火栓的标高为66.9m,则消防水箱提供给最不利点消火栓的静水压力为5.6~7.35m,即56~73.5kPa,应设增压设施。
增压设施的最小工作压力=200.4+1.1×7.08+(66.9-72.5)×10
=152.19kPa(相对压力)
气压罐的取0.8,则:
增压设施的最大工作压力=(+100)/0.8-100=215.24 kPa(相对压力)
增压泵的设计工况电应满足:
a、 流量为5L/s时,扬程不小于152.19kPa
b、流量小于5L/s时,扬程能达到 215.24kPa
增压泵选用两台50DL×2多级立式泵,一用一备,水泵性能参数:Q=3L/s时,H=250.0 kPa ,Q=5L/s时,H=180.0kPa,n=1450r/min,N=3KW。
气压罐为隔膜式,调节水容量300L,容积附加系数1.05,气压罐总容积V为:
V =1.05×300/(1-0.80)=1575L
气压罐规格:Ø1200mm×1500mm
(6)消防贮水池
消防贮水池进水管选用UPVC给水管,管径DN125,流速取1.0m/s,流量为13.50L/s(48.6/h)
消防贮水池贮水容积V包括:
1)用于室内消火栓系统和喷淋系统灭火时的消防贮水量(3×46.08+1×
20.23-3×13.5)×3600/1000=424.69
2)用于提供消防水箱的消防贮水量
则:V=424.69+21=445.69
消防贮水池规格:L×B×H=11000mm×18000mm×2300mm(有效水深为2.0m),贮水容积为455.00。消防贮水池和消防泵房相毗邻。
消防贮水池池内底标高:-9.3m,池内顶标高:-7.0m,吸水坑坑内底标高:-9.8m。
7)水泵接合器
室内消火栓系统的消防设计流量为46.08L/s,选用5个SQ150地上式水泵结合器,每个结合器的流量为10~15L/s。
(三)自动喷水灭火给水系统
该建筑为一类建筑,火灾危险等级等级为中危险级Ⅰ级,自动喷水灭火给水系统采用湿式自动喷水灭火系统(简称:喷淋系统),设计喷水强度为6L/
(min·m2),作用面积160 m2 ,喷头工作压力0.08MPa。火灾延续时间为1h,则自喷系统消防用水量 = 160×6/60 = 16L/S。
1、系统组成
喷淋系统有消防贮水池、喷淋泵、湿式报警阀组、喷淋给水管、减压孔板、水流指示器、玻璃球喷头、消防水箱、消防水箱进水泵、增压设备、水泵结合器等组成。喷淋泵直接从消防贮水池吸水,消防水箱和增压设备保证初期灭火的消防水量、水压要求,消防水箱进水泵由消防贮水池吸水后供消防水箱。喷淋系统的消防贮水池、消防水箱进水泵,分别与室内消火栓给水系统的消防贮水池、消防水箱、消防水箱进水泵共用。
喷淋泵两台,一用一备,设计流量20.23L/s,扬程1.09MPa。
建筑物每层均布置了玻璃球喷头、水流指示器。喷头布置形式以正方形、矩形为主,喷头动作温度为68℃。
湿式报警阀组,共3个,设于地下室水泵房内,分别控制-2~1层,2~9层,10~设备层的喷头。每个报警阀组包括报警阀,压力开关,延时器,水力警铃,泄水装置等部件。
喷淋给水管采用热浸镀锌钢管。
增压设施设于屋顶设备房内,主要由增压泵和气压罐组成。增压泵2台,一用一备,设计流量1L/s。气压罐为隔膜式,调节水容量150L。
2、设计计算
图2.2.2
喷淋系统管路水力计算草图
(1)作用面积与喷水强度
根据19层喷头的平面布置情况,取喷淋系统最不利工作作用面积F=163.2。
作用面积内的喷头,共17只。
每个喷头的喷水量
作用面积内的设计流量
理论设计流量
1.24,介于1.15~1.30之间,符合要求。
作用面积内的计算平均喷水强度:
作用面积内最不利点处四个喷头所组成的保护面积的长度为:1.65+3.6+1.8=7.05m宽度为:0.9+3.0+1.5=5.4m
=7.05×5.4=38.07
每个喷头的平均保护面积=38.07/4=9.5
每个喷头的平均喷水强度q=80/9.5=8.4>6
(2)水力计算
系统有两条最不利管路,一条为喷淋泵以设计流量供水时所形成的,另一条为增压设施以不大于1.0L/s的初期灭火流量供水时所形成的,二种供水不应同时进行。表2.2.4为喷淋系统管路水力计算结果。
为喷淋系统管路水力计算结果
表2.2.4
管段
编号
设计
流量
Q
(L/s)
管径
DN
(mm)
流速
系数
流速
V=
(m/s)
比阻
A
管段
长度
L
(m)
自
至
1
2
1.19
25
1.833
2.44
1.42
4.367
3.6
22.32
2
3
2.38
32
1.050
2.79
5.66
0.939
3.6
19.13
3
4
3.57
32
1.050
4.19
12.74
0.939
1.4
16.75
4
5
5.95
50
0.470
3.13
35.40
0.111
3.0
11.79
5
6
11.90
70
0.283
3.76
141.61
0.029
1.1
4.52
6
7
17.85
80
0.204
4.07
318.62
0.012
11.0
42.06
7
8
20.23
80
0.204
4.61
409.25
0.012
7.2
35.36
8
9
20.23
100
0.115
2.54
409.25
0.0027
23.5
25.97
9
11
20.23
150
0.053
1.20
409.25
0.0003
88.0
10.80
喷淋泵供水的最不利管路沿程水头损失总和Σ
188.70
1
2
1.0
25
1.833
1.83
1.0
4.367
3.6
15.72
2
3
1.0
32
1.050
1.05
1.0
0.939
3.6
3.38
3
4
1.0
32
1.050
1.05
1.0
0.939
1.4
1.31
4
5
1.0
50
0.470
0.47
1.0
0.111
3.0
0.33
5
6
1.0
70
0.283
0.28
1.0
0.029
1.1
0.03
6
7
1.0
80
0.204
0.20
1.0
0.012
11.0
0.13
7
8
1.0
80
0.204
0.20
1.0
0.012
7.2
0.09
8
9
1.0
100
0.115
0.12
1.0
0.0027
23.5
0.06
9
10
1.0
150
0.053
0.05
1.0
0.0003
71.9
0.02
10
12
1.0
40
0.800
0.80
1.0
0.0445
100.0
4.45
增压设施供水的最不利管路沿程水头损失总和Σ
25.52
(3)喷淋泵的选择
1)设计流量=20.23L/s=72.83
2)设计扬程
高程差Z=65.8+(5.4+3.9)=75.1m
最不利管路水头损失∑h=(1+20%)∑=1.2×188.70=226.44kPa(局部水头损失取沿程水头损失的20%)
水流指示器的水头损失=20 kPa
湿式报警阀的水头损失=20 kPa
最不利点处喷头额工作压力=80kPa
∑h+++=1097.4 kPa=109.74m
选用两台XBD11/20-100DL×6多级立式消防泵,一用一备,水泵性能参数:Q=72~126,H=102~130.2m,n=1450r/min,N=55KW。
(4)增压设施的选择
消防水箱最低水位标高为72.5m,最不利点处喷头的标高为65.8m。
增压设施的最小工作压力=80+1.2×25.52+20+20+(72.5-65.8)×10
=217.62 kPa(相对压力)
气压罐的取0.85,则:
增压设施的最大工作压力=(+100)/0.85-100=273.67 kPa(相对压
力)
增压泵的设计工况电应满足:
a、流量为1L/s时,扬程不小于217.62 kPa
b、流量小于1L/s时,扬程能达到273.67 kPa
增压泵选用两台40DL×2多级立式泵,一用一备,水泵性能参数:Q=0.5L/s时,H=280.0 kPa ,Q=1L/s时,H=250.0kPa,n=1450r/min,N=2.2KW。
气压罐为隔膜式,调节水容量150L,容积附加系数1.05,气压罐总容积V为:
V =1.05×150/(1-0.85)=1050L
气压罐规格:Ø1000mm×1500mm
(5)水泵接合器
喷淋系统的设计流量为20.23L/s。选用2个SQ150地上式水泵接合器,每个接合器的流量为10~15L/s。
三、建筑排水系统
建筑排水系统分为生活排水系统和屋面雨水排水系统。生活污、废水合流排入市政污水排水管,屋面雨水排入市政雨水排水管。
(一)、生活排水系统
1、系统的选择
由于市政排水集中至城市污水处理厂处理,本建筑的生活排水系统采用合流制,即:生活污、废水不进行局部处理,合流排出室外。地下室集水坑,设潜污泵排水。
2、系统的组成
生活排水系统由卫生器具、排水管道、检查口、清扫口、室外排水管道、检查井、潜水泵、集水井、化粪池等组成。潜污泵排水管管材为UPVC给水管。
3、排水管道及设备安装要求
(1)排水管材采用螺旋消音排水塑料管。
(2)排水管与室外排水管连接处设置检查井,检查井距离建筑物的距离不小于3m,并与给水管引入管外壁的水平距离不得小于1.0m。
(3)当排水管在中间竖向拐弯时,排水支管与排水立管、排水横管相连接时排水支管与横管连接点至立管底部的水平距离不小于1.5m;排水竖支管与立
管拐弯处的垂直距离不得小于0.6m。
(4)立管宜每2层设1个检查口。在水流转角小于135°的横干管上和连接两个以上大便器或连接三个及三个以上排水器具的支管上应设检查口或清扫口。
(5)立管管径大于或等于110mm时,在楼板贯穿部位应设置阻火圈或张度不小于500mm的防火套管。管径大于或等于110mm的横支管与暗设立管相连接时,墙体贯穿部位应设置阻火圈或张度不小于300mm的防火套管,且防火套管的明露部分张度不宜小于200mm;防火套管、防火圈的耐火极限不宜小于贯穿部位的建筑结构的耐火等级。4、系统的设计计算
(1)排水设计秒流量
营业厅、办公室的排水设计秒流量(L/s)
(2)排水管的水力计算
排水管水力计算草图见图2.3.1。
图2.3.1
排水管水力计算草图
1)横支管的水力计算:
PL1
表2.3.1
管道
编号
卫生器具名称数量
当量总数
设计秒流量
(L/s)
管径
De
(mm)
坡度
i
大便器
拖布盆
洗手盆
4.5
1.0
0.3
1-2
1
4.5
1.50
110
0.026
2-3
2
9.0
2.40
110
0.026
3-8
3
13.5
2.60
110
0.026
7-6
1
0.3
0.10
75
0.026
6-5
2
0.6
0.20
75
0.026
5-4
3
0.9
0.30
75
0.026
4-8
1
3
1.9
0.63
75
0.026
PL2
表2.3.2
管道
编号
卫生器具名称数量
当量总数
设计秒流量
(L/s)
管径
De
(mm)
坡度
i
大便器
小便器
洗手盆
4.5
0.3
0.3
1-2
1
4.5
1.50
110
0.026
2-3
2
9.0
2.40
110
0.026
4-5
1
0.3
0.10
75
0.026
5-6
2
0.6
0.20
75
0.026
6-7
2
1
0.9
0.30
75
0.026
7-3
2
2
1.2
0.40
75
0.026
PL3
表2.3.3
管道
编号
卫生器具名称数量
当量总数
设计秒流量
(L/s)
管径
De
(mm)
坡度
i
大便器
洗手盆
4.5
0.3
1-2
1
0.3
0.10
75
0.026
2-3
2
0.6
0.20
75
0.026
3-4
3
0.9
0.30
75
0.026
4-5
4
1.2
0.40
75
0.026
5-6
5
1.5
0.50
75
0.026
6-10
6
1.8
0.60
75
0.026
7-8
1
4.5
1.50
110
0.026
8-9
2
9.0
2.40
110
0.026
9-10
3
13.5
2.60
110
0.026
PL4
表2.3.4
管道
编号
卫生器具名称数量
当量总数
设计秒流量
(L/s)
管径
De
(mm)
坡度
i
大便器
小便器
4.5
0.3
1-2
1
0.3
0.10
75
0.026
2-3
2
0.6
0.20
75
0.026
3-4
3
0.9
0.30
75
0.026
4-9
4
1.2
0.40
75
0.026
5-6
1
4.5
1.50
110
0.026
6-7
2
9.0
2.40
110
0.026
7-8
3
13.5
2.60
110
0.026
8-9
4
18.0
2.77
110
0.026
2)、立管计算
PL1: 立管接纳的排水当量总数为
=(13.5+1.9)19=292.6
立管最下部管段排水设计秒流量
6.63 L/s
查表,选用立管管径de125mm。设专用通气立管。
PL2: 立管接纳的排水当量总数为
=(9.0+1.2)19=193.8
立管最下部管段排水设计秒流量
5.68 L/s
查表,选用立管管径de125mm。设专用通气立管。
PL3: 立管接纳的排水当量总数为
=1.8+13.5=15.3
立管最下部管段排水设计秒流量
2.67L/s
因有大便器,立管管径放大一号,选用de110mm,不设专用通气立管。
PL4: 立管接纳的排水当量总数为
=1.2+18=19.2
立管最下部管段排水设计秒流量
2.81L/s
因有大便器,立管管径放大一号,选用de110mm,不设专用通气立管。
3)、排出管、排水横干管计算
图2.3.2
排出管水力计算草图
排出管计算表
表2.3.5
管道
编号
卫生器具名称数量
当量总数
设计秒流量
(L/s)
管径
De
(mm)
坡度
i
大便器
拖布盆
小便器
洗手盆
4.5
1.0
0.3
0.3
a-A
4
4
19.2
2.81
125
0.015
b-B
3
6
15.3
2.67
125
0.015
c-C
38
38
38
193.8
5.68
150
0.010
d-D
57
19
57
292.6
6.63
150
0.010
5、通气管计算
TL1、TL2专用通气立管管径与排水立管管径相同,均为125mm。
(二)、屋面雨水排水系统
1、系统组成
屋面雨水排水,采用雨水斗内排水的方式,排水管选用UPVC排水管,雨水斗选用87式,单斗布置。雨水通过雨水斗、雨水斗连接管、悬吊管、立管及埋地横管等,在地下层排出室外,接入市政雨水排水管。
2、降雨强度
设计重现期P取2年,降雨历时t采用5min,查有关资料,有
=99mm/h
3、屋面雨水汇水面积F的划分原则
(1)屋面汇水面积应按屋面的水平投影面积计算。
(2)高出屋面的侧墙的汇水面积计算,按侧墙面以及侧墙之间的平面位置与高度差,作调整系数为50%的汇水面积折算。
4、雨水立管的布置
(1)三层屋面划分为5个汇水区,布置5个雨水斗,雨水立管分别为YL1-YL5。
(2)设备层屋面划分为2个汇水区,布置2个雨水斗,雨水立管分别为YL6、YL7。
(3)屋顶划分为2个汇水区,布置2个雨水斗,雨水立管分别为YL8、YL9。
5、水力计算
(1)雨水量Q=(L/s)
其中:屋面的径流系数取0.9,=99mm/h,则:
(2)水力计算结果见表2.3.6
雨水排水系统水力计算结果
表2.3.6
立
管
编
号
汇水
面积F
()
雨水量
Q
(L/s)
雨水斗
立管
排出管
管径
DN
(mm)
最大
泄流量
(L/s)
管径
de
(mm)
最大
泄流量
(L/s)
管径
de
(mm)
YL1
370.4
9.26
100
16
110
19
110
YL2
360.8
9.02
100
16
110
19
110
YL3
652.36
16.31
150
32
160
42
160
YL4
652.22
16.31
150
32
160
42
160
YL5
807.07
20.18
150
32
160
42
160
YL6
89.25
2.23
100
16
110
19
110
YL7
89.25
2.23
100
16
110
19
110
YL8
89.25
2.23
100
16
110
19
110
YL9
89.25
2.23
100
16
110
19
110
YL10
51.83
1.30
100
16
110
19
110
YL11
51.83
1.30
100
16
110
19
110
YL12
51.83
1.30
100
16
110
19
110
YL13
51.83
1.30
100
16
110
19
110
密封的建筑排水系统和通气系统
———活性气压的瞬变控制和抑制
摘要
由于通过成对的吸气阀和正压衰减器与管网中的立管互相连接的形式能控制和抑制活性气压瞬变,因此在综合楼中采用密封的建筑排水系统和通气系统被认为是一个可行的提议。
文章通过四根立管提出一种模拟实验,说明了瞬时产生和加强的气压在排水管中的流动机制。这种模拟实验在水封不被破坏,系统压力得以维持的条件下,能够辨认活性气压控制设备的作用。
系统安全性提高、可靠性增加且设施和材料费减少,可见这种最初结果是令
人高度鼓舞的,且足以证实潜在的明确利益,但进一步的模拟实验有必要提供概念上的证明,且它与其他以检验为目的的实验室、可能的地方、试验相比是有利的。
关键词:活性气压控制,存水弯保持,瞬变传播。
命名原则
C+-
特征方程
c
波速, m/s
D
分支或堆积直径, m
f
摩擦因子, 英国定义通过Darcy Δh=4fLu2/2Dg
g
重力加速度, m/s2
K
损失系数
L
管长, m
p
压力, N/m2
t
时间, s
u
空气速度, m/s
x
距离, m
γ
比热率
Δh
水头损失, m
Δp
压力差, N/m2
Δt
时间间隔, s
ρ
密度, kg/m3
词尾
A
存水弯的应用
B
分支
local
中心条件
T
存水弯
atm
大气压力
F
摩擦
R
空间
S
存水弯系统
w
水
目录
命名原则
1.介绍――瞬时气压的控制和抑制
2.多立管建筑排水管网中的瞬时气压传播模拟实验的教学依据。
3.系统运行差异的作用
4.一个密封的多立管建筑排水个同时系统的郧西模拟实验
5.模拟实验的规定
6.排入管网的水
7.立管1底部排水
8.瞬时气压强加于污水管
9.水封的振动和保持
10.结论——密封建筑排水和通气系统的可行性
1.介绍――瞬时气压的控制和抑制
作为系统操作的自然结果,建筑排水系统和通气系统内部产生的气压瞬变对于水封破坏和交叉污染的可居住空间来说也是可靠的。[1]水封保护的传统模式,基于维多利亚女王时代的工程师对气味排除的观念[2]、[3]和[4],通过交叉连接和立管排入大气[5]和[6],主要取决于信任基础上的消极的解决方法。这种方法尽管既被证明了,也是传统的,但也有其内在弱点,如通气管末端较远[7],导致了综合楼缓解反应到达较迟和敞开屋面立管末端内在的多样性。复杂的通气系统需要大量费用且于空间有密切联系[8]。
在过去20年里,吸气阀(AAVs)的发展给设计师提供了一种缓解瞬时负压的方法,如在随机的洁具排水过程中,吸气阀有助于系统中水力条件的恢复。当吸气阀直接反映本地压力条件时,它们代表了一种控制活性气压的解决方法,它们自动打开,使新鲜空气进入管道系统,从而使系统的压力得到平衡并保护了冰封[9]。
然而,吸气阀不能解决建筑排水系统和通气系统中瞬时正压传播的问题,污水管网中自由水流或远处产生的瞬时正压的到达通路间歇的关闭,有可能顺流进入一些其他的水——包括流入污水管的暴雨。
正压衰减器[10]被开发用来吸收瞬时正压产生的气流,这种衰减器完成了必要的设备供应,为剧烈的瞬时气压的控制和抑制被采用到建筑排水系统和通气系统中做准备,这些建筑既包括一般性建筑也包括那些需特殊考虑的多种屋面、立
管末端未封密的建筑。正压衰减器由大量可变量组成,这些可变量在瞬时正压的影响下不断扩充,从而为气流不断衰减做准备,因此产生的瞬时正压强度降低。吸气阀和正压衰减器设备共同使用被作为一个完全密封的建筑排水系统和通风系统的考虑因素。
图1说明了吸气阀和正压衰减器设备,注意在负压条件下无水存水弯充当吸气阀。
(39K)
图1:剧烈的瞬时气压控制设备控制正压和负压
剧烈的瞬时气压的控制和抑制考虑到为保护水封对正压和负压偏移的局部调节。这种方法与传统的消极方法相比有明显的优点。它节约了等待瞬时气压从通气管排入大气使环节反映恢复的时间,避免了在瞬时气压传播过程中对其他系统中水封的瞬时影响。
2.多立管建筑排水管网中的瞬时气压传播模拟实验的教学依据。
建筑排水和通气系统中瞬时气压的传播是可以理解和解决的问题,它可以通过St Venant 方程式定义的非稳定流的连续性方程和动力方程来理解,可以通过有限的各种图表、利用特征方程的方法来解决。通气立管系统中下落的环形水和系统范围内的瞬时气压的反射和传播,包括未密封的通气管末端、污水管接头处、水封装置及AAV、PAPA控制装置都能带走空气,基于以上结果,系统中瞬时气压的产生和传播可以被准确模拟。这种模拟实验[11]提供当地的气压、速度和光速数据,贯穿管网中的时间和距离间隔很小,仅为0.001s和 300mm。另外,模拟实验模拟当地水封装置的振动和气压控制装置的运用,从而依据管网中气流生成数据并能识别系统的不足及可能导致的后果。当这一模拟实验已经完全生效时,它单独的证实了2003年厦门花园内SARS病毒的传播机理。这更进一步的证实了它的预言[12]。
瞬时气压的传播依赖于系统条件的变化速率。大量的环形溢流管导致了排除气流的提高和系统压力的降低。排出气流的延迟导致瞬时正压产生。管网中外部
水的进入同样也能传播瞬时正压和瞬时负压。
有水立管中的环形水流带走一股气流,这是由于在环形水和空气核心表面之间建立的“无滑”条件和沿立管往下产生的预期的压力变化。由于空气经过排水分支结合点处形成的水幕时产生摩擦和影响,在立管入口上端气压低于大气压。在低湿度立管中,由于优先对气流施加牵引力,气压穿过立管底部的水幕,从而气压高于大气压。
模拟非稳定流所采用的特征方法的价值在20世纪60年代第一次被正式承认[13],杰克[14]这一关系进行定义,采用模拟实验模拟施加于排出气体的牵引力量。大量的实验数据允许对“伪摩擦因素”定义,这些因素适合在湿立管中应用,并能作用于环形水流空气排除核心界面,从而允许进行混合排出流,及其对排除空气影响的模拟。
建筑排水系统和通气系统中的瞬时气压的传播是由St Venant 的连续性方程和动力方程定义的。
(1)
(2)
有限的解一旦通过特征方程转化为有限的各种关系式、方程式,这些半双曲线性的偏微分方程是经得起检验的。⑶-⑹,未来一个时间段结点处的连接条件至上、下段临近节点的现行条件,图2。
(18K)
图2 :St Venant 连续性方程和动力方程预计将气流速度和波速用X-T坐标表示出来.注:⊿x<1.0m ,⊿t<0.003s
当
(4)
时为 C+ 特征:
(3)
当
(6)
时为C- 特征:
(5)
波速C可用公式
c=(γp/ρ)0.5.
(7)
求得。
由于气压和密度的相互依赖,这些方程式与空气流速U和本地波速C有直接关系。本地压力可用下式计算
(8)
合适的方程式将气流或水封振动分界面与本地气压相关,见表1
表1
限制条件
Open end exit
Set plocal=atm
Solve with available C+ Eq. (4)
Dead end exit
Set ulocal=0.0
Solve with available C+ Eq. (4)
AAV exit
plocal>popen
Treat as a dead end exit
plocal<popen
Solve with Eq. (4)
Trap seal exit
No trap seal loss
Solve trap F=mass*acc. equation with C+
Air path due to trap displacement
Set plocal=atm and solve with C+
Depleted trap
Set plocal=atm and solve with C+
PAPA exit
Bag at line pressure
Volume=0.0, p=line pressure
Bag filling, p=atm
Sum inflow to determine bag volume
Bag pressurizes
Use gas Law Equation with bag volume and solve with C+ to determine bag pressure
Base of stack (entry)
Empirical Δp vs. Qw
Solve empirical relationship between back pressure, applied water flow and entrained airflow with available C- Eq. (6)
Sewer pressure (entry)
Base of stack
Impose sewer pressure and solve with C- Eq. (6)
Wind shear exit
Top of stack
Impose variable atmospheric pressure and solve with C+ Eq. (4)
水封的应用是特别重要的。水封中的水柱由于管网和气压空间的瞬时压差而振动,在任何时候,对U形存水弯水封中的水柱的运动方程都可以写成
(9)
需要认清的是在应用方面水柱可能上升,相反的在系统方面水柱不可能超越分管连接处的水面高度。
英国规定水封设在75或50mm处,其他的国际规范以设备型号为依据。水封保留值因此被定义为低于初始值的一个深度。许多规范意识到水封自然瞬变的破坏,容许水封破坏25%的机会。
界限方程也可能由本地条件决定:吸气阀开启和随后的损失系数依赖于本地的预测压力。
经验数据识别吸气阀开启压力,它的损失系数由开启过程和完全开启条件决定。水封装置的振动依据本地压力被作为一个界限条件来对待。弯曲的水封允许一般气流排入或排出装置或者水封转移导致的振动都可以被模拟。瞬时气压相互作用过程中导致的水封水量减少也被包括其中。
3.系统运行差异的作用
综合楼排水管网中运行系统将水排入管网,因此为气流排除和瞬时气压传播提供条件,这完全是随机的。任何时候根据它们的用法无法区别两个系统。如果综合楼管网中的个别立管是内部互联的,那么这种运行的差异意味着内立管通气路径将被确立。这种差异建议用来提供通气和对密封排水系统做出慎重考虑
为了完全成一个密封的建筑排水和通气系统,有必要使空气从一个安全空间而非从外界大气压进入管网,从而缓解瞬时负压。这通过吸气阀的使用或建筑内预先确定的位置可以达到,如易受影响的阁楼。
类似的,用正压衰减器使瞬时正压减小是必要的。最初认为这是成问题的,因为正压能积聚在PAPA装置中,因此否认它们降低瞬时气流的能力。这个问题通过与综合楼中立管相连和利用建筑排水系统中内在差异可以再次避免,因为通过存水弯中空气经过相连立管通入污水管网可以保证PAPA气压自身进行缓解。
这些差异也保护提议的密封系统不受无水管中的过大气压和瞬时正压破坏。综合楼将通过一些小的排水连接支管与污水干管相连。相反的气压条件将被分散,连接管网将继续提供通气渠道。
通过一个多立管管网这些想法将得以证明。
4.一个密封的多立管建筑排水和通风系统的运行模拟实验
图3表明了一个四根立管的管网。四根立管通过对PAPA和AAV装置的多方面引导与高水平面相连接。在任何一根立管中向下流的水产生瞬时负压,关闭PAPA打开AAV使气流进入管网,排出污水管系统。既不是由于立管超负荷也不是由于污水管瞬时正压可以通过PAPA和对其他立管而言,允许立管-污水管途径充当会缓解途径的应用差异来降低。
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图3:用四根立管的建筑排水和通气系统来论证一个密封建筑系统的可行性。
这个管网所说明的包括一个12m的总高度。在空气中声速为-330m/s时管网中的瞬时压力产生。这意味着从立管底到PAPA管道中历时大约为0.08s,从立管底到立管管底历时约0.15s.
为简化模拟实验的输出,包括采用无水封的保护,如存水弯中无水,采用AAV和PAPA作为活跃控制。在独立通气立管处,传统管网将采用消极通气直接排入大气中,然而一个密封建筑可以采用这种通气方法。
实际上四根污水管显示出的连接应该分开收集排水,以便污水管网中能进行自我通气。在综合楼中这种需要并不困难,而且在各种可能的条件下也是规范的。设想这些立管相互连接排入污水管网将会被分散并排入地下排水管中,使得下游管道直径增大。与管网的其他连接的所有可能性将是来自包括更传统的敞开通气系统设计的建筑,以至一个更深层次的差异被加到有持续时间较长的的额外水排入的下游污水分管上。类似的考虑导致了对住所的现行设计理念。
必须强调的是管网中说明的是综合楼排水管网中是有代表性的。这中模拟实验将容许对一系列的排出装置和强加于污水管的瞬时条件进行调查研究。
下列排出装置和强加于污水管的瞬变被考虑:
⑴洗手间的水排入立管1-3历时1-6s,一个独立的洗手间排水进入立管4在2-7s之间。
⑵连续贯穿模拟实验的水最小流速为0.1L/s,这是为了描述早期多种排水设施的水流。
⑶在立管底部历时1s的超负荷事件假如发生在立管1中需2.5s。
⑷依次加强于每根立管底部的连续的污水管瞬变从12-18s。
这种模拟实验将论证控制活跃水位和实现密封系统中内立管通气两种想法的效果,即不存在高层屋顶渗透和建筑物外表敞开式通气立管。
管网中强加的水流是基于世纪系统值之上的,根据最大流速2L/s,总流量6L/s和历时6s来说,现行的洗手间排水特征是具有代表性的。水标30mm处的污水管瞬变是具有代表性的但并不夸张。表2定义了W.C.排水和污水管压力的假定概况。
表2
排水和强加的污水管压力特征
w.c. discharge characteristic
Imposed sewer transient at stack base
Time
Discharge flow
Time
Pressure
Seconds
l/s
Seconds
Water gauge (mm)
Start time
0.0
Start time
0.0
+2
2.0
+0.5
30.0
+4
2.0
+0.5
30.0
+6
0.0
+0.5
0.0
5.模拟实验的规定
需要注意的是在各种情况下系统中立管的高度是从立管底部往上测量的。这意味着朝立管底部排除的气流为负压。从任以AAVs装置进入管网的气流将因此被指示为负压。从管网排入污水管连接处的气流也将是负压。
从污水管连接处进入管网或沿立管向上引入的气流将是正压。
然而沿直线下落的水的压力被认作为正压。
遵守这些规定将会使接下来的模拟实验更好理解。
6.排入管网的水
表2以上所描述的W.C.排水,从1s到立管1-3和从2s到立管4是同步的。一根立管底部过载假定在立管1中为2.5-3s。因此从图4可以看出与预期的一样排除气流处于1、6和8号管中。然而,排入管网中的9号管中的气流是来自污水管。最初,尽管在19号管中仅有一股细流,由于气流已从管1、6和14中排出,管19中的排除气流被扭转,即沿立管往上,需在管1、6和14中对排出气流起作用。管12上的AAV也起作用但最初它需求的气流比例少且由于本地压力条件AAV振动。
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图4:通过排出装置带走气流
随着W.C.排水进入立管4,确定了2s前管19中的水向下流,由于下降的水在管上形成水薄膜而产生牵引力,使得反向气流一开始就逐渐减小。然而,在其他3根立管中产生的吸引力仍然导致在管19中产生一种持续的但减少了反向气流。3s前管19中的向下流达到最大值,管12上的AAV完全打开并且从这个来源增加的气流可能被识别。振动阶段被一个历时3.5-5.5s的完全开放期间代替。
图5说明了在2.5s时立管1和4的底部进入模拟实验的气体概况。立管4中的气压,表明与上面提到的反气流一致的压力梯度,立管1中的气压概况对于携带环形水流的立管是有代表性的,并且证明了由于立管底部水幕形成的正压。
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图5:立管1和4中的气压概况说明了管19中的反气压梯度。
设置在管13上的最初容量是0.4L,最大扩充容量可达40L,然而它最初容量较小,此模拟实验阶段可能达不到。
7.立管1底部排水
图6说明了立管1底部的排水,管1从2.5s到3s,管1中排出的气流在立管底部将至0,并且图6中的立管中产生了瞬时气压。这个瞬时气压的影响将在后面对管网中水封的讨论中可以看到。
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图6:模拟实验阶段的W.C.排水期间管网中的气压水平。注意在立管1中的排水,在管1 中为 2.5s。
从图6中也可以看出,管1、6和14中的预期压力,在不排水情况下,符合正常预期,即一股小的正压像排出空气一样,强行穿过立管底部的水幕进入污水管。就立管4,管19来说,进入立管的反气流证明了当它穿过存在于立管底部的水幕时气压下降。
模拟实验允许立管1中的空气压力概况在图6所示的排水期间及之后被模仿。图7(a)和(b)表明了立管中从2.0s至3.0s时的气压概况,瞬时气压传播的增大和减小阶段连续产生。这一轨迹和压力振动说明瞬时正压沿立管传播,其中压力振动是来自管11上端的末端的AAV/PAPA连接点的瞬时气压的反射。
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图7(a):立管1中立管底部排水起始阶段的连续气压概况
图7(b):立管1中立管底部排水最终阶段的连续气压概况
8.瞬时气压强加于污水管
表2表明在各立管底部一系列连续的污水管强加瞬时气压。图8证明了一种模式,即指出安装在管13上的PAPA和通过立管互联提供的自动通气的应用。
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图8:强加于污水管的瞬时气压带走气流。
因为正压被强加在管1底部12s,气流沿立管1网上被提升至PAPA连接处。然而,因为其他立管底部都没有被强加正压,因此在立管2-4中,第二气流通道被沿污水管连接点往下确定,就像图8中所示的负压气流一样。
因为强加瞬时气压减小所以反气流降低并且PAPA将空气排入管网,再一次论证了图8所示的模拟实验。如果各立管服从于污水管瞬时气压则重复这一模式。
图9表明了立管1和2中的典型的气压概况。立管2中的气压梯度证实气流方向朝AAV/PAPA连接点沿立管往上。可以看出沿立管1往下气压继续下降,直至在管1和3中才恢复,这是由于这些管中持续不断的水流的影响。
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Fig. 9. 立管1和2中的气压概况
PAPA安装通过吸收气流对污水管瞬时气压起反应,图10。PAPA将扩张直到积累空气达到假定的40L的容量。那时PAPA将加压并将通过不受强加的污水管瞬时气压影响的立管协助气流排出管网。需注意的是,当污水管瞬时气压被连续在立管1-4中应用时,这一现象被重复。高水平PAPA的容量,和其它的一起被引入一个更复杂的管网,能适应并保证没有系统增压发生。
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图10:实验中的PAPA容量和AAV的过流量。
连续的瞬时气压的影响在各管网底部是可以认清的,因为PAPA容量在瞬是气压变化时减小,这是由于通过各立管中剩余的水流维持排出气流。
9.水封的振动和保持
存水弯装置和管网监测器相连,并对本地分支气压做出反映。这一模型提供了水封偏转和最终保持的模拟实验。图11(a)(b)描述了分别位于立管1和2上的存水弯的水封的振动。当气压在管网中下降时,存水弯中的水柱被转移以至位于水平面的装置下降。然而,系统的水面高度是由分支进口连接处的水平决定的,以致管网中水损失。这一影响在图11(a)和(b)中都有表明。管网中的瞬时气压条件导致水封振动,这仅能通过下个装置的使用来填充。如果瞬间影响严重那么存水弯中水可能完全耗尽以致在管网和可居住空间形成潜在的交叉污染路径。图11(a)和(b)表明了被强加的瞬时压力的末端的水封保持。
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图11(a):水封振动,存水弯2。(b):水封振动,存水弯7。
图11(a)对管2上存水弯的描述,表明了当立管中气压下降时导致虹吸,存水弯中水进入管网。伴随立管1中的过流2s打断这一过程。伴随立管1中下流水的停止,存水弯振动减轻。通过在存水弯装置一边的水面的上升,污水管瞬时气压在12s的强加是显而易见的。如果存水弯系统一边的水面降至U型存水弯,更剧烈的瞬时气压在这一阶段可能导致“气泡穿透”。
管17上的存水弯中的水封振动,图11(b)和15,是相同的,直到连续加强的污水管瞬时压力持续14s和16s。注意管1中的过流不影响那些存水弯,因为他们离立管1的底部很远。管20上的存水弯表明由于提供向下水流的耽误产生的最初的压力降低。管19中的污水管瞬时气压影响存水弯约达18s。
在模拟实验中,作为瞬时气压到达各存水弯的结果是产生存水弯水头损失。这一全面的影响导致各存水弯显示为一个单独的水封保持,这完全依赖于管网的使用。存水弯20保留了32mm水封而存水弯7和15中水封33mm。存水弯20中的水封高度被降至26mm。注意管7和15上的存水弯遭受同一水平的瞬时气压,尽管在到达污水管瞬间有时间区别。图11(a)和(b)论证了水封中水柱的振动作为水封限制条件的结果,方程式(10)及相称的C+特征方程。这一限制条件的解不断的检测存水弯的水头损失及在存水弯最后的水封保留值。在这个例子中论证了最初的水封值被理解为50mm高,这,对于如W.C.中的各器具和厨房的洗涤槽是普遍适用的。
10.结论——密封建筑排水和通气系统的可行性
采用的模拟实验证实了密封的建筑排水系统中利用活跃瞬间控制是一个明智的设计选择。一个密封的建筑排水系统可以提供以下优点:
•系统安全性无限提高,因此高层敞开系统末端将是多余的。
•系统复杂性降低而系统的可预测性提高。
•建造时期的任何设备的空间和材料都将得以节省。
假如将抑制瞬时负压的吸气阀(AAV)和控制瞬时正压的正压衰减器结合应用到设计中,用于活跃瞬间控制和抑制,那么这些好处都将得以实现。
作为系统解决的 一部分,建筑排水和通气系统和与建筑相连的污水管操作的内在多样性起到提供互相连接的缓解途径的作用。
基于现行的有限的各种模拟实验的特征,为精心安排的密封系统的操作提供了与期望值一致的数据输出。对其他新近设备的准确度模拟,包括对2003年在厦门花园和香港对病毒传播机制的准确正式,为现行结果提供了置信度。
由于建筑排水和通气系统的随机运行模式,需要进行更深层次的模拟、实验和地方的调查研究,以确保这一构思完全可行。
参考文献
[1]中国市政工程西北设计研究院.给水排水设计手册(第11册)—常用设备.北京:中国建筑工业出版社,2002
[2]于尔捷.给水排水工程快速设计手册(第2册)—排水工程.北京:中国建筑工业出版社,1996年
[3]北京市市政设计研究总院.给水排水设计手册(第5册)—城镇排水,北京:中国建筑工业出版社,2003年
[4]中华人民共和国水利部.泵站设计规范(GB/T50265-97).北京:中华人民共和国建设部,1997年
[5]上海市政工程设计研究院.给水排水设计手册(第3册)一城镇给水,北京:中国建筑工业出版社,2003年
致
谢
随着毕业设计的结束,大学生活已经告一段落,经过三个多月的毕业设计,使我对给排水专业有了更深刻的认识。在老师孜孜不倦的教诲下,我把四年所学的知识汇集了起来;第一次用理论来解决实际问题,学会了接下一个工程应该首先从哪里着手。在设计过程中,既要考虑采用新技术、新材料,又要考虑在实际上能否施工,而且针对每个问题,均要查阅资料,最终确定方案,再向老师请教,确定方案是否可行。在给其他同学解答问题时,自己得到了较大的提高。经过这次模拟训练,使我对给排水设计有了清晰的认识,为踏入工作岗位奠定了良好的基础。
本次设计是初次对建筑给排水工程设计的一次尝试,通过本次毕业设计使我们熟悉并掌握了给排水工程设计程序、方法和技术规范,提高了对给排水工程设计计算、图表绘制、设计计算说明书的编写;树立正确的设计思想,培养我们严肃认真的科学态度和严谨求实的科学作风,能守纪律,善于与他人合作敬业精神;树立正确的工程观点、生产观点、经济观点和全局观点。
由于该建筑结构不大规则,管道的布置比较麻烦,不能合适的布置到管井里,绝大多数选择了沿墙、柱布置。做完整个设计的感觉就是消防是建筑水中最难的一部分,设计的大部分精力都花在消防上。另外,我对阀门的使用考虑比较欠缺,经过了不少修改。在整个设计过程中,由于缺乏实际工程设计经验,加之设计者水平有限,设计中不妥之处在所难免,请各位老师给予批评指正。
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