高层生活用水系统设计

高层建筑的定义是2015国际建筑规范指75英尺或更高的建筑。建筑物的高度从地面或提供消防部门车辆进入建筑物最高楼层的最低层开始测量。75英尺的限制背后的原因是，建筑规范对火灾和生命安全有特殊的防火要求，以及对达到或超过这一高度的建筑物的消防供水要求。

在亨德森工程公司，我们总是建议设计师向有管辖权的权威机构(AHJ)核实，以确保高层建筑设计的相关规范没有额外的要求或修改。在任何项目开始之前，这一点都是至关重要的，因为AHJ可能会增加一些规定，比如使用一个分离水箱来分离生活用水。

这在休斯敦等大城市很常见。隔水罐的作用是在总水管和楼宇供水管之间提供一个空气隔水口，以防止总水管因供水管所能提供的水量减少而坍塌。在某些司法管辖区，消防和生活用水服务线路也可能被允许合并，这可以减少建筑物所有者的水服务连接费用。

家庭供水入口尺寸和设备

生活用水服务是根据建筑物的绝对峰值生活用水流量(例如，亨特曲线)来确定的，以加仑/分钟(gpm)为单位。为了找到建筑物的生活用水峰值流量，设计师通常会取建筑物内需要饮用水的管道装置的总数，并将固定装置的单位值转换为gpm。

然而，对于多户高层建筑，越来越多的管道设计专业人员正在使用由国际管道和机械官员协会发布的水需求计算器(WDC)来估计峰值流量。WDC正迅速取代过时的亨特曲线，因为它在确定建筑物实际供水需求方面的准确性远低于亨特曲线。

一旦确定了建筑物供水的总总当量，就可以确定供水服务的规模。管道直径由系统允许的压力损失和流速决定，流速不超过当地规范或当地供水商允许的最大流速。铜的最大速度为8英尺/秒(fps)，球墨铸铁的最大速度为10英尺/秒，通常被用作行业标准。

大厦配水入口

在高层建筑中，由于地块空间有限，供水仪表、截止阀和回流装置很少位于建筑面积之外。鉴于最近远程抄表设备的可用性，以及大多数高层建筑与地块线之间的零间隙，建筑物所有者和开发商越来越容易获得远程抄表。

与其他建筑一样，高层建筑也需要防回流装置。由于建筑物内的水压高于街道压力，因此需要安装减压防回流阀，以保护公共供水系统不受建筑物供水的影响。在增压泵系统发生故障时，RP装置将保护城市供水不受建筑物供水的影响。

重要的是要注意，当安装RP防回流阀时，两个独立止回阀之间的安全阀的流量可以在200到700gpm之间的任何地方。

至关重要的是，要确保如果在建筑物内安装了回流装置，则排泄管道的尺寸要适当，以处理安全阀的排放速率。根据安全阀的实际流量，这些排放速率所需的排泄管道将在6到10英寸之间。

如果防回流装置位于建筑物外，则防回流装置的位置需要与土木工程师密切协调，并放置在安全阀启动时不会造成滑倒危险的位置。将防回流阀放置在景观区域内通常是建筑师和开发商的首选，以隐藏防回流阀，使其远离公众通道。

土木工程师通常负责与公共工程部门或当地供水商协调仪表和回流装置。管道工程师的作用是向土木工程师说明建筑物所需的仪表和回流装置的尺寸(见图1)。

高层供水系统的设计挑战

为高层建筑提供生活饮用水可能是一项挑战。在建筑物顶部有足够的水压与不超过水压竞争
在每个管道装置上80磅/平方英寸(psi)。

总水管处可用的水压通常不足以向最上层或屋顶提供足够的水压。因此，在建筑内进水处需要提高进水压力以满足运行压力要求。

克服这一挑战的方法是在入口处安装一个家用增压泵，并通过减压站创建压力区。

通常情况下，增压泵排出压力将大于建筑物中单个固定装置所允许的压力。因此，必须安装减压阀(prv)，将压力限制在80psi。这是在任何给定的管道装置或设备上允许的最高供应压力。

在建筑物内的每一个固定装置或楼层都安装一个自动调压器是成本过高和浪费的，因为每个自动调压器都需要方便使用。此外，每个阀门必须有一个y型过滤器，带有一个排污阀和一个排水管，以维护和维修阀门。

建议使用PRV站创建一个压力区，为水压低于80psi的楼层堆叠提供压力。图2a和2b是高层建筑中用于降低压力的典型PRV站区域组件。

水管材料和阀门注意事项

高层建筑的水管材料和阀门类型必须仔细选择。增压泵下游水系统高压侧设计时必须注意。否则，管道系统的过压可能会对建筑物、租户和建筑物的供水系统造成灾难性的破坏。

增压泵排出压力超过管道接头和阀门额定压力的情况并不少见。应该使用95-5焊接硬拉铜和配件，以及带法兰配件的附表40不锈钢。

在正常工作压力条件下，小于
80psi, 125级闸阀，2英寸及以下
200cwp球阀用于2.5英寸及更大的水应用场合。在高层建筑中，由于压力等级较高，较低区域通常使用250级阀门。图3a和3b显示了在高层建筑中通常会看到125级和250级额定阀门的阀门和管道的最大工作压力。

减压阀和压力分区

prv用于在高层建筑中创建压力区，并将这些区域内的压力限制在80psi以下。在设计水压区时，设计师/工程师有必要绘制建筑物的横截面，开始规划水压区将服务的位置。

根据建筑物的高度，强烈建议在每个区域的四到八层之间设置压力区。这样做的原因是为了确保压力区域内的压力不会超过80psi。

在设计一个区域时，我们想要仔细观察楼层高度。除了一楼和顶层公寓外，高层建筑的大多数楼层之间的距离都是10英尺(约合3米)。以10英尺作为典型的楼层高度，我们可以很容易地计算出每层将损失或增加大约4.33 psi。PRV的出口设置需要设置在75到40 psi之间。

在图4中，显示了一个60层高层立水管的示例，1区是建筑物的最上层。PRV站设置为45 psi。

由于上层系统区域是一个下馈系统，我们必须计算出下层区域的静态增益不会超过80psi。8层10英尺的高度= 34.64 psi增益。45 psi + 34.64 psi = 79.64 psi。

压力区(上进料与下进料)

高层建筑中的压力区可以是上行、下行或上行和下行的组合。这完全取决于PRV站将安装在特定压力区的哪一层。

大多数承包商倾向于将压力区安装在较低的楼层，并将生活水管向上输送。从安装的角度来看，这是没问题的。

然而，在进行水力计算时，该区域的均匀摩擦损失必须通过从PRV站到最远程夹具的总长度来计算。

在上行系统中，总开发长度(TDL)是从离PRV站最远的最远的固定装置取的，在我们的例子中，最远的抽水马桶或控制装置是8层(80英尺)。

在下送系统中，TDL从PRV站被带到同一层最偏远的固定装置，从而减少了80英尺的TDL，增加了psi/100英尺的均匀压力损失。由于降低TDL，压力区域内可用的压力损失越大，该区域内的管道就越小。

系统尺寸在2.6 psi/100英尺和5 psi/100英尺之间的差异可以节省业主/开发商与管道尺寸相关的成本。图5和图6分别显示了下行系统计算图和上行系统计算图，显示了水力区计算的示例。

为高层建筑设计生活用水系统有其挑战，但有几个最佳做法有助于确保成功:

记住水力学的基本原理，重力物理学，并确保将压力范围保持在管道装置运行所需的最小压力和规范最大值之间的单个区域
80 psi。

密切注意泵的最大排出压力和管道、管件和阀门的额定压力。

将每个压力区视为独立于高压水管的系统。

与建筑师协调PRV壁橱的大小和位置，并确保有一个排水管用于吹气和排水管。

卡尔·考埃特(Karl Caouette)是全国建筑系统设计公司亨德森工程公司(Henderson Engineers)的管道技术总监。