工厂和民用建筑给排水设计体会与总结完成版
工厂和民用建筑给排水设计体会与总结
信息产业电子第十一设计研究院有限公司白登明
笔者从事工厂和民用建筑给排水工程设计十多年，完成的设计项目达一百多项，项目客户包括欧美、日本、韩国、台资、国内等企业及研究所，绝大部分为工厂项目，少数有高层民用建筑。不同国籍客户会有不同的设计要求、不同的喜爱偏好、不同的工程习惯，不同行业客户又有不同的行业特点与要求，民用建筑又有不同于工厂建筑的要求与特点，每参与一个项目就是一次学习与增长见识的机会，每完成一个项目都会有不同的体会和提高。以下是笔者对十多年给排水设计工作的体会与总结，希望能与业中同仁一起交流探讨、共同提高，其中有的观点不一定成熟，甚至可能是不正确的，欢迎多予批评指正。
（一）室内消火栓保护半径的数值是可变的
室内消火栓保护半径的确定，是室内消火栓系统设计最基本最常用的技术和工作程序。大家都知道，消火栓保护半径计算公式为：R=Ld+Ls
Ld水带敷设长度(m)，配用25m水带时，Ld=25×0.8=20mLs水枪充实水柱在平面上的投影长度(m)
Ls=cos.Sk=cos.(H1-H2)/sin=ctg.(H1-H2)Sk水枪充实水柱长度(m)水枪上倾角
H1室内最高着火点离地面高度(m)H2水枪喷嘴离地面高度(m)，一般取1m
因绝大多数情况下，消火栓流量需满足≥5L/s，对应19mm直流水枪的充实水柱为11.4m，水枪上倾角45°时其充实水柱垂直投影长度为8.06m，可满足≤9.0m层高建筑的灭火要求，这种情况下，最大Ls=[Sk-(H1-H2)]=[11.42-(H1-1)2]1/2。当建筑层高大于9.0m时，出于尽量降低水枪处操作压力的考虑，一般水枪上倾角采用45°到60°，层高超过13.0m的厂房水枪上倾角最好采用60°，这时Ls=ctg.(H1-H2)。
221/室内消火栓保护半径参考值
建筑层高H14.0m5.0m6.0m7.0m8.0m9.0m10.0m11.0m12.0m13.0m14.0m15.0m水枪上倾角充实水柱Sk(m)最大保护半径R(m)Sk值(m)45°保护半Sk值径R(m)(m)50°保护半Sk值径R(m)(m)60°保护半径R(m)11.4011.4011.4011.4011.4011.40//////30.9930.6730.2429.6929.0028.12//////////////////////////////////////////12.7329.0011.7527.5511.4025.7014.1430.0013.0528.3911.5425.7715.5531.0014.3629.2312.7026.3516.9732.0015.6630.0613.8526.92////16.9730.9015.0127.50//16.1628.08水枪充实水柱长度、压力、流量对应数据
充实水柱Sk(m)水枪喷嘴处压力(m)19mm直流水枪的充实水柱长度、压力、流量对应数据11.412.012.513.013.514.015.015.516.017.015.717.018.520.522.524.527.029.532.533.55.25.45.76.06.26.56.87.17.5流量（L/s）5.0从上表中可见，太大的充实水柱长度是不可取的，充实水柱长度17m时，水枪喷嘴压力高达33.5m，消防队员操作时已比较困难，所以层高超过12.0m厂房，水枪上倾角宜采用60°，这样可降低要求的充实水柱长度，减小消防队员操作难度。
（二）冷却塔系统设计中应注意的一些问题
1.不设集水池的多台冷却塔并联使用时，各塔集水盘应设连通管。虽然规范有相应规定，但由于设计理念惯性与惰性的原因，未设连通管的设计项目仍时有出现。设置连通管的好处是，可以平衡由冷却塔出水管水头损失差异引起的各塔集水盘液位差，有利于整个管路系统的水力平衡。
2.容量大小不同（同一规格模块的除外）的冷却塔尽量避免并联使用，不可避免要并联设置时，应注意各塔集水盘上口标高必须相同，否则高的集水盘会不停地补水，而低的集水盘会从集水盘上口不断溢流，造成水资源浪费，增加业主运行费用。大多数冷却塔厂商样本上不会提供集水盘高度数据，需要设计人向厂商咨询了解。
3.冷却塔循环泵多台（3台以上）并联设置，且低负荷时可能两台甚至一台运行时，泵的扬程计算应力求准确，富余水头取0.5m~1.0m即可。因为多泵并联设置减泵运行时，管路的水头损失减小，单泵的工况点会偏移（流量增大、扬程降低），水泵轴功率变大，严重时甚至会过载造成电机烧毁。解决的办法，首先要管路压损计算准确，尽量使泵的工况点偏移量最小；其次，管路最好设计为水泵与冷冻机一一对应，在冷冻机冷却水出口设置动态定流量阀，这样就可以保证水泵的流量在各种工作情况下均保持稳定；第三，若考虑经济性不设置动态定流量阀，多泵并联设置减泵运行时，应关小水泵出口阀开度，对应指标是相应电气控制柜电流值不高于额定电流，水泵出口指示流量不大于设计工况点流量（水泵出口装流量计时）。
4.冷却塔系统作为生产设备冷却水系统，如生产设备台数很多且可能分期设置或低负荷运行时，应设与生产设备并联设置的旁通阀管路系统（手动或自动），旁通系统可设在供、回水总管之间，也可设在系统的末端，这样系统在使用时适应性较好。
5.冷却塔系统设集水池时应注意两个问题，一是补水应补充至集水池而不是习惯的冷却塔集水盘，二是注意冷却塔出水管管径选择时，应满足出水管管路总水损加流出水头之和小于集水盘液位至管路末端的高差，一般情况出水管口径应比厂商样本中口径大一号，必要时设计中可要求厂商按设计要求口径提供产品。关于第二点，笔者有切身经历，某个项目冷却水系统设集水池，冷却塔设在集水池上，出水管直接引入集水池，系统启动运行后冷却塔集水盘上口四周不停溢水而集水池中浮球阀在不停补水，经分析发现原因就是冷却塔出水管口径偏小，造成集水盘出水量小于进水量而引起溢水，而集水池是出水量大于进水量造成不停补水，后将该冷却塔出水管改大后系统即正常运行。
（三）地漏选用及设置十多年的工程实际经验，虽然设计师在设计图纸中一再强调地漏要采用有效水封高度≥50mm的高水封地漏，但市场上极少能采购到符合要求的高水封防臭地漏，况且这类带水封地漏水流通道狭窄、弯曲、容易堵塞，因此笔者建议卫生间地漏采用无水封直通地漏，其下设存水弯并要求有效水封高度≥50mm（对存水弯比较容易做到）。
现在人们对美观的要求越来越高以及方便施工时地砖切割，建议卫生间选用不锈钢方形地漏，因为笔者发现发达国家和地区（欧美、日本、韩国、台湾等）的设计图纸中卫生间地漏几乎全都采用不锈钢材质，并大多采用方形。
根据十多年的工程经验，卫生间小便器处地面是否要设地漏与使用频率有关。对于一般工厂和办公楼，卫生间小便器处地面不宜设地漏，原因是此处地面溅水很少，如设地漏则不容易形成水封，造成有害异味气体窜入室内，污染了室内环境。而对于公共建筑如医院、商场、加油站等小便器使用频率高的场所，则应该设置地漏以排除地面溅水和方便地面冲洗。
（四）屋面雨水系统设计
1．屋面雨水排放系统设计中重现期选择和溢流设施
建筑给水排水设计规范规定，建筑屋面雨水排水工程应设置溢流口等溢流设施，同时规定了屋面雨水排水系统与溢流设施总排水能力，一般建筑不小于10年重现期的雨水量，重要公共建筑、高层建筑不应小于50年重现期的雨水量。实际工程设计中，考虑到溢流口设置与建筑立面整体效果难以统一协调，在经济性允许的条件下，给排水专业可以直接将屋面雨水排水系统的能力提高至雨水重现期10年或以上，而不设置溢流设施，这样既达到了规范的要求，又免除了与建筑专业的协作。（注：因雨水排水系统造价一般在整个项目投资中所占份额很小，所以提高雨水排水系统的能力对整个工程造价增加的影响极小。）
2．钢结构厂房屋面雨水排放系统设计应注意的一些问题
钢结构厂房的屋面与其天沟在连接处设有搭接缝，故当天沟中水位高度超过搭接缝时，不可避免地雨水就会从搭接缝处翻入室内造成漏雨损失。还有钢结构厂房屋面天沟深度经常受屋面檩条高度的限制而不可能设计得很深，高度一般在200mm左右，而有效深度仅150mm左右。另外钢结构厂房屋面坡度较混凝土屋面大（常见为5%），屋面急流而下的雨水在天沟处产生冲击涌流，极易造成天沟翻水进入室内。基于以上的原因，钢结构厂房屋面雨水系统设计时应慎重考虑，准确计算。首先建议设计取较大的暴雨强度重现期，有溢流设施时重现期不小于10a，不设溢流设施时重现期至少取20a，要求高的外资项目重现期可取50a，最近有个项目业主的保险商甚至要求重现期采用100a。其次，雨水斗具有整流作用，可以避免水流形成过大旋涡，可以稳定斗前水位，减少进水搀气并能拦截树叶等杂物。而实际工程中往往很多承包商直接在钢天沟板上开孔，并在天沟下焊接钢短管与雨水立管相连接。这种做法大大降低了雨水系统的排水能力，树叶等杂物极易进入雨水管造成系统堵塞。因此设计文件中必须明确雨水斗的制作、安装、设置要求，选用国标时应注明选用的国标图集号和具体型号（钢天沟雨水斗与混凝土天沟雨水斗的制造安装均不同），并且在项目设计交底时提请承包商注意。
3．压力流（虹吸式）屋面雨水排放系统的应用
压力流（虹吸式）屋面雨水排放系统在国外已有几十年使用历史，其工作原理是利用雨水斗与排出管之间的几何高差，当降雨强度达到设计值时，管道内呈满流状态，雨水从水平管流入立管跌落时管道内形成负压产生虹吸作用，可以快速排出雨水。
压力流雨水排放系统的核心组件是压力流雨水斗，核心技术是压力流雨水斗的水力模型，但并不是采用了压力流雨水斗就可实现压力流排水，它是一套完整的系统，每一个组件都必须经专业设计计算软件计算确定，才能使系统在设计工况下形成单相满管流，迅速排除屋面雨水。当现场需局部修改管路系统时，还得用计算软件重新校核新管路，必要时需要修改一些管件的尺寸。压力流雨水排放系统应用于大型或造型复杂的屋面时比重力流系统有更多优越性，相同设计要求条件下，设计出的系统会更简单方便，能够更好地满足建筑造型要求。但压力流雨水排放系统的造价是传统重力流雨水系统的1.5~2.5倍，且缺少相关的设计规范和资料，设计计算需由专业供应商的专用软件完成，再加上习惯因素的影响，该系统在国内的应用还不是很多。目前这种系统的应用呈上升趋势，相信随着经济的发展，建筑使用要求的不断提高，压力流屋面雨水排放系统的应用会越来越多。
4．雨水斗与雨水立管应密闭连接
工程实际中还经常发现，由于雨水斗多为钢制或铸铁材质，而雨水立管比较普遍采用UPVC雨水管，承包商就用室外用UPVC雨水方斗作为钢制雨水斗与UPVC雨水立管的过渡连接件，但雨水斗与连接方斗不是密闭连接，较大暴雨时此处极易泛水造成室内水渍损失，笔者有几次现场处理漏雨事故均是由此原因引发的，因此提醒同行工程师注意。解决的办法，一是设计文件中明确雨水斗与雨水立管应密闭连接并注明选用节点的国标图集号，并且在项目设计交底时提请承包商注意，二是雨水立管选用镀锌钢管，以方便雨水立管与雨水斗以焊接或螺纹连接方式直接密闭连接。
扩展阅读：工厂和民用建筑给排水设计体会与总结
笔者从事工厂和民用建筑给排水工程设计十多年，完成的设计项目达一百多项，项目客户包括欧美、日本、韩国、台资、国内等企业及研究所，绝大部分为工厂项目，少数有高层民用建筑。不同国籍客户会有不同的设计要求、不同的喜爱偏好、不同的工程习惯，不同行业客户又有不同的行业特点与要求，民用建筑又有不同于工厂建筑的要求与特点，每参与一个(水泵)项目就是一次学习与增长见识的机会，每完成一个项目都会有不同的体会和提高。以下是笔者对十多年给排水设计工作的体会与总结，希望能与业中同仁一起交流探讨、共同提高，其中有的观点不一定成熟，甚至可能是不正确的，欢迎多予批评指正。
(一)室内消火栓保护半径的数值是可变的
室内消火栓保护半径的确定，是室内消火栓系统设计最基本最常用的技术和工作程序。大家都知道，消火栓保护半径计算公式为：R=Ld+LsLd水带敷设长度(m)，配用25m水带时，dL=25×0.8=20mLs水枪充实水柱在平面上的投影长度(m)Ls=cosq.Sk=cosq.(H1-H2)/sinq=ctgq.(H1-H2)Sk水枪充实水柱长度(m)q水枪上倾角
H1室内最高着火点离地面高度(m)H2水枪喷嘴离地面高度(m)，一般取1m
因绝大多数情况，消火栓流量需满足5L/s，对应19mm直流水枪的充实水柱为11.4m，水枪上倾角45°时其充实水柱垂直投影长度为8.06m，可满足9.0m层高建筑的灭火要求，这种情况，最大Ls=[Sk-(H1-H2)]=[11.4-(H-1)]。建筑层高大于9.0m时，出于尽量降低水枪处操作压力的考虑，一般水枪上倾角采用45°到60°，层高超过13.0m的厂房水枪上倾角最好采用60°，这时Ls=ctgq.(H1-H2)。室内消火栓保护半径参考值水枪充实水柱长度、压力、流量对应数据
从上表中可见，太大的充实水柱长度是不可取的，充实水柱长度17m时，水枪喷嘴压力高达33.5m，消防队员操作时已比较困难，所以层高超过12.0m厂房，水枪上倾角宜采用60°，这样可降低要求的充实水柱长度，减小消防队员操作难度。(二)冷却塔系统设计中应注意的一些问题
.不设集水池的多台冷却塔并联使用时，各塔集水盘应设连通管。虽然规范有有相应规定，但由于设计理念惯性与惰性的原因，未设连通管的设计项目仍时有出现。设置连通管的好处是，可以平衡由冷却塔出水管水头损失差异引起的各塔集水盘液位差，有利于整个管路系统的水力平衡。
2.容量大小不同(同一规格模块的除外)的冷却塔尽量避免并联使用，不可避免要并联设置时，应注意各塔集水盘上口标高必须相同，否则高的集水盘会不停地补水，而低的集水盘会从集水盘上口不断溢流，成水资源浪费，增加业主运行费用。大多数冷却塔厂商样本上不会提供集水盘高度数据，需要设计人向厂商咨询了解。3.冷却塔循环泵多台(3台以上)并联设置，且低负荷时可能两台甚至一台运行时，泵的扬程计算应力求准确，富余水头取0.5m~1.0m即可。因为多泵并联设置减泵运行时，管路的水头损失减小，单泵的工况点会偏移(流量增大、扬程降低)，水泵轴功率变大，严重时甚至会过载成电机烧毁。解决的办法，首先要管路压损计算准确，尽量使泵的工况点偏移量最小;其次，管路最好设计为水泵与冷冻机一一对应，在冷冻机冷却水出口设置动态定流量阀，这样就可以保证水泵的流量在各种工作情况均保持稳定;第三，若考虑经济性不设置动态定流量阀，多泵并联设置减泵运行时，应关小水泵出口阀开度，对应指标是相应电气控制柜电流值不高于额定电流，水泵出口指示流量不大于设计工况点流量(水泵出口装流量计时)。
4.冷却塔系统作为生产设备冷却水系统，如生产设备台数很多且可能分期设置或低负荷运行时，应设与生产设备并联设置的旁通阀管路系统(手动或自动)，旁通系统可设在供、回水总管之间，也可设在系统的末端，这样系统在使用时适应性较好。5.冷却塔系统设集水池时应注意两个问题，一是补水应补充至集水池而不是习惯的冷却塔集水盘，二是注意冷却塔出水管管径选择时，应满足出水管管路总水损加流出水头之和小于集水盘液位至管路末端的高差，一般情况出水管口径应比厂商样本中口径大一号，必要时设计中可要求厂商按设计要求口径提供产品。关于第二点，笔者有切身经历，某个项目冷却水系统设集水池，冷却塔设在集水池上，出水管直引入集水池，系统启动运行后冷却塔集水盘上口四周不停溢水而集水池中浮球阀在不停补水，经分析发现原因就是冷却塔出水管口径偏小，成集水盘出水量小于进水量而引起溢水，而集水池是出水量大于进水量成不停补水，后将该冷却塔出水管改大后系统即正常运行。(三)地漏选用及设置
十多年的工程实际经验，虽然设计师在设计图纸中一再强调地漏要采用有效水封高度50mm的高水封地漏，但市场上极少能采购到符合要求的高水封防臭地漏，况且这类带水封地漏水流通道狭窄、弯曲、容易堵塞，因此笔者建议卫生间地漏采用无水封直通地漏，其设存水弯并要求有效水封高度50mm(对存水弯比较容易做到)。现在人们对美观的要求越来越高以及方便施工时地砖切割，建议卫生间选用不锈钢方形地漏，因为笔者发现发达国家和地区(欧美、日本、韩国、台湾等)的设计图纸中卫生间地漏几乎全都采用不锈钢材质，并大多采用方形。
根据十多年的工程经验，卫生间小便器处地面是否要设地漏与使用频率有关。对于一般工厂和办公楼，卫生间小便器处地面不宜设地漏，原因是此处地面溅水很少，如设地漏则不容易形成水封，成有害异味气体窜入室内，污染了室内环境。而对于公共建筑如医院、商场、加油站等小便器使用频率高的场所，则应该设置地漏以排除地面溅水和方便地面冲洗。(四)屋面雨水系统设计1.屋面雨水排放系统设计中重现期选择和溢流设施
建筑给水排水设计规范规定，建筑屋面雨水排水工程应设置溢流口等溢流设施，同时规定了屋面雨水排水系统与溢流设施总排水能力，一般建筑不小于10年重现期的雨水量，重要公共建筑、高层建筑不应小于50年重现期的雨水量。实际工程设计中，考虑到溢流口设置与建筑立面整体效果难以统一协调，在经济性允许的条件，给排水专业可以直将屋面雨水排水系统的能力提高至雨水重现期10年或以上，而不设置溢流设施，这样既达到了规范的要求，又免除了与建筑专业的协作。(注：因雨水排水系统价一般在整个项目投资中所占额很小，所以提高雨水排水系统的能力对整个工程价增加的影响极小。)
2.钢结构厂房屋面雨水排放系统设计应注意的一些问题
钢结构厂房的屋面与其天沟在连处设有搭缝，故天沟中水位高度超过搭缝时，不可避免地雨水就会从搭缝处翻入室内成漏雨损失。还有钢结构厂房屋面天沟深度经常受屋面檩条高度的限制而不可能设计得很深，高度一般在200mm左右，而有效深度仅150mm左右。另外钢结构厂房屋面坡度较混凝土屋面大(常见为5%)，屋面急流而的雨水在天沟处产生冲击涌流，极易成天沟翻水进入室内。基于以上的原因，钢结构厂房屋面雨水系统设计时应慎重考虑，准确计算。首先建议设计取较大的暴雨强度重现期，有溢流设施时重现期不小于10a，不设溢流设施时重现期至少取20a，要求高的外资项目重现期可取50a，最近有个项目业主的保险商甚至要求重现期采用100a。其次，雨水斗具有整流作用，可以避免水流形成过大旋涡，可以稳定斗前水位，减少进水搀气并能拦截树叶等杂物。而实际工程中往往很多承包商直在钢天沟板上开孔，并在天沟焊钢短管与雨水立管相连。这种做法大大降低了雨水系统的排水能力，树叶等杂物极易进入雨水管成系统堵塞。因此设计文件中必须明确雨水斗的制作、安装、设置要求，选用国标时应注明选用的国标图集号和具体型号(钢天沟雨水斗与混凝土天沟雨水斗的制安装均不同)，并且在项目设计交底时提请承包商注意。
3.压力流(虹吸式)屋面雨水排放系统的应用
压力流(虹吸式)屋面雨水排放系统在国外已有几十年使用历史，其工作原理是利用雨水斗与排出管之间的几何高差，降雨强度达到设计值时，管道内呈满流状态，雨水从水平管流入立管跌落时管道内形成负压产生虹吸作用，可以快速排出雨水。压力流雨水排放系统的核心组件是压力流雨水斗，核心技术是压力流雨水斗的水
力模型，单级泵锅炉泵但并不是采用了压力流雨水斗就可实现压力流排水，它是一套完整的系统，
每一个组件都必须经专业设计计算软件计算确定，才能使系统在设计工况形成单相满管流，迅速排除屋面雨水。现场需局部修改管路系统时，还得用计算软件重新校核新管路，必要时需要修改一些管件的尺寸。压力流雨水排放系统应用于大型或型复杂的屋面时比重力流系统有更多优越性，相同设计要求条件，设计出的系统会更简单方便，能够更好地满足建筑型要求。但压力流雨水排放系统的价是传统重力流雨水系统的1.5~2.5倍，且缺少相关的设计规范和资料，设计计算需由专业供应商的专用软件完成，再加上习惯因素的影响，该系统在国内的应用还不是很多。目前这种系统的应用呈上升趋势，相信随着经济的发展，建筑使用要求的不断提高，压力流屋面雨水排放系统的应用会越来越多。4.雨水斗与雨水立管应密连
工程实际中还经常发现，由于雨水斗多为钢制或铸铁材质，而雨水立管比较普遍采用UPVC雨水管，承包商就用室外用UPVC雨水方斗作为钢制雨水斗与UPVC雨水立管的过渡连件，但雨水斗与连方斗不是密连，较大暴雨时此处极易泛水成室内水渍损失，笔者有几次现场处理漏雨事故均是由此原因引发的，因此提醒同行工程师注意。解决的办法，一是设计文件中明确雨水斗与雨水立管应密连并注明选
用节点的国标图集号，并且在项目设计交底时提请承包商注意，二是雨水立管选用镀锌钢管，以方便雨水立管与雨水斗以焊或螺纹连方式直密连。
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