管道直飲水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、管道直飲水系統(tǒng)設(shè)計(jì)隨著人民生活水平的不斷提高，人們對(duì)飲用水的水質(zhì)提出了更高的要求。越來(lái)越多的用戶把目光投向管道直飲水。管道直接飲水是“管道優(yōu)質(zhì)直接飲用水”的簡(jiǎn)稱(chēng)。即采用分質(zhì)供水方式，在居住小區(qū)內(nèi)設(shè)凈水站或小型水廠利用深度水處理技術(shù)和設(shè)施，將自來(lái)水進(jìn)一步處理，達(dá)到直接飲用的水質(zhì)要求，由獨(dú)立的供水管道輸送到各家各戶。自 1997 年上海浦東錦華小區(qū)建成全國(guó)第一例管道式分質(zhì)供水示范工程以后，全國(guó)已有300 多個(gè)住宅新區(qū)的 150 多萬(wàn)戶居民喝上了管道直供水。由于管道直飲水的設(shè)計(jì)尚沒(méi)有國(guó)家規(guī)范，本文以一工程實(shí)例談?wù)劰艿乐憋嬎脑O(shè)計(jì)。1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.1 定額及水量我國(guó)的管道直飲水是20 世紀(jì) 90 年代

2、末才開(kāi)始試點(diǎn)的，再加上對(duì)不同地區(qū)、不同性質(zhì)的建筑物而言，飲水定額是不同的，目前國(guó)家對(duì)直接飲水定額還沒(méi)有制定規(guī)定，工程所采用的數(shù)據(jù)一般根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)得來(lái)1。一般居民用水定額為q=35 L/ (人 d)。南方部分城市可適當(dāng)提高用水定額。1.2 管段設(shè)計(jì)秒流量管段設(shè)計(jì)秒流量一般采用傳統(tǒng)的生活給水設(shè)計(jì)秒流量公式和經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)計(jì)算。陳和苗提出了用概率法計(jì)算直飲水管段設(shè)計(jì)秒流量的方法 2 。計(jì)算水龍頭使用概率p 可由以下三種方法確定。方法一：亨特概率法(最高峰使用概率)p =t/t0(1)式中： t0 最忙用水時(shí)段器具連續(xù)兩次的間隔， S；t t0 期間的放水時(shí)間， s 。方法二：最大時(shí)平均使用效率。P= (

3、 qt/q0 ) /t1(2)式中： t1 某一時(shí)間段， s 。qt t1 時(shí)段上的龍頭累計(jì)用水量， L ；q0 龍頭流量，L s 。當(dāng)在最大用水小時(shí)的整個(gè)時(shí)段上( t1=3600s )概率公式可轉(zhuǎn)化為 .P= (qh/q0) /t1 =qh/3600q0(3)式中：qh一器具最高時(shí)用水量，L。假設(shè)系統(tǒng)中各同器具用水量及用水間隔都相等，則(3 )可轉(zhuǎn)化為，P=qh/ (3600) q0 = Qh/ (3600n q0)(4)式中：qh一系統(tǒng)全部龍頭的最大時(shí)用量。n一龍頭(器具)數(shù)量。方法三：最大時(shí)內(nèi)高峰時(shí)段的平均使用效率。最大用水小時(shí)一般出現(xiàn)在下午5:306:30 ,而該高峰用水時(shí)段一般出現(xiàn)在

4、6點(diǎn)左右的半個(gè)小時(shí)內(nèi)，因此龍頭的使用概率又可變?yōu)椋簆=t/tlt=aQh/ (n q0)(5)式中：t1 v3600s,為用水高峰時(shí)段的延續(xù)時(shí)間，需現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)；a為小于1的系數(shù)。aQh是t1時(shí)段的耗水量，需現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。上述三種方法中， 方法二最簡(jiǎn)單。 一般首先考慮此方法。 以住宅為例， 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)如下： 每戶人口為3.5人，龍頭額定流量為0.05 L人。取用水量標(biāo)準(zhǔn)5L/ (人 d),龍頭的使用概率為：按(5)式設(shè)變化系數(shù)Kh=4,最大時(shí)用水量的80%集中在半小時(shí)之內(nèi)用完。取 a=0.8Qh=qhn= （3.5X5X4/ 24） n=2.92nL/h,q0= 0.05L s， t1=1800St=

5、0.8 X2.92n/ （ 0.05n） = 46.72Sp= 46.72 /1800= 0.026按（4）式設(shè)變化系數(shù) Kh=4,最高用水小時(shí)內(nèi)的流量分布完全受概率規(guī)律的支配。Qh= qhn=2.92nL h ， qo= 0.05 L/sP=2.92n/ （3600nx 0.05） =0.016有了 p值后，即可得到設(shè)計(jì)同時(shí)用水器具數(shù)項(xiàng) 再通過(guò)公式qs= qom求得管段設(shè)計(jì)秒流量 qs。在計(jì)算p 值時(shí)，需涉及到一些基本參數(shù)。各參數(shù)的取值工程建議如下：時(shí)變化系數(shù)Kh尚未有權(quán)威的統(tǒng)計(jì)值，為安全起見(jiàn)，建議取46。最大用水小時(shí)之內(nèi)的流量分布與變化在目前尚未做系統(tǒng)的觀察情況下，建議a取0.8。每戶人數(shù)

6、取3.55人。用水量標(biāo)準(zhǔn)一般取5L/ （人 d）。利用上述參數(shù)及龍頭數(shù)量，就可根據(jù)概率法計(jì)算出瞬時(shí)高峰流量。1.3 工藝流程及管網(wǎng)設(shè)計(jì)管道直飲水系統(tǒng)由兩個(gè)系統(tǒng)組成：凈水系統(tǒng)和供水管路系統(tǒng)。目前管道直飲水項(xiàng)目所采用的凈水工藝流程見(jiàn)圖 1 。為保證管網(wǎng)水質(zhì)，在設(shè)計(jì)中各棟建筑的入戶管在與室外管網(wǎng)連接處應(yīng)設(shè)回流閥；管網(wǎng)輸送系統(tǒng)應(yīng)設(shè)計(jì)成全封閉循環(huán)式，盡量減少用戶支管長(zhǎng)度（建議不超過(guò)12 m 3 ）。在住宅小區(qū)中每棟樓和整個(gè)供水管網(wǎng)都要循環(huán)，保證用戶用水是在12h 之內(nèi)生產(chǎn)的（除水表之后的支管內(nèi)的水）；從安全考慮，循環(huán)回水須經(jīng)過(guò)凈化與消毒處理方可再進(jìn)入直飲水管道；直飲水管道應(yīng)有較高的流速，以防止管內(nèi)細(xì)菌繁

7、殖和微粒沉積。根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，干管設(shè)計(jì)流速宜采用1.01.2m/s ,支管設(shè)計(jì)流速宜采用0.60.8 m/so1.4 管材在目前的管道直飲水給水管網(wǎng)中較常用的有PPR1、不銹鋼復(fù)合管、銅管、鋁塑復(fù)合管等。在保證水質(zhì)的前提下，根據(jù)工藝及使用條件的需要，可以選用不同的管材和管件。以下是不銹鋼復(fù)合管與PPRf在工程應(yīng)用上的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。1.4.1 技術(shù)性 PPRf目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)PPR!材的種類(lèi)比較多。PPR管中添加了各種各樣的添加劑，使管材的硬度及穩(wěn)定性得 不到100%的保證。施工中 PPRI等物理性能較為直觀，便于識(shí)別，但在對(duì)水質(zhì)的影響上，其化學(xué)性能 目前還不能定量評(píng)價(jià)，要用較長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)驗(yàn)證。小范圍的

8、、單棟樓房管網(wǎng)因水力停留時(shí)間短其水質(zhì)尚可保 證，而對(duì)建設(shè)規(guī)模大，管網(wǎng)管線長(zhǎng)的工程，由于化學(xué)物質(zhì)的滲透交換等因素，使水質(zhì)不能得到100的保證。同日根據(jù)PPR管道技術(shù)規(guī)程規(guī)定，PPR1作為立管方城墻敷設(shè)，在施工中就必須在墻上開(kāi)槽，大量增 加廠工程量和施工難度，從而造價(jià)亦相應(yīng)增加，而且維護(hù)管理極為不便。PPR管對(duì)溫度敏感，其膨脹系數(shù)比金屬大10倍，如果設(shè)計(jì)、施工過(guò)程中對(duì)補(bǔ)償處理不當(dāng)，就會(huì)增大附加應(yīng)力而產(chǎn)生破壞，縮短使用壽命。且PPR管抗紫外線能力差，在陽(yáng)光的直接照射下容易老化，影響水質(zhì)和使用壽命。同時(shí)塑料可作為微生物養(yǎng)料，容易滋生細(xì)菌、藻類(lèi)，從而影響水質(zhì)。其剛性和抗沖擊性能較 剛性管道差，在施工和運(yùn)

9、輸過(guò)程中容易遭受損壞。不銹鋼復(fù)合管不銹鋼復(fù)合管外表美觀，強(qiáng)度大，耐用，而且價(jià)格適中；抗酸堿腐蝕性能好，能在風(fēng)吹日曬雨淋的環(huán)境下工作。其外層為真空的塑料保護(hù)膜，施工中不易破壞，接口密封性好，可拆卸，檢修方便。不銹鋼復(fù) 合管綜合了不銹鋼管和塑料管的優(yōu)點(diǎn)，即臨不銹鋼管的剛性條件和塑料管內(nèi)壁光滑的水力性能相結(jié)合，內(nèi) 置白P PE管與剛性管力學(xué)結(jié)合性能好。其保溫性好，不受室外溫度影響，不變形。1.4.2 經(jīng)濟(jì)性通過(guò)工程預(yù)算得出，在標(biāo)準(zhǔn)戶型標(biāo)準(zhǔn)工程量的條件下，每戶立管（按3m計(jì)算）采用不銹鋼復(fù)合管的造價(jià)為180元左右，而采用 PPR管（明裝，不含開(kāi)槽費(fèi)用及溝槽恢復(fù)費(fèi)）每戶立管造價(jià)在100元左右，即價(jià)差為8

10、0元左右。對(duì)于1000戶左右規(guī)模的小區(qū)而言，總的工程造價(jià)僅相差8萬(wàn)元左右，而且根據(jù) PPR管設(shè)計(jì)規(guī)范，PPR管作為立管，只能在室外嵌墻敷設(shè)或設(shè)于室內(nèi)。嵌墻敷設(shè)將增加開(kāi)槽和溝槽恢復(fù)工程量， 相應(yīng)大幅增加工作造價(jià)，若算上開(kāi)槽費(fèi)用和恢復(fù)費(fèi)用，采用PPR管既不經(jīng)濟(jì)，維護(hù)管理也很不方便。而不銹鋼復(fù)合管的經(jīng)濟(jì)合理性和技術(shù)可靠性卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于PPR管。若將立管設(shè)于室內(nèi)，將影響美觀，同時(shí)增加施工難度。1.5 計(jì)量管道直飲水由于用量小，流動(dòng)慢，水價(jià)高等特點(diǎn)，因此要求管道直飲水水表具有特殊的性能，其計(jì)量范圍、 計(jì)量單位、 最大允許溫度、 公稱(chēng)口徑與材質(zhì)要求與普通水表有很大的區(qū)別。 管道直飲水系統(tǒng)的用戶，平均每戶用水不

11、超過(guò) 0.1m3/d,而目前普通水表的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的適用流量為0.640000m3/h;按照普通水表國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，水表累計(jì)讀數(shù)的指標(biāo)范圍應(yīng)為0.0019999.999m3,而實(shí)際上管道直飲水水表的計(jì)量范圍一般在 0.19999.9 L之間；在南方的一些常年處于高溫的城市，還要求水表機(jī)芯材料要有較好 的耐溫性，而普通水表則沒(méi)有這方面的要求。因此從以上分析看管道直飲水計(jì)量水表是一種有別于普通水表的專(zhuān)用水表，還處于開(kāi)發(fā)研究階段。 2 效益分析以北京某小區(qū)管道工程的投資效益進(jìn)行分析4。該小區(qū)總建筑面積為10.8X104m3由3棟高層住宅樓組成，有居民 656戶，管道直飲水系統(tǒng)按3.5人/戶、5L/

12、（人 d）,用水量為11.8 m3/d設(shè)計(jì)，供水能力為24m3/d,采用反滲透工藝，出水中濃水與純水的比例為1: 1,總投資為200萬(wàn)元，包括管道費(fèi)110萬(wàn)元，設(shè)備費(fèi)25萬(wàn)元及安裝施工費(fèi)和其他費(fèi)用，系統(tǒng)投資折合為1012元/ m2綜合投資小于20元/m2設(shè)備的使用壽命按 30 a考慮（一般是15a）,用水量按12 m3/d計(jì)，則整個(gè)系統(tǒng)的效益分析如 下：總投資為 200 萬(wàn)元。自來(lái)水費(fèi)為 2 元 m3。 30a 水費(fèi)合計(jì)為 51.84 萬(wàn)元。電費(fèi)為0.4元/ （kwh）。設(shè)備每天工作 12 h ,耗電量為72kw-h; 30a總費(fèi)用為31.104萬(wàn)元。管理費(fèi)用、維修費(fèi)用及其他用料費(fèi)用合計(jì)為58.096萬(wàn)元。30 a總費(fèi)用為341.04萬(wàn)元。制水成本為26元/ m3純凈水售價(jià)為 200元/ m3贏利為173.68元/ m3年贏利為173.68X 129 600/ 30= 75萬(wàn)元。 30 a 贏利為 173.68 X 129 600 = 2 251 萬(wàn)元。由此看出，管道直飲水的成本