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时间:2019-03-06
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1、生活给水管道设计流量计算公式剖析生活给水管道设计流量(在建筑物内部被称为设计秒流量)是给水系统中最重要的技术参数之一,因此研究合理的设计流量计算方法具有重要的现实意义。提高或降低设计流量都是不妥当的。提高设计流量将增加系统的造价与能耗;反之则导致水力工况破坏、影响供水安全。 目前,国内外通用的设计流量计算方法大体有三类:平方根法、经验法和概率法。当前概率法在国外得到普遍承认,并在美、英、日诸国得到采用。在国内,有专家学者提出采用概率法计算生活给水系统的设计流量,且已经在管道直饮水系统的计算中采用。 《建筑给水排水设计规范》(GB5
2、0015-2003)(以下简称规范)是小区及建筑物内给排水设计的主要依据。从流量计算公式的形式上可以看出它是原平方根法计算公式的改良,计算模型并非国外的二项式分布、泊松分布或正态分布。通过计算“最大用水时卫生器具给水当量平均出流率”U0,一定程度上可以体现建筑物内卫生器具的完善程度、用水量定额、生活习惯等因素与设计流量的关系,较之前的GBJ15-88·1997版的平方根法,更加丰富、详实、严谨。但规范中的计算方法中的两个边界条件不一定恰当,计算公式存在缺陷。 边界条件之一是Ng=1时,作用的龙头数量为m=1;其余Ng>1时,m>1。从
3、生活经验与概率法计算表明,Ng=2~4时,m仍为1。在给水当量较小时,按规范附录D中的计算结果,在住宅入户水表处,计算得到的流量较大,应起码选用DN25的管道。但实际选用DN20的管路并无明显问题。在规范中指出“入户管径不宜小于20mm,这是根据近年来的户型和卫生器具配置标准经计算而得出的,也是各设计单位的经验积累”。说明当量数较小时,规范的计算结果与实践存在矛盾。 边界条件之二当用水总人数达3000人时,U=U0,其设计秒流量与最大时平均秒流量相等。但经过实际观测,在3000人左右或人数更多的小区,其设计秒流量qg与最大时平均秒流量
4、Qs并不相等,仍存在秒不均匀系数Ks。 当居住小区的室外给水为环状管网且有两条或以上的引入管时,此类管网在正常状态下的通水能力大有富余,可以最大小时的平均秒流量Qs作为计算流量。但不能以此Qs作为枝状管网、加压给水设备的计算流量。2 实测数据 武汉理工大学镇祥华硕士在2002.6-8月期间对某住宅小区作了Kh和用水量的调查和实测工作。实测结果发现最高日最大时用水量Qh与平均时用水量Qp的的比值Kh(即时变化系数)能较好地符合规范。Kh与服务人数负相关,但在本文计算中,忽略此关联,对于工程设计,其精度已经足够。实测发现,在最大小时用
5、水时间内,其每分钟的流量并不是均匀不变。可见边界条件二不恰当。若以5分钟高峰流量的平均秒流量作为设计流量qg,则秒不均匀系数Ks计算如下Ks=qg/Qh (1)实测的Ks与服务人数的对应关系见表1。表1 Ks与服务户F的对应关系人数(人)11901960280035004900户数F(户)34056080010001400实测流量qg(L/s)7.5711.8015.4717.4221.70最大时用水量Qs(
6、L/s)5.248.5612.1114.6320.16秒不均匀系数Ks1.44471.37851.27751.19071.0764实测的3500人小区最高日用水量曲线见图1。实测最大流量发生时(20:00~22:00)的每分钟的流量曲线见图2。图1 最高日用水量曲线图2 20:00~22:00实测流量3 数学模型3.1 二项分布模型 亨脱(Hunter)应用概率论来确定室内生活给水管道的设计流量,并在美、英、日等国家得到采用。人们何时使用何种卫生器具属随机事件,应服从离散型随机变量的二项式概率分布,因此生活给水系统的设计流量亦可按亨脱
7、的概率法计算。 例1:以规范例1为例,基础数据如下:每户当量Ng=4;用水定额250L/(人·d);户均3.5人;用水时数:24h;时变化系数:Kh=2.8。总户数F。最大时流量的平均秒流量Qs:Qs=F·3.5·250·2.8/(24·3600)=0.028F (2)最大用水时卫生器具给水当量的平均出流概率U0:U0=250·3.5·2.8/(0.2·4·24·3600)=0.035=3.5% (3)Qs与总量N、平均出流概率U0的关系:Qs=N·U0·0.2
8、 (4) 例2:以镇祥华的样本为例:每户当量Ng=2.5;用水定额150L/(人·d);户均3.5人;用水时数:24h;
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