生活给水管道设计流量计算公式剖析.doc

生活给水管道设计流量计算公式剖析陈和苗【摘 要】 剖析了《建筑给水排水设计规范》住宅类建筑生活给水设计流量计算公式的边界条件,指出了这两个边界条件的缺陷及生活给水设计流量计算公式中存在的问题,并提出了用概率法计算住宅类生活给水设计流量。算例证实由概率法计算的流量与实测流量相符。【关键词】 生活给水管道 设计流量 概率法 边界条件1 引言   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》(GB50015-2003)(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****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   -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)(L/s)。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  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);;用水时数:24h;时变化系数:Kh=。总户数F。最大时流量的平均秒流量Qs:Qs=F··250·/(24·3600)=                    (2)最大用水时卫生器具给水当量的平均出流概率U0:U0=250··/(·4·24·3600)=0