住宅小區(qū)管道直飲水系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析
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摘要：本文介紹了杭州某高檔住宅小區(qū)內(nèi)直飲水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程，包含了工程概況、設(shè)計(jì)參數(shù)及流程的選擇、管材及閥門的選擇，管路的設(shè)計(jì)等內(nèi)容，總結(jié)了設(shè)計(jì)中遇到的問題，并對(duì)小區(qū)內(nèi)設(shè)置管道直飲水系統(tǒng)的管理及運(yùn)營(yíng)提出思考。
關(guān)鍵詞：管道直飲水；不銹鋼管材；住宅小區(qū)；水處理流程
1我國(guó)管道直飲水系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)技術(shù)與基礎(chǔ)建設(shè)的不斷騰飛發(fā)展，人民群眾對(duì)于美好生活的需求也日益提高，尤其是在用水的要求方面，原有的對(duì)生活沖洗的簡(jiǎn)單要求正逐步向更高水質(zhì)、更穩(wěn)水壓、更穩(wěn)流量的高品質(zhì)用水需求發(fā)展。管道直飲水本質(zhì)就是分質(zhì)供水，管道直飲水系統(tǒng)作為一種獨(dú)立提升用水品質(zhì)的系統(tǒng)，已廣泛應(yīng)用于大型體育場(chǎng)館項(xiàng)目及高檔公建項(xiàng)目，在我國(guó)發(fā)達(dá)地區(qū)，例如深圳、廣州、上海等地區(qū)已有使用。根據(jù)項(xiàng)目的不同使用要求，管道直飲水供水系統(tǒng)又可分為分散式及管網(wǎng)式兩種，例如大型公建，做法多為分散設(shè)置，在需要的點(diǎn)位設(shè)置直飲水機(jī)對(duì)市政水進(jìn)行處理以滿足直飲水水質(zhì)要求；住宅多為住戶自主購(gòu)買廚下式直飲水設(shè)備或購(gòu)置大桶飲用水，滿足廚房用水及日常飲用水需求。盡管如此，家用直飲水設(shè)備存在以下突出問題：首先，設(shè)備廠家參差不齊，很多無涉水證產(chǎn)品流入市場(chǎng)，導(dǎo)致水質(zhì)安全事故的發(fā)生；其次，家用直飲水設(shè)備產(chǎn)水率低，市面設(shè)備產(chǎn)水率多為2:1甚至更低，造成水資源的浪費(fèi)；最后，家用直飲水設(shè)備維護(hù)成本高，濾芯每年需更換一次，反滲透膜每三年需更換一次，每年成本近千元。如今，隨著我國(guó)二次供水技術(shù)的不斷發(fā)展，特別是大智慧水務(wù)系統(tǒng)的應(yīng)用，間接帶動(dòng)了管道直飲水技術(shù)的發(fā)展，在水質(zhì)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、壓力監(jiān)測(cè)及系統(tǒng)控制方面提升了效率及自動(dòng)化程度，后期的運(yùn)行及維護(hù)費(fèi)用也達(dá)到一種可以接受的程度。本工程對(duì)住宅集中式管道直飲水系統(tǒng)進(jìn)行了探索，希望作為高檔住宅的配置亮點(diǎn)，慢慢成為一種住宅常規(guī)配置內(nèi)容。
2工程概述
本項(xiàng)目為高級(jí)別人才配套住宅工程，以滿足日常舒適便捷的住宅體驗(yàn)為設(shè)計(jì)初衷，基地位于杭州市西湖區(qū)。總用地面積17380m2，項(xiàng)目地上部分建筑為住宅與相關(guān)配套公建，共計(jì)5幢以17層（建筑高度59.15m）和23層（建筑高度77.65m）單元式和點(diǎn)式住宅組成，總建筑面積20500m2，戶內(nèi)為精裝修工程，廚房預(yù)留直飲水龍頭一個(gè)，供住戶直飲或餐廚使用，管道直飲水設(shè)備機(jī)房設(shè)置于地下室二層。本工程施工圖設(shè)計(jì)于2018年6月完成，于2020年5月完成管道試壓及調(diào)試，7月完成竣工驗(yàn)收，即將交付住戶。
3設(shè)計(jì)要求
本工程設(shè)計(jì)滿足《建筑與小區(qū)管道直飲水系統(tǒng)技術(shù)規(guī)程》（CJJ/T110—2017）及《建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50015—2003）（2009年版）等相關(guān)國(guó)家規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的要求。本工程設(shè)計(jì)用水總?cè)藬?shù)按240戶（840人）設(shè)計(jì)；最高日用水定額（qd）因所在地區(qū)及品質(zhì)要求依據(jù)“規(guī)程”3.0.2條小注提高至5L/人•D；經(jīng)計(jì)算最高日用水量為：4.2m³/d；每戶預(yù)留一個(gè)直飲水專用水嘴，額定流量為0.06L，直飲水專用水嘴最低工作壓力大于0.03MPa。制水設(shè)備產(chǎn)水量按1.0t/h設(shè)計(jì)，產(chǎn)水率＞75%，定時(shí)啟動(dòng)，每天管網(wǎng)全循環(huán)次數(shù)不小于2次。供水泵兼做循環(huán)泵，每天運(yùn)行時(shí)間＞6h。本工程原水為市政自來水，用水點(diǎn)水質(zhì)符合現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《飲用凈水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（CJ94—2005）及《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB5749—2006）中的相關(guān)規(guī)定。
4處理工藝流程設(shè)計(jì)
4.1預(yù)處理及主工藝
直飲水多采用膜處理技術(shù)，例如微濾MF、超濾UF、納濾NF和反滲透R.O系統(tǒng)。因本工程原水為杭州市市政自來水，硬度及鹽度含量較低，根據(jù)原水水質(zhì)及處理后水質(zhì)，經(jīng)過經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較后，預(yù)處理工藝選用多介質(zhì)過濾+活性炭過濾，主工藝選用納濾，在保證產(chǎn)水率的同時(shí)，也保留了水中對(duì)人體有益的微量元素。
4.2消毒工藝
消毒工藝分為回流水消毒及膜后水處理兩種。為了保證管道內(nèi)水質(zhì)不變質(zhì)，膜后水消毒采用了臭氧消毒的方式，產(chǎn)品水中臭氧殘留量濃度不小于0.01mg/L，并設(shè)置臭氧尾氣排放裝置；回流水消毒則采用了過流紫外線消毒方式，有效計(jì)量不小于40mJ/cm2。
4.3工藝流程
工藝流程原理：市政自來水補(bǔ)入原水箱內(nèi)，原水經(jīng)原水增壓泵增壓后依次通過多介質(zhì)過濾器及活性炭過濾器，去除原水中雜質(zhì)完成預(yù)處理；后經(jīng)三級(jí)保安過濾器去除前置破碎的活性炭后經(jīng)高壓泵加壓提升至納濾主機(jī)，出水補(bǔ)入純水箱；膜處理后水貯存于純水箱內(nèi)，為保證系統(tǒng)內(nèi)水質(zhì)長(zhǎng)期穩(wěn)定，定時(shí)通過臭氧消毒系統(tǒng)對(duì)純水箱內(nèi)水質(zhì)進(jìn)行調(diào)整處理。成品水經(jīng)變頻供水泵經(jīng)直飲水管網(wǎng)接至用戶，回流水經(jīng)過流紫外線在線消毒后回流至純水箱內(nèi)。
5管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)
本工程因各單體高度不一致，為滿足回水壓力平衡，管線采用主管循環(huán)，回水管單獨(dú)回水的方式，變頻供水泵后主管設(shè)置總電子流量計(jì)一只，每座單體立管底部設(shè)置檢修閥及止回閥，1#3#號(hào)樓立管設(shè)置于管道井內(nèi)，2#4#5#號(hào)樓因水表設(shè)置于管井內(nèi)會(huì)導(dǎo)致支管長(zhǎng)度大于6m，故立管設(shè)置于樓梯間內(nèi)。水表箱暗敷于樓梯間靠近廚房的墻體，設(shè)計(jì)原則以最短距離接入戶內(nèi)廚房。每戶設(shè)置IC卡式遠(yuǎn)傳水表，避免設(shè)置于戶內(nèi)，導(dǎo)致人為損壞的發(fā)生。為滿足分區(qū)最低水嘴處的凈水壓力不大于0.35MPa，每8層為一個(gè)分區(qū)，分別于頂層及每8層底部設(shè)置減壓閥組，閥后壓力0.12MPa。各單體回水管在機(jī)房?jī)?nèi)匯合至DN100的總管后進(jìn)入在線紫外線消毒裝置，最后回流至純水箱內(nèi)?；亓髦Ч茈S水流方向依次設(shè)置流量調(diào)節(jié)閥、電磁閥、電磁流量計(jì)。設(shè)置流量調(diào)節(jié)閥的必要性：因變頻供水泵兼做了循環(huán)泵，在整體系統(tǒng)循環(huán)過程中為了滿足各回水支管流量及壓力的平衡，可通過流量調(diào)節(jié)閥進(jìn)行更直觀的控制。
6管件及閥門的
管道直飲水系統(tǒng)常用管材有不銹鋼管、鋼或鋁塑復(fù)合管、塑料管等。不銹鋼管具有壽命長(zhǎng)、耐腐蝕、耐酸堿、安全可靠的特點(diǎn)。雖一次投資相對(duì)較高，但根據(jù)吳文靜（2007）的相關(guān)研究結(jié)論，不銹鋼管的有效壽命可達(dá)50年以上，而塑料管及復(fù)合管有效壽命一般在10~15年，從長(zhǎng)期維護(hù)及使用來看，全壽命成本較其他管材而言優(yōu)勢(shì)較為突出，為了滿足高品質(zhì)要求，凡與水接觸的部件均采用了與管材相同材質(zhì)，包括水罐、閥門、水泵、水處理設(shè)備、水表等。具體型號(hào)選擇時(shí)參考《建筑給水排水薄壁不銹鋼管連接技術(shù)規(guī)程》（CECS277:2010），比較具體型號(hào)時(shí)，《規(guī)程》推薦奧氏體不銹鋼可選用S30408（SUS304）、mO403（SUs304L）、S31608（SUS316）和S31603（sUS316L），304及304L型不銹鋼可滿足一般冷、熱水供水系統(tǒng)，但當(dāng)用于直飲水系統(tǒng)，歐美發(fā)達(dá)國(guó)家較少采用，故不做為優(yōu)先選擇，考慮到316L成本較高，故本工程采用奧氏體不銹鋼316型（o6Cr17Ni12Mo2），連接采用卡壓式連接及氬弧焊連接方式。
7水質(zhì)監(jiān)測(cè)及管理模式
為了體現(xiàn)建筑智慧、節(jié)水、節(jié)能的宗旨，更加注重以信息技術(shù)作為支撐，體現(xiàn)精細(xì)化的管理模式，更好地為管理人員及用戶提供便利，管道直飲水系統(tǒng)的管理模式借鑒了二次供水的相關(guān)管理模式及理念。設(shè)備機(jī)房?jī)?nèi)制水設(shè)備設(shè)置就地手動(dòng)和遠(yuǎn)傳控制系統(tǒng)，并具備電子化控制流程全自動(dòng)制水及全自動(dòng)反沖洗流程，機(jī)房無人值守，實(shí)時(shí)運(yùn)行情況遠(yuǎn)傳至值班室內(nèi)顯示。值班室內(nèi)顯示的遠(yuǎn)傳信號(hào)還包括：各水泵運(yùn)行情況、水處理設(shè)備產(chǎn)水量、水箱實(shí)時(shí)液位，方便值班人員實(shí)時(shí)觀察系統(tǒng)運(yùn)行情況，并及時(shí)處理突發(fā)情況。機(jī)房?jī)?nèi)配備檢測(cè)項(xiàng)目及水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)：在回水管道末端在線監(jiān)測(cè)回水渾濁度、pH值、臭氧殘留量、余氯等參數(shù)。因城市小區(qū)直飲水系統(tǒng)還未普及，可預(yù)留未來接入市政二次供水系統(tǒng)的接口，保留由水務(wù)公司統(tǒng)一管理的可能性。
8投資及成本分析
本工程建設(shè)成本主要體現(xiàn)在水處理設(shè)備、配水管網(wǎng)工程、末端計(jì)量及用水設(shè)備工程、人工費(fèi)四個(gè)方面。水處理機(jī)房所含泵組、水箱、水處理主機(jī)等含運(yùn)費(fèi)及調(diào)試費(fèi)用，總計(jì)造價(jià)20萬元；316薄壁不銹鋼管及管道配件支架等，總計(jì)造價(jià)35萬元；末端計(jì)量及供水設(shè)備，所含遠(yuǎn)傳水表及龍頭配件等，按照400元每戶，總計(jì)造價(jià)9.6萬元；人工費(fèi)總計(jì)15萬。上述費(fèi)用總計(jì)79.6萬元，平攤至每戶，初裝造價(jià)為3316.67元，由此可見，管道直飲水系統(tǒng)相較于家用直飲水機(jī)，首次初裝費(fèi)用相差不大，后續(xù)由物業(yè)實(shí)行管理，運(yùn)行費(fèi)用分?jǐn)傊撩繎?，住戶獲得優(yōu)質(zhì)直飲水的同時(shí)省去了維護(hù)管理的麻煩。
9遇到設(shè)計(jì)問題及解決方式
設(shè)計(jì)中遇到的問題主要體現(xiàn)在以下兩點(diǎn)。（1）循環(huán)管路的設(shè)計(jì)上，直飲水管路普遍管徑較小，長(zhǎng)距離的輸送及管線彎頭導(dǎo)致沿程阻力損失很大，樓棟數(shù)多回水壓力不平衡。解決方式如下：通過回水末端調(diào)節(jié)流量閥來合理分配流量，控制各管路水頭損失在可控制范圍內(nèi)，保證各回水支管壓力接近，避免出現(xiàn)管路死水及壓力不足的情況。（2）如何在不影響用戶用水的同時(shí)保證整個(gè)管網(wǎng)的水壓及水質(zhì)，管道水全循環(huán)自動(dòng)運(yùn)行邏輯解決方法如下。工況1：管路非循環(huán)時(shí)段，回水管上的電磁閥自動(dòng)關(guān)閉，用水高峰期由變頻供水泵運(yùn)行滿足用水點(diǎn)壓力，用水低谷時(shí)，由穩(wěn)壓罐維持系統(tǒng)內(nèi)壓力，當(dāng)管網(wǎng)壓力不足時(shí)，供水泵啟動(dòng)。工況2：管路定時(shí)循環(huán)時(shí)段，回水管上的電磁閥開啟，管路開始循環(huán)，水泵一次運(yùn)行時(shí)間由管路內(nèi)總?cè)莘e的2倍除水泵流量確定，保證全管網(wǎng)水循環(huán)一遍再停泵進(jìn)入穩(wěn)壓狀態(tài)?；仡櫿麄€(gè)設(shè)計(jì)過程，管道直飲水系統(tǒng)相較于傳統(tǒng)給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)最大的區(qū)別在于采用多種措施保證水質(zhì)安全。隨著相應(yīng)管材及水質(zhì)在線檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，保證水質(zhì)的同時(shí)盡可能降低系統(tǒng)整體造價(jià)及運(yùn)行費(fèi)用成為未來管道直飲水系統(tǒng)的研究重點(diǎn)，更好地讓管道直飲水系統(tǒng)走進(jìn)尋常百姓家，讓百姓更方便、更放心地喝水是作為水專業(yè)設(shè)計(jì)從業(yè)者最終的職業(yè)追求。
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作者：陳建勛 胡雨前 單位：浙江省省直建筑設(shè)計(jì)院