给水管

给水管道系统设计

给水管道系统设计需考虑的因素

  1. 给水质量和数量

供应建筑物的水必须具有适合饮用和生活用水的质量，且数量必须足够使用

  1. 管道材料

给水管道材料有相关标准规定。建筑物内的给水管道主要使用镀锌钢管(Galvanize)、黑钢管(Black Steel Pipe)、铜管(Copper Pipe)、铸铁管(Cast Iron Pipe)或塑料管(PE, PVC)

  1. 建筑物给水管道系统

原则上，管道应采用直线布置以获得最短距离（以节省成本）

3层以下建筑给水系统

3层以下建筑给水系统

10层以下建筑给水系统

10层以下建筑给水系统

建筑物供水系统类型

建筑物供水系统根据设计特点可分为两种类型：

  1. 上给水系统 (Upfeed system)

上给水系统是指水管从建筑物底部向上供水，适用于不超过10层且建筑面积小于10,000平方米的建筑物

上给水系统

上给水系统 (Upfeed System)

  1. 下给水系统 (Downfeed system)

下给水系统是指供水管道从建筑物顶层向下供水，适用于高层建筑和大型建筑

下给水系统

下给水系统 (Downfeed System)

高层建筑的供水系统可以分为多个区域，以便于维护和管理管道压力

下给水系统

多水箱下给水系统

通过将水箱放置在屋顶上，形成向下供水系统。然而，位于上层的卫生洁具和用水设备将面临水压和水量不足的问题。因此，我们需将上层的供水系统独立出来，并增加一个“增压罐”，以确保水压和水量足以满足使用需求。

给水系统

混合供水系统

水锤现象 (Water Hammer)

水锤现象是指当流动的水突然被阻止（如关闭阀门、水龙头）时，水无法继续流动而产生反冲，导致管道系统振动，发出噪音并加速管道损坏

水锤冲击压力可通过以下公式计算

P = 14.8V

其中

P = 水锤产生的压力增加值（单位：巴 bar）

V = 水流速度（单位：米/秒 m/s）

可以看到管内压力会增加到正常工作压力的4-8倍

水锤

水锤现象 (Water Hammer)

水锤防护措施

我们可以通过在管道系统中安装“吸收压力波能量”的设备（即水锤消除器）来防止水锤现象的发生。最简单的设备称为气室（Air Chamber），它是一段从连接卫生洁具的管道延伸出来的水管。

气室

气室 (Air Chamber) 来自dongilmt.com

水锤

多个卫生器具使用气室

卫生器具的流量和压力

各类卫生器具需要按照制造商建议的压力和流量要求使用。下表显示了常见卫生器具的最低压力和流量要求

常见卫生器具压力和流量表

卫生器具

压力
巴 (psi)

流量
升/秒 (gpm)
普通水龙头
Ordinary basin faucet

0.55 (8)

0.19 (3)
自动关闭水龙头
Self-closing basin faucet

0.84 (12)

0.16 (2.5)
厨房水龙头
Sink faucet (15 mm.)

0.35 (5)

0.28 (4.5)
浴缸水龙头
Bathtub faucet

0.35 (5) 

0.38 (6)
洗衣水龙头
Laundry tub cock

0.35 (5)

0.32 (5)
淋浴器
Shower

0.84 (12)

0.32 (5)
坐便器进水阀
Ball cock for closet

1.00 (15)

0.19 (3)
坐便器冲洗阀
Flush valve for closet		 0.7-1.4 (10-20)

0.9 – 2.5 (15 – 40)
小便器冲洗阀
Flush valve for urinal

1.00 (15)

0.95 (15)

由于管道压力会发生变化且不稳定，在卫生器具上安装流量控制装置的好处是：

  1. 可以根据各类卫生器具的需求限制必要的流量
  2. 可以更精确地进行管道设计
  3. 可以节省供水系统能源
柔性孔板

柔性孔板 图片来自bertfelt.com

日用水需求量

不同类型建筑物的日用水需求量各不相同，通常在75-300升（20-80加仑）之间。建筑物的日用水需求量可参考下表

建筑类型 用水需求量
升/人/天
住宅建筑/公寓

100 – 300
办公建筑

40 – 70
医院

600 – 1200
学校

50 – 80
酒店

200 – 400
宿舍

200 – 300
洗衣店

20 – 40
机场

15 – 25

卫生器具管道尺寸

各类卫生器具的供水管道尺寸需要确保足够的供水量和适当的压力，如下表所示

各类卫生器具最小管径表

卫生器具类型

管径 毫米（英寸）

浴缸 (bathtub)

15 (1/2)
饮水器 (drinking fountain)

10 (3/8)
洗碗机 (dishwasher)

15 (1/2)
洗手盆 (lavatory)

15 (1/2)
淋浴器 (shower)

15 (1/2)
小便器角阀 (urinal angle valve)

15 (1/2)
小便器冲洗阀 (urinal flush valve)

20 (3/4)
带水箱坐便器 (water closet flush tank)

15 (1/2)
直冲式坐便器 (water closet flush valve)

25 (1)
庭院水龙头 (hose bib)

15 (1/2)
清洁池 (service sink)

20 (3/4)

最大用水量估算

在管道系统设计中我们需要考虑：

    • 确保卫生器具有足够的供水
    • 同时使用的卫生器具数量

卫生器具的用水需求量用卫生器具单位（fixture unit：FU）表示。我们可以通过汇总管道的FU值，然后使用Hunter’s curve查找流量

计算水流量的步骤如下：

1. 根据下表汇总该管道的FU值

卫生器具FU值表

卫生器具

阀门类型

建筑类型

冷水

热水
坐便器

冲洗阀

公共

10

 –
坐便器

水箱

公共

5

 –
小便器

冲洗阀

公共

10

 –
小便器

冲洗阀

公共

5

 –
小便器

水箱

公共

3

 –
洗手盆

旋转阀

公共

1.5

1.5
浴缸

旋转阀

公共

3

3
淋浴器

旋转阀

公共

3

3
清洁池

旋转阀

办公

2.25

2.25
洗碗池

旋转阀

酒店、餐厅

3

3
饮水器

旋转阀

办公

0.25

 –
坐便器

冲洗阀

私人

6

 –
坐便器

水箱

私人

3

 –
洗手盆

旋转阀

私人

0.75

0.75
洗手盆

旋转阀

私人

1.5

1.5
洗碗池

旋转阀

私人

1.5

1.5

2. 从Hunter’s curve查找最大流量

Hunter’s Curve最大用水需求量表

带水箱供水系统
(Flush Tank)
FU总值

不带水箱供水系统
(Flush Tank)
所需流量
(gpm)

不带水箱供水系统
(Flush Valve)
所需流量
(gpm)
6 5
8 6.5
10 8 27
12 9.2 28.6
14 10.4 30.2
16 11.6 31.8
18 12.8 33.4
20 14 35
25 17 38
30 20 41
35 22.5 43.8
40 24.8 46.5
45 27 49
50 29 51.5
60 32 55
70 35 58.5
80 38 62
90 41 64.5
100 43.5 67.5
120 48 72.5
140 52.5 77.5
160 57 82.5
180 61 87
200 65 91.5
225 70 97
250 75 101
275 80 105.5
300 85 110
400 105 126
500 125 142
750 150 178
1000 208 208
1250 240 240
1500 267 267
1750 294 294
2000 328 328
2250 348 348
2500 375 375
2750 402 402
3000 432 432
4000 525 525
5000 593 593
6000 643 643
7000 685 685
8000 718 718
9000 745 745
10000 769 769
Hunter-Curve

Hunter's Curve

3. 用Water Factor调整最大用水需求量

将Water Factor与Hunter’s Curve得出的流量相乘

医院Water Factor值表

FU

Water Factor

小于400

 1

401 – 600

 0.9

601 – 1,200

 0.77

1,201 – 1,500

 0.74

1,501 – 2,000

 0.7

2,001 – 2,500

 0.69

2,501 – 3,000

 0.68

3,001 – 4,000

 0.65

4,001 – 5,000

 0.64

5,001 – 6,000

 0.63

6,001 – 8,000

 0.62

8,001 – 10,000

 0.61

10,001 – 13,000

 0.6

办公楼、学校和公寓的Water Factor值表

FU

Water Factor

小于400

 1

401 – 600

 0.87

601 – 900

 0.75

901 – 1,200

 0.64

1,201 – 1,500

 0.63

1,501 – 2,000

 0.61

2,001 – 2,500

 0.60

2,501 – 3,000

 0.59

3,001 – 4,000

 0.58

4,001 – 5,000

 0.56

5,001 – 6,000

 0.56

6,001 – 7,000

 0.56

7,001 – 8,000

 0.55

*对于淋浴器和洗手盆，流量应在最后合并计算

管道尺寸计算

我们可以用基本方程式计算水流量：

Q = AV

其中

Q = 流量（单位：gpm）

A = 管道截面积

V = 管内水流速度

由于管壁粗糙会导致湍流（Turbulent Flow），产生管内摩擦，使管内压力降低。我们可以用Hazen-Williams公式计算压力损失

hf = (4.727/D4.87) L(Q/C)1.85

其中

hf = 压力损失（单位：英尺水头 ftw）

D = 管道直径（单位：英尺 ft）

L = 管道长度（单位：英尺 ft）

Q = 流量（单位：立方英尺/秒 ft3/s）

C = 管道粗糙度系数（Surface Coefficient of pipe）

C值取决于管壁粗糙度。实际应用中，使用Q = AV和Hazen-Williams公式并不方便，因此将公式转换为图表形式，可以直接从图表读取管道尺寸、水流速度、流量和压力损失

friction loss

摩擦损失表 - 40号管道

在设计中，管内水流速度应保持在1.2-2.4米/秒或4-8英尺/秒之间，且不应超过3米/秒，以防止噪音并减少管道和阀门的磨损下表提供支管设计参考数据

15毫米（1/2英寸）支管与给水管连接数量表

给水管尺寸 毫米（英寸）

正常使用时可连接的管道数量

จำนวนท่อที่สามารถต่อได้
เมื่อมีการใช้งานพร้อมกันทั้งหมด

15 (1/2)

 1 1

20 (3/4)

 4 3

25 (1)

 10 6

30 (1-1/4)

 20 12

40 (1-1/2)

 30 20

50 (2)

 50 35

65 (2-1/2)

 90 60

80 (3)

 125 85

100 (4)

 225 150

25毫米（1英寸）冲洗阀与给水管连接数量表

给水管尺寸 毫米（英寸）

可连接的25毫米冲洗阀数量

30 (1-1/4)

40 (1-1/2)

 2 – 4

50 (2)

 5 – 12

65 (2-1/2)

 13 – 25

80 (3)

 26 – 40

100 (4)

 41 – 100

*两个20毫米冲洗阀等同于一个25毫米冲洗阀，可使用25毫米供水管

管内压力损失

在给水系统中，水流经直管、管件和阀门。设计时我们使用当量长度（equivalent length）概念，即与管件或阀门产生相同压力损失的直管长度。下表显示管件和设备的当量长度（单位：米）

管件和设备当量长度表（单位：米）

管径
毫米（英寸）

90°弯头

45°弯头

三通
分支
(Tee 90°)

三通
直通

闸阀
(Gate Valve)

截止阀
(Globe Valve)

角阀
(Angle Valve)

10 (3/8″)

 0.8

0.2

0.5

0.1

0.06

2.4

1.2

15 (1/2″)

 0.6

0.4

0.9

0.2

0.12

4.5

2.4

20 (3/4″)

 0.8

0.5

1.2

0.25

0.15

6

3.6

25 (1″)

 0.9

0.6

1.5

0.3

0.18

7.6

4.5

30 (1-1/4″)

 1.2

0.7

1.8

0.4

0.25

11

5.5

40 (1-1/2″)

 1.5

0.9

2.1

0.5

0.3

14

6.7

50 (2″)

2.1

1.2

3

0.6

0.4

17

8.5

65 (2-1/2″)

2.4

1.5

3.6

0.8

0.5

20

10

80 (3″)

3

1.8

4.5

0.9

0.6

24

12

100 (4″)

4.2

2.4

6.4

1.2

0.8

38

17

125 (5″)

5.1

3

7.6

1.5

1

42

21

150 (6″)

6

3.6

9

1.8

1.2

50

24

计算示例1

一栋两层建筑有以下卫生器具，需要多大尺寸的主给水管才能满足供水需求？

  • 带水箱坐便器（Flush Tank）2套
  • 洗手盆（Lavatory）3个
  • 厨房水槽（Kitchen sink）1个
  • 15毫米水龙头1个

可从FU值表查找卫生器具数量

  • 坐便器2套 = 2 x 3 = 6 FU
  • 洗手盆3个 = 3 x 1 = 3 FU
  • 厨房水槽1个 = 1 x 2 = 2 FU

总计11 FU

从Hunter’s Curve表可知11 FU等于8.5 gpm

从water factor表得到系数1.0

如果水龙头与其他卫生器具同时使用，水龙头流量为5 gpm

管道流量 = 8.5 + 5 = 13.5 gpm 或 (13.5 x 3.785)/60 = 0.85 lps（升/秒）

从管道尺寸图表可得：

应使用20毫米管道，管内水流速度2.8米/秒，压力损失约80-100米。但由于压力损失过高，我们改用25毫米管道（更大尺寸），水流速度约1.7米/秒，压力损失25米

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