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提要　在編制給水箱標準圖所進行的調研中發現,給水箱設計及工廠生產作的各種材質成品給水箱不能很好滿足使用要求。就此介紹了給水箱設計應遵循規范標準,材質的選擇及其設計參數,附件作用和安裝要求等。

關鍵詞　給水箱　設計原則　配管　附件　絕熱　衛生

　　在給水工程設計中,經常采用給水箱作為給水系統的高峰調節儲水設備。它的特點是使體系運行經濟、可靠、操作簡單、管理方便。長期以來,給水箱以標準圖的形式供設計選用,我院根據建設部建設[1998 ]13 號文〈關于印發《一九九八年國家建設標準設計編制工作計劃》的通知〉,對原國家建筑標準設計《方形給水箱》、《裝配式給水箱選用安裝圖》、《沖壓鋼板給水箱選用安裝圖》進行修編。在編制和調研過程中發現,給水箱設計及工廠生產制作的各種材質的成品給水箱在工程實際中沒有很好滿足使用要求,沒有按有關規范、規定要求設計制作,對其基本設計原則有模糊之處。現就編制給水箱標準圖過程中的體會,以生活飲用水箱為主,提出給水箱設計的原則。

1 　應遵循的規范標準

給水箱設計應滿足《建筑給水排水設計規范》( GBJ 15 - 88) 《, 二次供水設施衛生規范》( GB17051- 97) 《, 生活飲用水輸配水設備及防護材料的安全

性評價標準》( GB/ T17219 - 98) 等國家和地方的有關規范、標準要求。

2 　材質選擇

給水箱材質可使用不銹鋼板、搪瓷鋼板、玻璃鋼(SMC) 、熱鍍鋅鋼板、鋼板內襯不銹鋼板。各種材質均應在使用中不得對水質有污染,并應經衛生安全防疫的專門機構檢測合格。

3 　水箱有效容積和公稱容積

水箱有效容積一般采用調節水量確定,其值應按高日水箱進水量和用水出水量的逐時流量變化曲線求得。當缺少資料時一般可按高日用水量的10 %左右計算。當給水系統為水泵O水箱方式時,如水泵為自動控制,水箱的有效容積可取高日用水量的5 %; 如為人工控制, 則取高日用水量的12 %[1 ] 。當水箱負有消防的儲備水功能時,則有效容積還應包括按現行有關建筑設計防火規范確定的

水量。水箱公稱容積為箱體的總容積。為確保水箱有效容積和盡可能縮小水箱公稱容積,在設計選用水箱時設計者必須根據水箱的液位控制方式、溢流管位置、出水管位置及低水位時管口淹沒情況、箱底排水坡度和泄水管位置等情況來計算確定水箱公稱容積。

4 　應設置的配管和必要的附件

411 　進水管

進水管應設置在水箱高水位以上,可做成淹沒式或非淹沒式管口。淹沒式管口的進水管應在高水位以上100 mm處的部位開! 10 的孔,以防當停止進水時產生虹吸倒流。淹沒式進水管口能減少進水噪音;非淹沒式管口進水噪音過大,需采取在管口設置錐形消能散流擋板等減噪的技術措施。進水管管徑按流速018～112 m/ s 設計較佳,其流量按水泵在連續運行時間內充滿水箱的有效容積確定。自動控制時按水泵1 h 啟動6～8 次確定;人工控制時按水泵短連續運行時間不得小于0125 h確定。進水管大管徑不得大于200 mm,這是考慮過大管徑開孔會減弱箱壁強度和增加水箱箱體尺寸,造成材料浪費。

412 　出水管

出水管管徑應按給水系統設計秒流量確定,一般與進水管管徑相同設置。出水管可設置在箱壁或箱底,但其管口低點應高于箱底不小于50 mm,以防止箱底沉積物進入管道。

413 　溢流管

溢流管的設置容易被人們忽視,甚至有人以種種理由不設溢流管。溢流管的作用:一是泄壓,保證水箱體不超壓破壞,保證安全;二是保證浮球閥等水位控制器的動作空間。溢流管管徑一般按大于進水管1～2 號確定,可保證排泄水箱大入流量。溢流管可以從側壁或底部接出,但溢流管管口低部位應高于水箱高水位20 mm,距箱頂150～200 mm為宜,這樣可在保證水箱有效容積的基礎上,使水箱

的公稱容積經濟。溢流管是水箱敞口部位直接和大氣連通,為防止外部對水質的污染,溢流管管口應設置18 目的耐腐蝕材料濾網,以防止昆蟲和鼠類小動物進入。溢流管不得與排水系統直接連接,以防排水系統的臭氣和污物的污染。

414 　泄水管

泄水管是為水箱清洗或事故檢修時,水箱泄空時使用。當有消防儲備水時,對水箱的放空檢修周期不宜超過48 h 。故泄水管管徑應以滿足在檢修時間內排空水箱有效容積來確定。筆者認為按4 h 排空即可。以孔口出流計算管徑,管徑一般不小于50mm。泄水管安裝在箱底低處,也可在箱體側壁上。泄水管口低點應和水箱內底低面相平,便于排空水箱中的水和沉積物。泄水管應裝設閘板閥,不宜裝截止閥。泄水管可與溢流管連接,不能直接與排水系統相連接,以防止受污染。

415 　透氣管

透氣管使水箱和大氣連通,其作用一是使水箱內空間有新鮮空氣對流換氣;其二是當水箱進水時排氣,出水時進氣保持水箱內壓力平衡。透氣管設置兩根,伸出箱頂長度不同為好,這樣使水箱換氣流暢。但事實上水箱有開口的溢流管,也可起到對流換氣作用,故透氣管在小容積水箱中也可只設置一根。透氣管管徑本應按進、出水量換算成進排氣量確定,但由于溢流管是開口的,故透氣管管徑可按小于進水管1～2 號確定,也以不小于50 mm為宜。透氣管一般伸向水箱間內,管口應設置防止昆蟲和鼠類小動物進入的18 目耐腐蝕材料濾網。為防止灰塵進入,一般應將管口朝下設置。因為溢流管口是開口的,所以將透氣管口設計成帶有活性炭等過濾填料裝置是不必要的。

416 　水位信號裝置

在水箱側壁安裝反映水箱內水位的水位指示裝置,以供就地觀察。一種是玻璃管液位計:一般測量范圍1 200 mm ,當水箱高度超過此值時需兩個或三個重疊設置,其重疊部分不少于70 mm。另一種為磁耦合液位計:其測量范圍可達8 000 mm ,其紅白分界的液位顯示十分清楚。就地安裝的水位計在有可能凍結的水箱間內應采用保溫材料、蒸汽管伴熱、發熱電纜等保溫防凍措施。當需要遠距離水位顯示

時,則安裝電極式或浮球式液位顯示控制儀,實現水位測量控制和在控制室遠程顯示。

417 　進水管水位控制閥的安裝

當利用加壓水泵供水,并在水箱內設置液位控制器控制水泵開停時,水箱進水管可不設置液位控制閥門;當利用水泵加壓供水或利用市政管網供水時,應設置液位控制閥門,以便水位到達規定高水位時,關閉進水管口。液位控制閥分液壓控制閥和浮球控制閥。選擇上述兩種閥型時主要考慮安裝后能控制高水位和箱頂凈距離在170～220 mm 內為宜,如果過大則使水箱有效容積減少或水箱公稱容積過大而造成水箱容積浪費,水箱平面尺寸越大越應考慮這一點。

418 　人孔、內外人梯

人孔和內外人梯供日常維修時使用。人孔小尺寸不得小于500 mm,并設置能夠鎖定的人孔蓋,以保證水箱衛生安全。根據人體動作尺寸,水箱高度大于和等于1 500 mm 時,應在人孔處設置內外人梯。外部人梯的第一踏步宜離地面600 mm,箱頂扶手部分高不大于600 mm為宜,這樣既滿足使用要求,又不使水箱間凈高度過大,其材料應和水箱材料一致,以保證水箱整體美觀。

419 　水泵開停控制器安裝

水箱和水泵聯動的給水系統是供水常用的自動控制給水方式,其自動控制的簡單方法是滿水位停泵,低水位時開泵。控制器停泵水位應低于高水位100 mm, 而開泵水位應高于低水位200mm,以避免因水位控制器誤差和開停泵后進出水滯后,造成超高水位滿溢,浪費水量;低于低水位時,容易導致供水管進入空氣,形成管道積氣和腐蝕。

4110 　水消毒

《二次供水設施衛生規范》中規定“水箱的容積設計不得超過用戶48 h 的用水量”,否則應采取消毒措施。筆者認為水箱容積不能滿足24 h 更換一次時,應采取消毒措施。當消毒劑采用消毒液時,為使藥液和水體很好混合,將藥液管伸入水體深度1/ 3處,管口為30°坡口,管徑采用! 12 耐腐蝕管即可。也可采用紫外線消毒裝置,其裝置可直接安裝在水箱出水管上,在水流經過裝置時,殺死水中的細菌達到消毒目的。

4111 　水箱絕熱設計

水箱絕熱設計分為:熱水箱保熱保溫、冷水箱防結露保溫和在冬季不采暖水箱間防冰凍保溫三種。保熱保溫和防冰凍保溫屬保溫結構,一般由絕熱層和保護層組成;防結露保溫屬保冷結構,一般由防銹層、絕熱層、防潮層和保護層組成。目前在工程設計中,對防冰凍保溫缺乏絕熱層厚度計算公式和計算參數,故筆者在這次國標圖編制過程中,翻閱查找有關技術文獻,按熱損失平衡原理[2 ]忽略水箱壁、保護層的導熱損失,導出水箱防冰凍保溫層厚度δ計算公式,其推導過程如下:

單層平壁箱體單位面積熱損失q 為:

q =t1 - t0δλ + R H(1)

　　單層平壁箱體總熱損失Q 為:

Q = q ×F = (t1 - t0δλ + R H) ×F (2)

　　儲水介質單位質量放熱量q介為:

q介=C ×( t1 - t4)T(3)

　　儲水介質總放熱量Q介為:

Q介= q介×G =C ×( t1 - t4)T×G (4)

　　單層平壁箱體熱損失量和儲水介質放熱量平

衡,經整理得保溫層厚度δ計算公式為:δ = λ[T ×FC ×G(t1 - t0t1 - t4) - R H ] (5)

式中λ———保溫材料導熱系數,kJ / (h·m·℃) ;

T ———凍結時間,h ;

F ———水箱體表面積,m2 ;

C ———水的比熱, C = 41187 kJ / (kg·℃) ;

G ———水箱內水的質量,kg ;

t1 ———水箱儲水水溫, ℃;

t0 ———結凍室外極端低溫度, ℃;

t4 ———水結凍溫度, ℃;

R H ———從平壁保溫層至周圍空氣的熱阻,可取0102 m2·h·℃/ kJ 。

如何確定凍結時間T 缺少數據資料,有待于研究。筆者從兩個方面考慮:一是水箱中的水處在流動狀態時,因連續不斷補充熱量,則水不易冰凍;只有當水處在停留狀態時,才因熱損失產生冰凍,這就與水在水箱中的停留時間有關。按水箱有效容積為日用水量的5 %～12 %計算得停留時間為418 ～2188 h 。按此值計算保溫層厚度非常小,沒有工程上的實際意義。另是采用結凍室外極端低溫度t0 出現周期的時間來控制使水溫降低不冰凍的時間間隔作為凍結時間。據資料統計得知:某地區極端低溫度出現周期為5 d 左右,筆者記錄沈陽市2001 年冷月低于- 30 ℃極值連續為5 d ;筆者又收集到北京某廠將容積1 m3,保溫層厚度50 mm的水箱置于室外冷月,周圍空氣溫度約- 20 ℃左右,7 d 后水箱水面結冰;又根據我國休假制度,冬季有7 d 的長假,使辦公樓等公共建筑有7 d 停水的可能。由此,筆者認為凍結時間T 對居住建筑取72～120 h ;對辦公樓等公共建筑取168 h 較為合適。水箱絕熱設計制作中應注意:一是在很多地區,水箱防結露保溫和防冰凍保溫是同時存在的,應以

兩者不利參數和保溫結構形式做為設計依據。二是防結露保溫的保冷結構的防潮層材料選擇和施工制作要保持良好的整體性,不能破壞防潮層出現透氣點而喪失防潮層效果,出現結露和銹蝕。

4112 　水箱衛生要求及防腐蝕

水箱制作采用多種材料,但用于生活飲用水水箱的箱體材質及其連接件、密封件,必須是對人體無害的,應符合《生活飲用水輸配水設備及防護材料的安全性評價標準》要求。對防腐蝕涂料應選用滿足上述標準要求的防霉環氧涂料、瓷釉涂料等材料外,在涂刷施工中金屬表面應嚴格除銹、除垢,再打磨焊縫表面。采用噴砂除銹應達到Sa2 級,采用人工除銹應達到St3 級,這樣才能保證防腐涂料與金屬表面牢固親合和涂料層不產生龜裂。

4113 　水箱安裝及水箱衛生防護

絕大多數水箱安裝在水箱間內,水箱間布置應滿足水箱現場焊接、組裝、配管敷設、維護檢修操作等尺寸。水箱與混凝土基礎或與支座接觸處,應設置防腐蝕絕緣填層,如橡膠板或塑料板等。

　　生活飲用水箱間屬水源重地,應加強保護,特別是衛生防護應專門管理。水箱間的建筑設計標準,應有良好的光線、通風和清潔衛生環境。水箱還應每隔015～1 年放空,清掃一次內部。設計者應認真對待水箱間水泵運行、止回閥動作、進水管進水時的噪音污染,并采取有效措施。 

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