多臺磁翻柱液位計生活轉輸水箱補水問題的探討

[ 摘 要 ] 根據規范并結合工程實例，對現有超高層建筑采用工頻補水泵，轉輸水箱結合變頻泵的供水方式進行總結，對補水泵為多臺轉輸水箱同時補水的情況進行分析，提出合理的啟泵水位與水位控制閥啟閉方式。

0 前言

對于建筑高度超過 100 m 的超高層建筑，根據《建筑給水排水設計規范》（ GB50015 — 2003 ） (2009 年版 ) 中第 3.3.6條的要求，生活給水應采用垂直串聯給水方式，即建筑高區采用工頻補水泵 + 高區轉輸水箱 + 高區變頻供水裝置。 當轉輸水箱采用水泵加壓補水時， 應設置水箱水位自動控制水泵啟停裝置，當一組水泵供給多個水箱進水時，在進水管上宜裝設電訊號控制閥，由水位監控設備實現自動控制。而磁翻柱液位計對多個水箱的具體自動控制方式，《建筑給水排水設計規范》中并未作出詳細要求，接下來以具體實際工程為例，對以上問題作出討論。

1 項目概況

本工程由兩棟建筑高度 150m（共45 層） 的公寓樓（ B 、 C棟）， 1 棟建筑高度 100m（共29 層）公寓樓（ A 棟），及 2 棟 100m（共23 層）的辦公樓（ D 棟）組成，總建筑面積為 33 萬 m 2 。該工程公寓部分采用集中供水， 生活泵房位于地下 2層，240 m 3 生活水箱設于水泵房，按建筑高度給水分為 3 個分區， 3 至 16 層為下區， 16 至 30 層為中區， 均由各區變頻供水裝置供應生活用水， 31 層至 45 層為上區，采用串聯接力供水，由生活泵房內工頻補水泵將水提升至 31 層（避難層）轉輸水箱，再進行變頻供水。 由于 B 、 C 棟塔樓中伸縮縫的設置，各棟左、右單元均設置了獨立的生活轉輸水箱。 本文僅對接力供水部分展開分析，生活用水具體參數見表 1 。

根據《建筑給水排水設計規范》（ GB50015 — 2003 ） (2009年版 ) 中第 3.7.8 的要求及條文說明的解釋，轉輸水箱的作用有 2個，① 調節初級補水泵與次級變頻的流量差，一般初級泵的流量均大于次級泵， 為防止初級泵每小時啟動次數不大于 6 次 ， 故中 途 轉 輸水 箱 有 效容積 宜取次 級 泵 的5 min~10 min 流量； ② 防止次級泵停泵時，次級管網的水壓回傳，中間轉輸水箱可將回傳水壓消除，保護初級泵不收損壞。 本工程 31 層轉輸水箱有效容積按表 1 由上至下依次為3.69 m 3 ～7.38 m 3 , ； 3.3 m 3 ～6.6 m 3 ;3.6 m 3 ～7.2 m 3 ; 3.6 m 3 ～7.2 m 3 。根據條文說明，若按秒流量來考慮初級泵，則流量達到84.5 m 3 /h ， 而 2 棟公寓樓高區每天zui大供水持續時間并不長，故從經濟因素考慮，初級補水泵仍按每天zui大小時用水量考慮，選泵參數為 Q=32.4 m 3 /h ， H=130 m, 為保證供水安全，4 座中間轉輸水箱的有效容積選定為 10 m 3 ， 尺寸為 1.5 m×3.5 m×2.5 m 。

2 水位分析

根據規范要求，結合實際需要，轉輸水箱應相應設置溢流水位、zui高報警水位、有效水位（停泵水位）、啟泵水位、zui低報警水位等。 且生活飲用水箱進水管zui低點高出溢流邊緣空氣間隙應等于進水管管徑，但不應小于 25 mm ，zui大可不大于 150 mm 。 針對本項目， 以 B 棟公寓左單元上區為例，圖 1 為 3 種不同啟泵水位高度。典型的用水情況為轉輸水箱初始狀態為zui高水位，隨著用水開始，變頻供水裝置啟動，水箱液位逐漸下降。 待降至啟泵水位時，液位控制閥開啟，低區補水泵啟動。 當用水量小于zui大小時用水量時，水箱內液位逐漸升高，直至到達zui高水位， 此時液位控制閥關閉， 停泵電信號發送至控制柜。 當用水量等于zui大小時用水量時，水箱液位保持不變，達到供水 - 用水動態平衡狀態。 到達用水zui大流量時，此時變頻供水裝置按秒流量輸水，水箱液位即使到達啟泵水位，液位仍持續下降，開始消耗保護容量。保護容量必須滿足zui大瞬時用水量期間的供水 - 用水差值， 否則液位持續下降，將觸碰zui低報警水位，造成供水危機。

以圖 1 三種不同啟泵水位的設置為例，圖 1 啟泵水位設在0.45 m ，剩余水量為 7.64 t；圖2 啟泵水位設在 0.95 m ，剩余水量為 5 m 3；圖3 啟泵水位設在 1.45 m ，剩余水量為 2.39m 3 。由于補

水泵以zui大小時流量工頻供水，則到達啟泵水位時，補水泵的啟動仍足以滿足 1 d 中大部分時段的供水。 假設用水到達 1 d 中頂峰流量， 則以上 3 種啟泵水位對應的剩余緩沖用水時間為 12.7 min ， 8.3 min,4 min 。

以上分析是針對單個轉輸水箱不同啟泵水位的分析，而在本項目中，補水泵同時為四座轉輸水箱供水，考慮到 2棟建筑均為戶型類似的公寓樓，假設用水曲線均為一致（實際上并無可能）， 忽略 4 座水箱彼此間沿程水頭損失差額，則各水箱zui不利補水流量為 32.4÷4=8.1 m 3 /h ， 設定 2 座公寓同時用水的zui高瞬時供水交叉時間為 10 min ， 則對應的啟泵水位應調整至 700 mm 高，水位如圖 2 。

4 磁翻柱液位計控制方式

單水箱補水時，常用的磁翻柱液位計啟閉方式為：考慮到本工程同時為 4 座水箱補水， 常用磁翻柱液位計啟閉方式為：

當 4 座水箱用水曲線一致時，可當做 1 座水箱考慮，此時圖 2 的控制方式是合理的， 但當 4 水箱用水曲線不一致時，如果仍沿用圖 2 的控制方式，會出現以下工況：假設 A 、 B 、 C 、 D 4 座水箱用水時段內均勻供水， A 水箱供水速率zui快，其余水箱依次遞減，則 A 、 B 、 C 、 D 依次到達啟泵水位。 當 D zui后補水到達有效水位時， A 已第二次接近啟泵水位，則補水泵剛接受到串聯停泵電信號，又再次開啟，隨后 B 、 C 、 D 再次陸續到達啟泵水位，如此反復，直到某時刻四水箱停止供水（如夜間無用水工況時），各水箱均補水至zui高水位，補水泵停泵。

以上分析基于假設特定工況，實際使用中， 4 水箱的水位變化更為復雜，隨著相應液位控制閥的動作，補水泵控制柜接受的電信號也較復雜，增加了設備故障率。針對上述多轉輸水箱補水控制方式討論的情況， 考慮了多種解決方案以改進，控制方式如圖 5 。忽略各水箱液位差，當某水箱到達啟泵水位時，啟動補水泵，并打開所有磁翻柱液位計， 4 座水箱同時補水。 與普通多水箱補水控制方式比較，此控制方式有以下優勢：（ 1 ）即使其余 3 水箱未到達啟泵水位，補水泵仍對其補水，并提前到達zui高水位，水泵運行時間較前者縮短，節省電量。（ 2 ）根據前文分析，啟泵水位的保護容積為 10 min zui大供水流量。 若zui大供水流量持續時間超過 10 min 后，即有可能產生供水危機，采用此優化控制方式，對 4 水箱同時補水，使各水箱長時間保持較高水位，可有效提高供水安全性。

盡管采用同時開啟各電控閥的控制方式具有以上優點，但電控閥的長期頻繁啟閉動作仍增加了其故障率，造成供水隱患。考慮以上因素，本工程采取了由水力控制閥代替電控閥等措施，當液位低于zui高水位時，即使沒有到達啟泵水位，水力控制閥也在浮球作用下自動開啟。待其中某水箱觸發啟泵，自動通過補水泵補水，水位到達zui高水位后即自動關閉閥門。 與電控閥相比，水力控制閥由浮球直接作用，減少了電信號的轉換過程，降低系統故障率。

4 結語

通過南京市某超高層公寓樓多轉輸水箱供水控制的討論， 通過不同啟泵水位的對比， 提出了較為合理的啟泵水位。就目前補水泵和磁翻柱液位計控制方式存在的問題，提出了合理的優化控制方案，并在工程中得到成功運用。但多水箱供水時，隨著用水曲線的變化，面臨的問題也十分復雜，作為設計人員，還應不停思考，針對具體問題作出分析，提出合理的設計方案，服務社會。